全空巷充填技術在孤島工作面回采中的應用

宋哲強

（晉煤集團成莊礦,山西 澤州 048021）

孤島工作面的開采，應力顯現異常，巷道變形量非常大，工作面布置的措施巷或初次設計的切眼，動壓顯現尤為明顯，采取原有木垛、單體柱等支護方式，安全風險成倍增加，急需尋找一種更高效、更安全的支護方式。

1 工作面概況

成莊礦3311工作面是三盤區最后一個工作面，緊鄰3310工作面采空區和西陳莊煤礦采空區。切眼向外280m處有鎖邊一二巷兩條平行于工作面切眼的空巷，兩巷相距20m并貫穿整個工作面。鎖邊一二巷沿煤層頂板掘進，巷道寬度4.6m，高度3.3m。3311工作面在回采過程中需通過鎖邊一二巷。

2 存在問題

3311工作面煤層厚度6.15m左右，采用綜放工藝進行生產，采3m放3.15m。兩條鎖邊巷沿頂板掘進，導致將來工作面采到鎖邊巷位置時，支架頂梁處于鎖邊巷底板處，整個工作面支架頂梁與煤層頂板有3m左右高的空頂，工作面前方頂板處于懸空狀態，空頂距達到4.7m左右。3311切中以南96.5～320m發育一斷層F111（H=2m ∠65°），F111斷層貫穿鎖邊一二巷（鎖邊一巷在46#架前后揭露），斷層前后頂板破碎，頂板管理難度大，且F111斷層為正斷層，斷距2m，通過時，需割底矸，進一步加大通過鎖邊一二巷難度。見圖1。

圖1 3311工作面及鎖邊一二巷示意圖

3311工作面周期來壓步距為15～20m左右，過鎖邊一二巷影響區域為30m左右，在通過鎖邊一二巷期間會受到周期來壓的影響，造成工作面頂板大面積下沉或漏矸、冒頂事故。

以往煤礦采煤工作面過空巷采取的方法主要有：用密集支柱或木垛加強對空巷頂板的支護；補打錨桿、錨索加固空巷頂板和兩幫；以空巷為切眼重新布置工作面；采用充填材料對空巷區域進行全部充填。

為解決3311工作面回采過空巷期間的頂板隱患，以及防止空巷內瓦斯聚集等問題，對上述四種方案進行對比分析，詳見表1。

表1 3311工作面過空巷方案綜合對比表

通過綜合對比，該礦提前對鎖邊一巷內的頂板進行加固，并做好前期準備工作，對鎖邊一二巷采用全空巷充填。

3 全空巷充填實施試驗

3.1 充填前的加固

（1）在鎖邊一二巷內斷層前后，錨索吊掛鋼筋梯(鎖邊一二巷各使用Ф22×7.4m錨索20根），進行頂板加固。

（2）在鎖邊一二巷內吊掛廢舊軌道，加大充填體強度。

（3）在鎖邊一二巷內吊掛菱形網，并將菱形網與原巷幫金屬網相聯接，形成一個整體，減少架間漏矸。

（4）過鎖邊一二巷前，加強兩巷超前支護。33113巷側在鎖邊一二巷口架鐵棚13架，木棚9架，33111巷側鎖邊一二巷口及前后架木棚40架。鎖邊一二巷口處架走向抬棚14架。兩巷超前支護內單體柱改為一排四柱，1巷超前支護不少于30排，3巷超前支護不少于30排。

3.2 鎖邊一二巷采用聯邦充填材料全巷道充填

（1）充填選用材料為晉煤集團技術研究院自主研發的聯邦支護充填材料，充填設計為空巷內部空間一次充填。聯邦高水速凝充填材料由A、B兩種材料組成，A和B兩種按1:1配合使用，水料比3:1。充填漿料A料和B料通過液壓柱塞泵，分別通過管路遠距離輸送至充填區域，在待充區域附近通過三通混合器混合，混合液填充鎖邊一二巷空巷。

（2）充填作業時先對鎖邊二巷進行充填。

在鎖邊二巷33111巷和33113巷側巷口里5m各建一道板墻，在鎖邊一巷內鋪設注漿管路，利用鎖邊一巷與鎖邊二巷間煤柱內布置直徑75mm的鉆孔，鉆孔內插直徑38mm的高壓膠管。通過高壓膠管向鎖邊二巷中灌漿，待漿液充填整個鎖邊二巷時停止注漿。見圖2。

圖2 鎖邊一巷和二巷連接鉆孔示意圖（剖面圖）

（3）鎖邊一巷充填，設計了“分段不通風”、“分段通風”兩種充填方案，對方案進行了對比分析，采用方案一充填鎖邊一巷，設計了導流槽裝置。見圖3。

圖3 鎖邊一巷充填示意圖（側視圖）

4 效益及效果

井下現場取樣表明，充填體強度大于2MPa。通過回采期間對支架初撐力的數據收集數值計算，以及空巷充填前后的巷道圍巖塑性破壞情況進行分析可知：對鎖邊一巷及鎖邊二巷進行完全充填后，巷道內部充填體與煤巖體形成整體，共同承擔工作面采動影響造成的應力作用，減少了巷道圍巖的塑性破壞，避免了工作面頂板下沉風險，能夠提高工作面回采至空巷區域的安全系數，也進一步證明空巷充填是保障工作面安全順利過空巷的有效措施。

（1）時間效益：3311工作面鎖邊一二巷采取空巷充填之后，自5月7日開始揭露鎖邊一巷，5月16日順利通過鎖邊二巷，比預計時間縮短了10d。

（2）安全效益：3311工作面鎖邊一二巷采取空巷充填之后，有效地解決了頂板管理難題、通風管理難題、機電管理難題。在過鎖邊一二巷期間未出現頂板漏矸、垮落等事故，未出現瓦斯積聚等瓦斯事故，未出現壓溜、壓架等機電事故。

（3）經濟效益：采用充填法充填過鎖邊一二巷取得了明顯的經濟效益，經計算，實施空巷充填后，能夠節約煤炭資源34791.96t。

（4）空巷充填大大改善了井下作業環境，避免了空巷補強支護、搬家倒面、調整工作面采高等一系列復雜工序，降低了工人勞動強度，提高了工作效率，同時也提高了井下工作的安全系數。