工作面過斜交穿層空巷充填技術研究

柴文軍

（陽泉煤業（集團）有限責任公司三礦，山西 陽泉 045000）

山西省煤礦資源整合前，長期存在小煤礦無序開采現象，巷道布置錯綜復雜，使用后未經處理直接廢棄。廢棄空巷種類繁多，根據空巷層位，可以劃分為頂板空巷、煤層空巷、底板空巷、穿層空巷；根據空巷與工作面夾角，可以分為平行空巷、垂直空巷、斜交空巷；根據空巷冒落狀態，可以分為完整空巷、半冒落空巷、完全冒落空巷[1]；根據空巷坡度變化，可以分為水平空巷、傾斜空巷、起伏空巷。現場空巷類型多為幾種分類方式的組合，對回采的主要影響是瓦斯積聚、水患、片幫冒頂、支架下沉，且大多不可進入，給治理帶來了較大的困難，造成極大的安全隱患。目前對于空巷治理已有較多的工程實踐，但工程條件各異，針對特殊條件下空巷治理經驗仍顯不足[2]。本文以陽煤集團三礦整合煤礦泰昌公司1506工作面過斜交穿層空巷為工程背景，對空巷工程特性進行分析并進行治理，以期為特殊條件下過空巷提供實踐經驗。

1 工程概況

陽煤集團泰昌公司1506工作面回收大巷兩側保護煤柱，西側保護煤柱寬度95m，東側80m，工作面傾向180m，布置1506進風和1506回風兩條順槽，正計劃回采。開采煤層為15#煤層，平均厚度5.8m，采用放頂煤采煤法，采高2.8m，放煤高度3m，煤層走向上近水平，傾向上傾角3°，1506回風順槽一側略高。在回采進度160m位置，預計將在工作面中部揭露1條斜交穿層空巷，如圖1所示。

圖1 空巷與工作面位置關系示意圖

空巷為資源整合前遺留，已經廢棄，長度遠大于工作面傾向長度。工作面與空巷交叉點附近對回采影響較大，將會出現支架傾斜、下沉現象，且探測到空巷內瓦斯含量高，因此必須進行處理。

2 空巷隔離擋墻設置

為了防止回采到空巷時支架下沉，瓦斯積聚，必須對交叉點附近空巷進行充填，但存在2個問題：

1）空巷長度大，下部必須設置擋墻隔離。根據老工人描述，空巷長度遠遠超過工作面傾向長度，約1000m，且傾角大，約13°，如果直接進行充填，漿液會隨著空巷傾斜方向自流，充填范圍不可預測，材料消耗量極大，必須對空巷下部進行封堵隔離；

2）空巷不可進入。前期從大巷對下方空巷打鉆探測，采用鉆孔電視發現空巷內變形量較大，探測到瓦斯濃度較大，不可進入，也不可與現有通風系統連通；

由上述2個問題可以看出，空巷治理的技術關鍵在于：在無法進入的前提下，如何在空巷內設置擋墻隔離，防止充填材料漿液向更遠處流動。工作面中部大巷為施工提供了可行性，大巷目前維護狀況良好，允許人員進入和施工作業，計劃從大巷內向空巷施工底板鉆孔，通過鉆孔輸送大顆粒骨料輔以高稠度漿液填充，進行擋墻設置，然后再進行空巷充填。

圖2 鉆孔布置方式示意圖

表1 鉆孔施工參數表

根據1506工作面底板條件和現場經驗，認為當底板厚度不足7m時，存在支架沉陷風險，必須進行充填。因此，以工作面底板與空巷垂直距離7m為界，在該位置附近設置隔離擋墻。

在大巷內布置鉆場，設計3排底板鉆孔，分別編號為 A、B、C，每排 3 個，分別編號為 A1#、A2#、A3#、B1#、B2#、B3#、C1#、C2#、C3#，鉆孔穿透空巷頂板，對擋墻位置進行3段覆蓋式布置，鉆孔布置方式如圖2所示，鉆孔參數見表1所示。

分步堆積實施步驟：

1）首先施工 A1#、A2#、A3# 鉆孔，為護孔并減小骨料運輸阻力，鉆孔內下直徑108mm鋼管作為套管，采用1cm左右粒徑的石子作為骨料，利用噴漿機作為動力，使石子進入空巷內形成堆積，過程中適當摻入細沙，填補骨料堆積縫隙，最后采用高強速凝材料制作漿液進行填充，形成前端A擋墻；

2）然后施工 C1#、C2#、C3# 鉆孔，按照上述方式形成后端C擋墻；

3）最后施工中部 B1#、B2#、B3# 鉆孔，在前后端A、C擋墻的基礎上向上堆積，形成中部B擋墻，三堵擋墻成“品”字形堆積，如圖3所示；

4）擋墻施工完畢后，利用鉆孔進行窺視，確保接頂良好。

圖3 擋墻分步堆積示意圖

3 分段充填技術方案

3.1 分段方式及依據

分段的主要依據是所需充填體功能不同，分為3段，D段、E段、F段，D段上邊界為擋墻頂部水平線，下邊界為擋墻；E段下邊界為D段上邊界，上邊界為距離煤層底板下方2m；F段下邊界為E段上邊界，上邊界為交叉點煤層上邊界水平線。如圖4所示。

圖4 分段充填分段方式示意圖

分段依據：D段主要考慮擋墻不嚴密，漏漿問題；F段主要考慮支架下方底板強度和充填體再塑煤幫強度；E段對支架影響并不大，主要考慮成本問題。因此，D段應采取和F段需采用速凝高強度充填體，E段可以采用低強度充填體。

3.2 充填材料

根據分段充填方式中D段、E段、F段對充填體性能的不同要求，配置兩種充填材料，一種為高強速凝材料，使用水灰比1.2∶1，一種為高水充填材料，使用水灰比3∶1，兩種材料性能對比見表2。

表2 兩種充填材料性能參數表

3.3 分段充填過程及效果考察

分段充填過程：在大巷內通過鉆孔、插管方式對各段進行充填，如圖4所示鉆孔。首先根據各段體積估算充填材料用量，在充填過程中配合鉆孔電視觀察，以保證分段充填大致準確。

效果考察：空巷寬度6m，總計工期25d，D段充填體積 637m3，E段充填體積478m3，F段充填體積256m3，共計充填 1371m3，消耗高強速凝材料 650t，消耗高水充填材料85t。工作面到達空巷時，充填體強度足夠，幫部直立，未發生片幫、冒頂現象，用時1.5d順利通過。

4 結 論

1）1506工作面與穿層空巷斜交，帶來支架傾斜、下沉，瓦斯積聚隱患，必須進行充填處理；

2）在工作面中部大巷內鉆孔輸送石子、細沙、漿液分段堆積，解決了空巷底部隔離擋墻設置問題；

3）根據各部分充填體功能不同，進行了分段充填設計，并介紹了高強速凝材料和高水充填材料兩種材料；

4）效果考察表明，總計工期25d，共計充填1371m3，消耗高強速凝材料650t，消耗高水充填材料85t。工作面到達空巷時，未發生片幫、冒頂現象，用時1.5d順利通過，充填效果良好。