工作面过局部冒落空巷综合治理技术

行 鑫

（山西焦煤霍州煤电木瓜煤矿，山西 临汾 031400）

木瓜煤矿10-210 工作面回采过程中需通过一平行空巷，因年久废弃，空巷内局部坍塌，回采过程中瓦斯、顶板风险突出，威胁安全生产[1-2]。本文以局部冒落平行空巷为对象，研究综合注浆安全回采技术。

1 工程背景

10-210 工作面位于二盘区，开采9#煤和10#煤合并层，总厚度4.5 m，两层煤之间夹矸厚度0.2～0.4 m，煤层平均倾角8°。工作面设计走向可采长度450 m，倾向长度107 m，采用一次采全高后退式综合机械化采煤法。

工作面布置10-2101 进风巷和10-2102 回风巷两条顺槽。工作面中部有1 条北翼胶轮车大巷，宽度6 m，高度4.5 m，已停止服务，与切眼垂直，将工作面分成东、西两部分，西侧约61 m，东侧约40 m。在回采进度120 m 位置有1 条调车横川，长度40 m，宽度5.6 m，高度4.5 m，贯通北翼胶轮车大巷与10-2101 进风巷，两端已经施工密闭墙。

根据探测，调车横川两端维护状况良好，中部已经坍塌冒落，顶部有未塌实空顶区域，长度约16 m。坍塌区西边界距离北翼胶轮车大巷10 m，东边界距离10-2101 进风巷14 m。如图1 和图2。

图1 调车横川与工作面位置示意图（m）

图2 调车横川剖面示意图

调车横川与工作面平行，且内部局部冒落，顶板不稳定，工作面通过时，存在积聚瓦斯突然释放、片帮、冒顶风险，威胁生产安全，因此必须采取处理措施。

2 局部冒落空巷综合治理方案

调车横川内分为坍塌区和完整空巷两种类型，计划采取全部充填注浆方式治理，考虑坍塌区复杂性以及坍塌区与空巷段不同的浆液流动扩散特征，分别制定治理方案。

打开调车横川两侧密闭墙，抽排瓦斯后，在两侧巷口附近设置局部通风机，风管路引至坍塌区附近，保障人员进入作业安全。

2.1 坍塌区三步治理方案

1）第一步：坍塌区封闭注浆充填

坍塌区布管：采用长短管结合方式，在坍塌区两侧，采用6 分钢管穿透松散的坍塌区，至空顶区顶部，6 分钢管2 m/根，通过接箍加长，尾端连接Ф25 mm 高压胶管，固定在顶板上，向外引出，为长管；在坍塌区边缘顶板上固定一根25 mm 高压胶管，向外引出，为短管。

坍塌区两侧封闭：在坍塌区两侧，退后2 m 至顶底板平整区域，各施工一道止浆墙，止浆墙需要四周掏槽，厚度设计1.5 m，采用木点柱+木板+风筒布构建模板，双液注浆材料灌注快速成墙方式。如图3。

图3 布管和止浆墙实施示意图

注浆方式：先对短管进行注浆，采用低水灰比高水充填材料，快速凝固，填充止浆墙与塌落矸石之间空间，形成更大的止浆范围，要求注浆压力达到3 MPa；然后对长管进行注浆，采用高水灰比高水充填材料，提高浆液流动性，对坍塌区空顶部分进行充填，同时对下部冒落碎矸进行初步渗透，空顶区充满后停止。

2）第二步：冒落矸石打钻带压注浆

第一步对止浆墙与塌落矸石之间的空间和空顶部分进行了完全充填，从顶部和两侧对冒落矸石进行了初步渗透，但无压注浆条件下，冒落矸石内部浆液渗透量较少，注浆胶结效果较差，必须实施打钻带压注浆。

钻孔布置方式：在止浆墙上开孔，钻孔布置上下两排，矩形布置，上排2 个，下排2 个，同排之间间距3 m。北翼胶轮车巷一侧，上排钻孔开孔高度距离顶板1 m，深度12 m，仰角12°；下排钻孔开孔高度距离顶板3 m，深度12 m，仰角8°。10-2101 进风巷一侧，上排钻孔开孔高度距离顶板1.5 m，深度6 m，仰角0°；下排钻孔开孔高度距离顶板3.5 m，深度6 m，仰角0°。为提高浆液扩散效果，采用Ф75 mm 大直径钻孔。如图4。

注浆方式：先对北翼胶轮车巷一侧的4 个钻孔进行注浆，先注下排孔，后注上排孔，然后对10-2101进风巷一侧的4个钻孔按照同样顺序进行注浆。要求注浆终止压力不低于5 MPa，采用速凝高强双液注浆材料。

