大采高工作面過空巷及對接切眼工藝應用

史利彪

(晉煤集團成莊礦安檢部，山西 晉城 048021)

0 引言

成莊礦5314大采高工作面由5巷布置，其中3巷為皮帶巷兼主進風巷，2巷為副進風巷兼運輸巷，4巷為回風巷，另有2條順槽空巷1巷和6巷長度達660余m，區間有7個橫川，斷面為5 m×3.8 m(高×寬)，在1巷和6巷頂頭有平行切眼198 m，切眼斷面8.5 m×3.8 m(高×寬)。斷面大，空巷多給回采帶來了嚴重挑戰，極易造成頂板冒頂和壓溜事故[1-3]。

1 工藝實施過程

1.1 對接切眼深孔注漿

鉆孔布置：在53146巷兩幫及對接切眼處回采幫分別向煤體中布置深度30 m、直徑42 mm(或直徑76 mm，如果直徑42 mm滿足不了封孔要求，在直徑42 mm基礎上進行套孔，套孔直徑76 mm)的注漿鉆孔。提前施工鉆孔、插管、封孔，待工作面距鉆孔50 m時，單液注漿材料實施注漿加固。巷道內施工兩排鉆孔，鉆孔呈“三花”布置；下排鉆孔開孔高度1.3 m，鉆孔仰角2°，鉆孔間距6 m。上排鉆孔開孔高度2.8 m，鉆孔水平布置，鉆孔間距同樣6 m。下排第一個鉆孔距巷口5 m開始施工，上排第一個鉆孔距離巷口8 m開始施工。共計施工194個深度30 m的注漿鉆孔，總鉆進量5 820 m。鉆孔布置方式如圖1所示。

圖1 方案一鉆孔布置示意圖

鉆孔施工：為不影響工程進度，注漿鉆孔提前施工，施工完成后及時插入封孔鋼管和注漿導流管(PE管)，并進行封孔，待工作面推進至超前鉆孔約50 m時進行注漿。由于鉆孔施工高度較高，采用錨桿鉆車施工。使用錨桿鉆車施工鉆孔時孔口上方懸掛U型噴霧。

注漿管與封孔：根據采用鉆孔布置方案不同，需采用不同的注漿管組合。為了防止巷旁破碎區漏漿，孔口部分采用6分無縫鋼管作為封孔管，封孔長度為6 m，由3節鋼管連接而成；同時，為了防止孔內塌孔堵塞注漿通道，注漿鉆孔內剩余部分需插入直徑為32 mm的PE管，需解決與6分鋼管的連接問題，可以采用插接方式連接；PE管的長度約為24 m，前方8 m范圍需布置對穿射漿孔，直徑5～8 mm，間距300 mm。

封孔工藝：鉆孔施工后為了防止塌孔，需立即對鉆孔插入注漿管并進行封孔，封孔是為了防止在注漿時孔口漏漿，導致注漿效果降低，封孔效果直接影響注漿加固效果[4-6]。封孔方法如圖2所示，封孔段前后兩節鋼管上纏繞鐵絲，并焊接固定，然后在這兩節鋼管上纏繞棉紗，并插入孔內，再在鋼管旁邊插一根1416型鋁塑管，作為灌注封孔的導流管，封孔導漿鋁塑管的長度約6 m。封孔材料采用聯邦加固Ⅰ號(雙液)材料實施封孔，水灰比為1∶0.8。封孔設備宜采用2ZBQ50/19型雙液氣動注漿泵，配備2個QB200型氣動攪拌桶。

圖2 深孔注漿鉆孔封孔方法示意圖

其他注意事項：工作面推進到超前注漿鉆孔50 m左右時開始實施注漿。根據現場漏漿情況進行確定，漏漿嚴重時可以降低注漿壓力[7-9]。單孔注漿量為原則上注不進為止。采用滲透性較好、早期強度較高的聯邦加固Ⅰ號(單液)注漿材料。

1.2 順槽空巷施工充填柱

充填支柱施工材料需滿足：①材料使用水灰比1.0～1.3∶1，單立方材料消耗550 kg，既獲得良好的材料性能，也盡可能的降低材料使用量；膠凝時間3～5 min，固化時間15～20 min，快速膠凝，減輕模板壓力，防止漲袋、鼓包，甚至傾倒；②1 d強度不低于4 MPa，7 d強度不低于13 MPa，最終強度不低于15 MPa；采用雙液泵送充填，單液存放時間不低于2 h，最大限度地降低堵管風險，且易于實現遠距離輸送，減少材料運輸距離；③充填體頂部材料添加無機發泡材料，材料膨脹率不低于15%，能夠確保主動接頂，且使充填體具備一定的讓壓特性。

53141巷充填柱布置方案：53141進風巷長度約661.2 m，前200 m礦上采取補打錨索梁支護，不采取支柱支護應用，因此支柱支護段長度為465 m。在與對接切眼相交處有個絞車硐室長度為7.7 m，寬度為6 m。按照巷道的走向方向每排布置2個支柱，每排之間距離(邊對邊距離)為1.6 m，支柱距離兩幫距離約為1 m。沿空巷方向每排間距(邊對邊距離)為2 m。支柱直徑為1 m、高度為4.1 m。53141巷共需布置充填支柱300個。53141巷與對接切眼交叉點處布置14根直徑1.2 m支柱，間排距(邊對邊距離)1.2 m×1.2 m。絞車硐室設計支柱直徑1.2 m、平均高度為4.2 m。貼幫支柱分別距兩幫0.8 m×1 m，調車硐室共需布置充填支柱9個。支柱布置示意圖如圖3所示。

