高水材料墩柱支護在工作面過空巷的應用

常兆韋

(晉能集團 晉城公司首陽煤業有限公司，山西 晉城 048402)

煤礦井下綜采工作面過空巷時，釆動超前應力、巷道巖體弱化、服務周期較長等因素，引起空巷頂板下降、巷幫片落，進而可能引發更上方巖層的滑移甚至整體結構的破壞影響煤礦正常生產[1].若采取倒面搬家，不但造成資源的浪費，而且影響回采效率，增加了回采成本。因此，探索一種既經濟安全，工作效率又高，且可以保證工作面順利通過空巷的方法，對于礦井的安全生產具有重要意義。本文結合山西首陽煤業15103工作面煤層、頂底板等地質條件，通過分析上覆巖體的運動規律，采用高水材料墩柱支護技術過空巷。

1 工作面地質條件

15103工作面位于首陽煤業一采區西部，西鄰15101工作面采空區；南與一采區輔助運輸巷相接；東部為羊頭山風景區保護煤柱邊界；北至F6正斷層。15103工作面走向長 945 m，傾向長 164.5 m，地面標高 1 053～1 218 m，工作面標高+916～+943 m.煤厚平均為 4.40 m，煤層傾角-2°～-6°.工作面中間有一條空巷(舊巷：斷面4.8 m×3.2 m，已錨網支護)，周邊及上下全部為實體煤。煤層的頂底板巖性見表1，15103工作面平面圖見圖1.

表1 煤層頂底板情況表

圖1 15103工作面平面圖

2 工作面空巷基本頂破斷特征

隨著工作面的推進，工作面與空巷之間煤柱的大小決定著上覆巖體對空巷圍巖應力與變形的影響程度，同時空巷對上覆巖體的變形與滑移的影響也與采煤面與空巷之間距離的遠近有關。隨著工作面的推進，煤柱被開挖，在煤柱內形成支撐壓力，存在一定寬度的支撐應力區和塑性區，原巖應力區的煤體發生破壞。基本頂的垮落位置位于工作面與空巷之間、空巷上方以及空巷后方時，對空巷的穩定性影響不一。如果上覆巖體本身保持不了穩態，當采煤面過空巷時，破斷塊體極可能失穩，造成空巷及采煤面上覆巖塊劇烈下沉，圍巖變形顯著[2-3].基本頂斷裂后的大致情況見圖2.

圖2 基本頂斷裂示意圖

由圖2可以看出，當采煤面回采到空巷附近時，必然引起采煤面受力陡然加劇，威脅液壓支架等設備的安全，采煤面將很難安全順利地通過。

3 墩柱支護技術應用

3.1 墩柱材料性能

高水材料分為甲料、乙料、加甲料、加乙料4種組份，制漿時加甲+甲料混合，加乙+乙料混合，分別通過攪拌輸運，在墩柱充填袋內部自流混勻，兩種料漿單獨攪拌、輸運過程中均不凝固，混合后則凝固速度很快。

利用伺服機實驗測出該種材料在水灰比1.5∶1環境下，固結一個星期以后的全應力應變曲線及變形特點，見圖3.

圖3 高水材料全應力應變曲線圖

由圖3可知，高水材料固結體展現出塑性材料特征，在外力擠壓下能夠承受很大的塑性形變，強度衰減速度慢，能夠保持很高的剩余強度[4-5].使用該材料能夠較好地控制圍巖上覆巖體，容許頂板下沉一定量，保證采煤面的正常通過。

3.2 墩柱支護

1)支護方案。

工作面距空巷120 m之前，在空巷內構筑高水材料墩柱，墩柱d1.0 m的高水材料圓柱，與巷道高度等高，墩柱構筑由柔性充填袋加剛性鋼筋網組成，可同時配合臨時模板使用。墩柱為5.0 m×2.0 m五花布置，見圖4.

圖4 15103工作面空巷墩柱布置示意圖

2)施工準備工作及實施工藝。

施工前，開啟該空巷，對局部巷道進行修護，確保行人運料通暢，作業安全。然后按由里往外的順序逐排打設高水材料墩柱。高水材料墩柱支護前期布置充填泵站與墩柱充填點。充填泵站至充填點需要敷設兩趟兩英寸送漿軟管或者鋼管。其基本工藝流程見圖5.根據巷道定位好充填空間位置，將充填袋往頂板高處吊掛，這樣可以讓墩柱更好的接頂。把充填袋吊掛在有一定剛度的鋼筋網內，打牢單體液壓背柱(高水材料凝固后可以摘除重復使用)。

3)注意事項。

a)在施工過程中，嚴格控制好水灰比。同時應巡查充填袋周邊情況，發現問題及時處理。b)當快要接頂時，盡可能地使充填袋接頂密實，不留縫隙。接頂后，拔出充填管，并用繩將充填口捆扎結實。c)每班結束，必須及時清洗管路。

圖5 墩柱充填工藝流程圖

4)墩柱支護效果。

通過高水材料墩柱支護，工作面過空巷得到解決，工作面未引起頂板的大面積冒落、壓死支架，未出現面壁片落，工作效率較高，且順利安全快速回采。

4 結 論

對首陽煤業15103工作面進行了高水材料墩柱支護技術的應用，得出：

1)采用高水材料墩柱支護技術對空巷進行加強支護，可以對頂板進行良好的支護，控制頂板過快沉降，避免巷道冒頂等事故發生，使工作面安全快速地通過空巷。

2)因為高水材料具有一定的塑性性能，墩柱支護技術在控制頂板的同時也容許頂板有一定量的下沉，避免了剛性支護對頂板的破壞。

3)在高水材料的墩柱支護方式下，采煤機可以直接截割通過，為采煤面的快速通過提供了條件。