3）第三步：工作面临空预注浆

第一步和第二步可以将80%以上的裂隙充满，工作面回采到空巷附近时，仍存在冒顶风险，且在超前支承压力作用下，原来已经被注浆材料胶结在一起的矸石剥离，产生新的裂隙。因此，需要临空预注浆再次加固，确保回采安全。

工作面距离调车横川2 m 左右时，在工作面切眼内，向煤壁前方施工注浆钻孔，实施范围为坍塌区16 m 范围。钻孔设计上下两排，上排孔距离顶板1 m，仰角10°，下排孔距离顶板2.5 m，仰角0°，钻孔间距3 m，孔深均为8 m，孔径均为42 mm。如图5。

图5 临空预注浆钻孔布置示意图（m）

注浆方式：按照先注下排孔，后注上排孔的顺序实施，采用双液注浆材料，注浆终止压力不低于8 MPa。

2.2 完整空巷段全部充填方案

在坍塌区第一步和第二步实施完毕后，对空巷段实施全部充填。

布置管路：西空巷段布置1 趟管路，采用Ф32 mm 无钢丝内衬高压胶管，吊挂在顶板上，一端在止浆墙位置，另一端引至与北翼胶轮车巷交叉口；东空巷段布置2 趟管路，吊挂在顶板上，第1 趟一端在中间位置，一端引至与10-2101 进风巷交叉口，第2 趟布置成短管，布置在交叉口处。然后在两个交叉口位置施工密闭墙，对空巷段进行封闭，如图6。

图6 空巷充填管布置及封闭示意图

实施顺序：先对北翼胶轮车巷一侧进行充填，充满后，再对10-2101 进风巷一侧充填。先连接充填管路1，浆液覆盖管路1 管口后，连接充填管路2 充填。采用高水灰比高水充填材料。

3 注浆充填材料

采用双液注浆材料和高水充填材料两种材料，满足不同工程部位的注浆需求。

双液注浆材料全部为无机组分，固态粉末状，分为A 料和B 料，具备速凝早强、早期强度高特征。使用水灰比0.8:1～1:1，A 料、B 料分别加水搅拌制浆，单浆1 h 内不沉淀、不凝固，混合浆在1～3 min 初凝，8～20 min终凝，2 h即具备较高强度。性能参数见表1。

表1 双液注浆材料性能参数表

高水充填材料为一种纯无机材料，固态粉末状，分为A 型和B 型，具备速凝早强、高固水特征，流动性能和强度可以根据水灰比大幅调整。单浆搅拌后能够存放2 h 不沉淀、不泌水，能够实现远距离泵送，混合后快速反应凝固，强度快速增长。性能参数见表2。

表2 高水充填材料性能参数表

材料使用选择：

1）坍塌区封闭注浆充填。止浆墙与塌落矸石之间空间要求快速成型并具有较高强度，采用双液注浆材料，水灰比1:1。空顶区注浆充填，主要目的是扩散加固，采用高水充填材料，水灰比3:1。

2）西空巷段和东空巷段。充满为主，强度要求不高，采用高水充填材料，水灰比4:1～5:1。

3）工作面临空预注浆。以加固为主要目的，要求注浆材料有足够的强度，采用双液注浆材料，水灰比0.8:1。

4 工程量及效果考察

1）坍塌区注浆充填，使用双液注浆材料146 t，使用高水充填材料91 t，西空巷段和东空巷段使用高水充填材料105 t，工作面临空注浆使用双液注浆材料26 t，共计使用368 t。

2）实施过程中发现，双液注浆材料和高水充填材料快速凝固，快速自承载，对止浆墙和闭墙压力不大，空巷段充填以及工作面临空注浆过程中未出现明显漏浆现象。

3）工作面回采过空巷期间，空巷段充填体均质、完整，充分接顶，坍塌区域浆液固结体与冒落碎矸胶结良好，充填体和胶结体随割随落，其余部分完整，顶板未出现明显下沉，回采过程未出现片帮冒顶现象。

5 结论

1）对调车横川坍塌段和完整空巷段，采取不同的治理方案，坍塌段采用“封闭注浆充填+冒落矸石打钻带压注浆+工作面临空预注浆”三步注浆方案，完整空巷段采用全部充填方案。

2）根据不同工程部位注浆需求，选用双液注浆材料和高水充填材料两种材料，双液注浆材料具备速凝早强、强度高特征，高水充填材料具备速凝、水灰比可调范围大、高固水特征。

3）效果考察表明，两种材料凝固效果良好，空巷段充填体均质、完整，浆液固结体与冒落碎矸胶结良好。工作面回采期间，未发生片帮冒顶现象。