圖3 53141進風巷空巷支柱布置示意圖

53146巷(垂直和斜交工作面傾向方向)充填柱布置方案：53146進風巷總長度約661.2 m，前200 m礦上采取補打錨索梁支護，不采取支柱支護應用，因此支柱支護段長度為339.5 m。按照巷道的走向方向每排布置2個支柱，每排之間距離(邊對邊距離)為1.5 m，支柱距離兩幫距離約為1 m。沿空巷方向每排間距(邊對邊距離)為2 m。支柱直徑為1 m、高度為4.1 m。共計需要支柱數量為252個。支柱布置示意圖如圖4所示。

圖4 53146進風巷(垂直工作面傾向)支柱布置示意圖

53146巷(平行工作面傾向方向)充填柱布置方案：按照進風巷的走向方向每排布置2個支柱，每排之間距離(邊對邊距離)為1.5 m。支柱距離回采側煤幫距離約為0.7 m，距離另一側煤壁間距為1.1 m。沿空巷方向每排間距(邊對邊距離)為1.5 m。支柱布置圖如圖5所示。共施工了直徑1 m高度為4.1 m支柱42個；直徑1.2 m高度為4.1 m支柱38個。53146巷(平行工作面傾向方向)與53142巷連接端頭部分長度約10 m范圍，巷道高度為4.3 m左右，需另外布置了直徑1 m高度為4.5 m(充填高度為4.3 m左右)支柱4個，直徑1.2 m高度4.5 m支柱4個。

圖5 53146巷(平行工作面傾向)支柱布置示意圖

對接切眼空巷(平行工作面傾向)的充填柱布置方案：對接切眼總長189 m，支柱布置方案分為3種：①對接切眼與53412巷連接處支柱設計；此處長度約10 m，寬度約11 m，高度為4.6 m左右。沿切眼方向支柱按照4列布置，采用直徑1.5 m支柱。布置方式為4×4，支柱間排距1 m×1 m，支柱靠近兩側煤壁的間距均為1 m，支柱的布置數量約為16個；②里程11～19 m為巷道起坡段，巷高逐漸降低為3.9 m，按照對接切眼的走向方向每排布置3個支柱，每排間距(邊對邊距離)為1.7 m。支柱距離回采側煤幫距離約為0.8 m，距離另一側煤壁間距為1.1 m。近幫支柱直徑分別為1.2 m、1 m，巷道中部支柱直徑設計為1.5 m。沿空巷方向每排間距(邊對邊距離)為1.5 m，支柱高度統一設計為4.5 m；③里程19～180 m區域巷高穩定，此處支柱布置方式與起坡段相同，支柱高度統一設計為4.1 m，布置示意圖如圖6所示。支柱的布置數量為204個，其中1 m×4.1 m為65個，1.2 m×4.1 m為60個，1.5 m×4.1 m為54個，1 m×4.5 m、1.2 m×4.5 m、1.5 m×4.5 m各3個，1.5 m×4.8 m為16個。

圖6 對接切眼空巷支柱布置示意圖

53141巷和53146巷之間聯絡巷充填柱布置設計方案：聯絡巷是與工作面傾向方向平行，按照聯絡巷的走向方向每排布置2個支柱，每排之間距離(邊對邊距離)為1.5 m。支柱距離回采側煤幫距離約為0.7 m，距離另一側煤壁間距為1.1 m。沿聯絡巷方向每排間距(邊對邊距離)為1.5 m，兩排支柱采取平行布置。支柱直徑設計時，在靠近回采側煤壁支柱直徑設計為1.2 m、另一側支柱直徑設計為1 m、高度4.1 m。橫川口以里布置1.2 m直徑支柱27個，1 m直徑支柱23個，聯絡巷口布置3排13個直徑1.2 m支柱，間排距1 m×1 m。支柱布置示意圖如圖7所示。

圖7 A1聯絡巷充填支柱布置示意圖

1.3 錨索補強

53141巷與53146巷空巷區段的頂板全部進行錨索吊掛工字鋼補強，由原來的2-1-2補強為4-3-4，工字鋼長度為3 m，并在工作面側1-0-1布置一排鎖口錨索。對接切眼頂板進行錨索吊掛工字鋼補強，由原來的5-4-5補強為8-7-8，工字鋼長度為3 m。并在工作面側1-0-1布置一排鎖口錨索。

2 實施效果

在推進過程中，空巷變形量在可控范圍內，集中在煤壁以外10 m范圍內，變形量最大幫臌0.5 m，底臌0.5 m，將壓力摔倒老塘。頂板得到了有效支護，煤體得到了有效加固。

在過660 m空巷過程中，月平均推進度220 m，與正常推進度相差無幾。月總產量穩產在50萬t，推進度得到了保障。

由于煤體頂板得到了有效控制，大幅度減少了頂板漏矸和壓溜事故，在推進過程中保證了機電設備平穩和事故總體可控。由于機電事故可控，頂板事故減少，大幅度減少了搶修事故，從而也有效保證了人身安全。

3 結語

大采高工作面在推進過程中，受地質構造和頂板影響較大，要提前對構造和異常區段煤體積極采取加固措施，并要在回采過程中動態對支護措施跟蹤從而不斷調整支護措施，盡最大可能在保證正常回采前提下減少支護投入。