移動充填技術在綜采工作面沿空留巷中的應用

2019-09-07 10:55:16秦慧湖郭晶露

山東煤炭科技 2019年8期

秦慧湖郭晶露

（1.蘭花集團伯方煤礦，山西高平 048400；2.蘭花集團永勝煤業有限公司，山西朔州 036000）

1 工程概述

3308 綜采工作面位于伯方煤礦的三盤區，是礦井首個采用沿空留巷技術的工作面。主要開采煤層為3#煤，煤層賦存穩定，開采條件良好，平均厚度可達5.47m，煤層傾角為2°~6°。采煤工作面沿走向布置，設計上下巷走向長度為1905m，設計傾向長度為220m。煤層頂板為粗粒砂巖，主要成分由石英、燧石碎屑及白云母等膠結而成，其性緊密堅硬，呈灰色、黑灰色，平均厚度可達17.54m；煤層底板為細粒砂巖，中間夾有一層粉砂巖，平均厚度為2.8m。3308 采煤工作面與相鄰的3307 采煤工作面共用一條軌道順槽，工作面回采時采用“兩進一回”的通風方式，即由運輸順槽和軌道順槽供風，沿3307工作面回風順槽回風，形成獨立的通風系統。3308 工作面巷道平面布置圖如圖1 所示。

圖1 3308 工作面巷道平面布置圖

2 移動注漿方式

2.1 制漿站

為了避免3308 工作面回采期間的采空區瓦斯由于頂板垮落而涌入巷道內，需采取注漿充填的方法對3307 工作面采空區進行注漿?？紤]到3308 工作面運輸距離遠，不適合采用固定地點制漿注漿，為滿足注漿需求，設計將制漿站布設在回采面切眼以外的軌道順槽內200m 處，把注漿泵安裝在平板車上，便于作業期間根據現場實際注漿需要，通過絞車或梭車牽引前后移動，靈活控制施工。在制漿時，一次牽引兩個平板車，一個存放注漿泵，一個存放A、B 漿液的攪拌桶，分別有兩個桶裝A 液、兩個桶裝B 液，通過持續制漿，有效確保了注漿的連續性。圖2 為制漿泵站布設示意圖。

圖2 泵站布置示意圖

2.2 注漿管

利用DN40 型高壓鋼管加工焊接成注漿管路，攪拌桶內的AB 液體通過制漿泵的混合攪拌充分融合后，經過高壓注漿管路向采空區內注漿，確保了兩種液體能夠充分發揮化學反應，達到較好的注漿效果。

3 充填法沿空留巷

沿空留巷技術是指隨著采煤工作面的回采，通過在實體煤墻的采空區側以砌筑磚墻或材料充填的方式人工留設一條巷道，由于其具有一定的抗壓強度，因此在采煤動壓平均分布，達到新的平衡后，巷道受到的變形較小，能夠確保留巷的完整性。為了達到這一抵抗強度，增加充填物對頂底板壓力的承載能力，減少頂板彎曲變形的下沉移近量，需考慮如何提高頂板的支護加固作用[1-3]。

3.1 充填法加固

綜采工作面在采煤過程中受到兩方面動壓的影響：一是切眼前方煤墻側承受壓力后傳遞的膨脹應力作用；二是采空區側頂板垮落造成的垂直與水平方向的混合作用力影響，而后者的作用影響更為復雜。因此，在采空區側留設巷道，其充填物要能夠承載頂板冒落后的上覆巖層的垂直壓力，同時，在垂直應力的擠壓作用下，充填物存在一定的韌性，會出現塑性變形，為了減小變形量，提高縱向抗壓強度，需要通過輔助的柔性支護進行補強。在采空區內打設一排木點柱，補充支承頂板壓力，在充填物的內外側預先錨固對拉鋼筋錨桿，旋轉張緊托盤，并在采空區煤墻側張貼金屬菱形網和塑料網，以減小冒落的碎矸石對充填物的擠壓影響[4]，從而提高充填強度以及穩定性。

規格設計：充填模塊厚度1.5m，模塊與木點柱之間預留0.3m 的間距，錨桿之間高差1m，木點柱后背設的背板間距0.3m。充填體對拉鋼筋布設示意圖如圖3 所示。

圖3 充填體對拉鋼筋布設圖

3.2 超前支護加固

為了減少工作面采動對兩巷的影響，采取超前打設單體柱，搭配鉸接梁的支護方式。根據動壓影響規律和實際觀測現場的影響范圍，確定超前支護范圍為25~30m，每根鉸接梁長1.2m，下方打設兩根單體柱，間距0.8m，在巷道兩側及中間打設三路復合支護抬棚，減少對巷道側幫變形的影響。如圖4。

圖4 超前支護示意圖

3.3 錨網索復合支護

在采煤工作面回采之后，尤其放頂煤之后，原來打設的錨桿、錨索隨著頂板的破壞垮落，大多數失去對頂板的懸吊作用，從而造成頂板加固失效，因此，需要通過補打錨索進行抗拉補強。設計每排錨索打設3 根，間排距為2m，與舊錨索交錯插花布置。每排錨索加固效果各有側重點，分別加固煤墻側幫部頂板，減少對煤體的壓力；加固充填體上方頂板，減小材料形變；加固巷道和煤壁對側巷幫煤墻頂板。錨索選用長度統一定為8m，可加固至直接頂，確保加固效果與懸吊穩定性[5]，如圖5 所示。

4 技術實效分析

通過采用GPD30 型應力感應采集裝置進行壓力試驗，對采集到的作用在填充物上方的壓力數據進行數據模擬分析，得到應力變化曲線，如圖6所示。經過實測數據可知：填充物中的受力是一個緩慢的動壓重新分布平衡過程，當工作面回采后，在采空區10m 范圍內開始出現壓力顯現，隨著工作面的推進逐漸增大，直至采面切眼距采空區80m 左右時，填充物壓力趨于穩定，在此過程中，承受最大壓力不超過4MPa。由此可得，注漿充填后，采空區填充物對頂板起到了很好的支護作用，緩解了巷道的形變，確保了巷道支護的完好性，滿足對應力的抗壓強度需要。