無煤柱注漿留巷技術探究

孟 哲

（山西煤炭進出口集團 左云韓家洼煤業有限公司，山西 大同 037100）

1 概述

在進行深部開采的過程中，巷道因為埋深相對大，而且受到采用不均勻問題以及地應力問題的作用，使得巷道經常出現較為嚴重的破壞，給巷道的運行維護工作帶來極大不便，這樣會在一定程度上影響到煤礦開采作業的連續性，甚至可能引發停產問題。另外，在進行深部開采過程中，由于巷道所受地應力較大，所以通常會留置有較多的煤柱，這導致了煤炭開采過程中資源的回收率顯著降低，出現了相對嚴重的資源浪費問題。所以，就目前資源回收效率較低這一問題，在深部煤炭資源的開采過程中，要求應當進一步的對巷道布設形式以及巷道掘進工藝加以優化，從而確保煤礦開采的安全性以及高效性。

2 工程技術條件

韓家洼煤業62210工作面屬于綜采工作面，目前所開采煤層為B10煤層，該煤層屬于首采煤層，同時也屬于非常重要的保護層。62210工作面的走向長度為1280m，斜向長度值為190 m，煤層的平均厚度值為1.1 m，直接頂結構屬于砂質泥巖結構，厚度值在3～9 m，直接底結構屬于細砂巖結構，厚度值在0～5 m，基本底結構屬于泥巖結構，厚度值為1～4m。在62210工作面開采工作之中，所采用的開采作業方式為兩個班組回采、一個班組檢修，通常在早班期間開展設備檢修工作，在中班以及晚班期間開展煤炭回采工作，62210工作面的開采高度值為1.1m，開采面每天推進度為4 m。在開展原巷充填作業過程中，為了能夠盡可能少的影響到回采工作，在早班時開展充填作業，充填泵站設置在62210工作面的底板巷之中。

3 原巷充填支護參數

3.1 原巷充填巷道支護參數

62210工作面的順槽結構屬于半圓拱形結構，巷道斷面的凈寬度值為4.8 m，斷面的凈高度值為3.4 m。在對頂板結構進行支護的過程中，使用聯合支護的工藝，錨桿采用的是高強預拉力錨桿材料，鋼筋網中鋼筋直徑為Φ6 mm，鋼帶型號為Ⅱ2型，連接方式為壓接。進行巷道頂板支護過程中，所采用的錨桿數量為7根，規格為Φ24mm×2200 mm。錨桿布設的間排距為800mm×1000 mm，預緊力值要求超過180N·m，錨固力值要求超過100 kN。使用的鋼筋網規格大小為1800mm×1200 mm，兩個鋼筋網相互壓接的長度值要求應當超過100 mm，而且鋼筋網需要完全的壓在鋼帶之下。

進行兩幫結構支護作業時，同樣采用聯合支護工藝，錨桿采用的是高強預拉力錨桿材料，鋼筋網中鋼筋直徑為Φ6 mm，鋼帶型號為Ⅱ2型，連接方式為壓接。所采用的錨桿數量為2根，規格為Φ24 mm×2200mm。錨桿布設的間排距為800 mm×1000 mm，預緊力值要求超過180N·m，錨固力值要求超過80kN。使用的鋼筋網規格大小為1800 mm×1200 mm，兩個鋼筋網相互壓接的長度值要求應當超過100 mm，而且鋼筋網需要完全的壓在鋼帶之下。若是兩幫位置裸露區域大于400 mm情況下，則直接的采用單體錨桿進行支護處理。

頂板結構的錨索支護使用3-0-3支護方式，在巷道中部設置一根錨索，在巷道的兩側沿著巷中位置個1～1.2 m位置處設置一根錨索，錨索的排距為2000 mm，錨索托盤的規格為400mm×400mm×15 mm。鋼絞線的直徑大小為Φ22 mm，長度值為6300 mm，每個孔洞均使用三個型號為Z2355的樹脂藥卷進行加長錨固處理，這樣可以更好的保證錨固效果，預緊力值要求超過120N·m，錨固力值要求超過200 kN。若是巷道頂板結構的完整性相對差，則應當確保錨索能夠緊跟著迎頭。巷道實際支護見圖1。

圖1 充填巷道巷內支護

3.2 原巷充填充填材料選擇

充填工藝的形式也包含有很多種，最為常見的為巷道旁填充方式以及采空區填充方式，以往在充填過程中所采用的材料主要包含有木垛、煤矸石以及粉煤灰等材料。采用上述材料進行回填作業，所構建的充填垛體很難達到巷道變形的要求，而且大部分都無法滿足設計標準?，F階段，進行巷旁填充作業過程中，所采用的材料多是一些膏體材料或者是高水材料。采用這些材料能夠確保充填過程中采取機械化施工的方式，可以和工作面掘進工作更為緊密配合，而且所構建的垛體也擁有相對高的支護阻力，擁有更為優良的密閉效果，所以，上式充填材料在巷道充填支護過程中使用非常廣泛。

采用的高水填充材料其中包含有甲料以及乙料，在進行漿體的制備過程中，將甲料以及乙料分別的加水攪拌并完成運輸工作，在甲、乙兩種材料單獨的進行攪拌情況下其在24 h之內都不會出現凝固問題，若是將甲料和乙料以4∶1的比例混合之后則可以在非常短的時間之內發生凝固。如此便能夠有效的緩解井下作業面運輸系統負擔，同時也能夠確保泵站在選擇具體位置過程中可選擇性更多，更為的適宜應用在規模相對大的巷道充填施工過程中。

采用不同的材料，其充填工藝也有所差異，采用膏體充填過程中相關工藝相對來說比較復雜，所需的運輸工作量相對大，而且需要將泵站以及充填使用的材料均放置到作業面周圍較近的距離。高水材料其屬于一種特種水泥混合材料，此種材料的水灰比相對大，而且能夠在很短時間之內實現凝結。高水材料可以在非常短時間之中便能夠達到較高強度，從而可以有效的提供支護阻力，可以有效的避免頂板下沉問題出現，從而確保巷道具有更為優良的穩定性。另外，高水材料具體施工作業過程中，其機械化程度相對高，而且施工的工藝也相對簡單，同時對于采空區域也擁有非常優良的隔離作用。

在充填帶的寬度值在1～3 m范圍內，在充填帶寬度不斷增加過程中，相應的圍巖結構受到的應力集中作用也隨之減弱，巷道的圍巖結構的位移量相應有所降低，而且圍巖結構發生破壞程度隨之減弱。當寬度值超過了3 m之后，則對著寬度的改變，其對于巷道圍巖結構受力情況、位移控制以及破壞控制等效果變化不是很大，因此，此次充填所選擇的充填寬度值為3 m。充填高度為巷道的高度，在3 m左右。

4 充填系統布置及工藝

4.1 充填系統布置方式

在設置充填系統過程中，最為關鍵的工作時包含有設置充填泵站具體位置、設計輸送管道的具體路線以及準備充填材料等等。在設計充填系統的過程中，需要結合工作面具體情況確保所設計的充填系統更為科學與合理，充填系統見圖2。

圖2 原巷充填系統

4.2 原巷充填工藝

所設計的充填工藝具體作業工序如下：將地板位置的浮煤徹底清除干凈→將充填袋進行吊掛→完成充氣作業→采用注漿泵設備進行漿液的輸送→將充填漿液輸送到充填點位置并充填至實現設置好的凝固袋之中。具體的充填工序見圖3。

圖3 原巷充填工藝流程

在進行充填施工作業前，應當確保底板徹底清理干凈，把浮煤以及浮矸等均清理掉，要能夠接觸到硬底。另外，巷道頂板結構相對堅硬，則需要通過預裂作業完成切頂再工作。在充填完成之前，應當確保垛體能夠和頂板良好接觸。實際工藝如下所述：

（1）第一，針對工作面順槽位置事先打設支護單體結構，以做好護頂工作，同時還需要支設充填作業所用模板。

（2）將巷道之中底板位置的浮煤以及浮矸等雜物全部的清除干凈，并在模板之中吊掛好充填袋，然后使用風管將充填袋充滿氣體。

（3）進行充填袋掛設過程中，應當及時的和泵站進行溝通，并通知泵站進行物料攪拌作業，而且還需要把漿體輸送管道插入至充填袋之中，然后將充填袋進行扎緊處理。

（4）由于之前會對輸送管道進行沖洗，而管道之中可能會有清水存在，為了避免管道之中遺留的清水流至充填袋之中，在漿體輸送之中應當把輸送管道三岔接口打開，事先將輸送管道之中的清水排除干凈。

（5）在開展充填作業過程中，快要接近頂板位置時，要和泵站進行實時的溝通，防止充填材料過多而溢出，達到節約材料的目的。在充填作業完成2 h之后，便能夠將支護的模板材料拆除。

在充填過程中，所選用的注漿泵型號為2zBYSB30300-90/5型，具體的工藝參數如表1所示。

表1 注漿泵具體工藝參數

5 原巷充填無煤柱掘巷經濟合理性分析

此次結合韓家洼煤業62210工作面實際充填施工實例，針對沿空留巷工藝以及原巷充填工藝加以分析，從經濟方面以及技術方面進行了對比，具體結果如表2所示。

表2 經濟成本對比

6 結語

采用原巷充填技術進行巷道支護施工，可以防止留置煤柱時所出現的應力集中問題，能夠顯著的增加煤炭回采效率，確保巷道維護以及維修工作變得更為簡單，顯著的降低了人工作業量，確保煤礦開采過程中的連續性以及高效性。原巷填充工藝在煤礦開采過程中不同采場接替時所發揮的作用更為重要，對于采場順利接替意義重大。