空巷充填支柱支護技術(shù)在岳城煤礦的應(yīng)用

上官軍衛(wèi)

（山西晉能控股煤業(yè)集團沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

引言

岳城煤礦為晉能控股煤業(yè)集團下屬整合礦井，由于整合前小煤窯私挖濫采，形成了大量廢巷、空巷，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)煤炭資源浪費嚴重，對后續(xù)開采也造成了很大安全問題。目前工作面過空巷主要通過密集支柱或鋪設(shè)木垛等支護頂板，使用錨桿、錨索加固頂板及兩幫，或是對頂板及兩幫進行注漿加固。但是由于這些空巷多為廢棄的巷道，施工人員現(xiàn)場加固時面臨較大的安全隱患。因此，急需尋找更為可靠的施工技術(shù)，對工作面過空巷問題進行分析和處理，保證工作面安全回采。

1 岳城礦五盤區(qū)1314 工作面現(xiàn)場概況

1314 工作面位于岳城礦五盤區(qū)大巷以北，1312工作面以西，五盤區(qū)北翼集中回風(fēng)巷及膠帶巷以東。工作面存在多條廢巷、空巷，且660 m 以里布置一條長度為189.3 m的對接切眼空巷。煤層頂?shù)装寰鶠樯皫r，平均厚度為4.27 m。工作面采用“兩進兩回”通風(fēng)方式，其巷道布置如圖1。

圖1 1314 工作面巷道布置圖

工作面回采期間，由于現(xiàn)場廢巷空巷較多使上方頂板應(yīng)力集中，周期來壓及空巷上方的疊加應(yīng)力導(dǎo)致煤壁破碎，頂板漏頂嚴重，多次補強支護后效果不明顯，補強錨桿、錨索失效。因此非常有必要布置空巷支柱，保證空巷兩側(cè)煤壁的穩(wěn)定性。

2 空巷支柱方案

2.1 支柱工藝

空巷支柱結(jié)構(gòu)是廣泛應(yīng)用于房柱式開采中替代煤柱支護頂板的一種臨時結(jié)構(gòu)，包括上部讓壓層和下部承載層。讓壓層能夠為頂板下沉讓壓提供緩沖空間，滿足大斷面支護需求，承載層是采用雙液無機充填粉體（硫鋁酸鹽水泥+石膏石灰）充填而成的承載體，能夠有效代替單體柱進行臨時支護。其主要工藝如下：

支柱布置設(shè)計→材料、管路、設(shè)備就位連接→吊掛固定模袋→下部支柱材料泵送充填→固結(jié)成型→上部發(fā)泡材料充填→安裝防護設(shè)施，拆除木板。

2.2 空巷支柱布置

綜合巷道地質(zhì)條件對空巷支柱布置方案進行了設(shè)計。在工作面橫川和13146 巷平行段巷道內(nèi)，按照巷道走向方向每排布置兩個支柱，每排之間邊對邊距離為1.5 m。支柱距離回采側(cè)煤幫距離約為1.0 m。橫川口布置三排13 個直徑1.0 m、高度4.1 m 支柱，巷道中段共布置178 根支柱，支柱直徑1.0 m，高度4.1 m。13146 巷與13142 巷連接端頭部分長度約10m 范圍，巷道高度4.3 m 左右，機頭硐室需另外布置直徑1.2 m、高度4.5 m 支柱共8 根。支柱布置示意圖見下頁圖2。

圖2 橫川充填支柱布置示意圖

2.3 對接切眼充填支柱布置

對接切眼總長189.3 m，支柱布置方案如下：

1）對接切眼與13412 巷連接處支柱設(shè)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3 列布置，采用直徑1.2 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(cè)煤壁的間距均為1 m，支柱的布置數(shù)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三個支柱，每排間距（邊對邊距離）為1.7 m。支柱距離回采側(cè)煤幫距離約為0.8 m，距離另一側(cè)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(shè)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(tǒng)一設(shè)計為4.5 m。

3）里程19～180 m 區(qū)域巷高穩(wěn)定，此處支柱布置方式與起坡段相同，支柱高度統(tǒng)一設(shè)計為4.1 m，布置示意圖如圖3 所示。

圖3 對接切眼空巷支柱布置示意圖（單位：mm）

支柱的布置數(shù)量約為204 個，其中Φ1 m×4.1 m 65 個，Φ1.2m×4.1m60 個，Φ1.5m×4.1m54 個，Φ1m×4.5 m 3 個、Φ1.5 m×4.5 m 6 個，Φ1.5 m×4.8 m 16個。如遇現(xiàn)場特殊情況，可用直徑1.2 m的支柱替代直徑1.5 m的支柱。

3 效果考察

3.1 工作面支架阻力監(jiān)測

工作面共計布置液壓支架204 架，支架額定工作阻力12 000 kN，為了對支架工作阻力情況進行監(jiān)測分析，將整個工作面分為上、中、下三個監(jiān)測區(qū)域，工作面中部監(jiān)測15 個支架，工作面機頭和機尾各監(jiān)測3 個支架，共計監(jiān)測21 個支架，安裝21 個綜采支架記錄儀，對工作面回采過程中的支架阻力數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析。因此，在工作面通過空巷區(qū)域時，可以利用已經(jīng)安裝的綜采記錄儀，對支架阻力數(shù)據(jù)進行采集和處理，同時與工作面正常回采階段的支架阻力數(shù)據(jù)進行對比，以分析工作面過空巷區(qū)域的礦壓特征，考察分析空巷處理效果，如圖4 所示。

圖4 橫川、對接切眼充填效果圖

考慮到空巷位于工作面下半部分，對工作面下部143、153、163、173 支架進行重點分析。2019 年6月10 日，工作面機尾距離13146 巷（平行段）10 m左右，支架壓力尚沒有明顯的變化；2019 年6 月11日，工作面機尾距離13146 巷（平行段）5 m 左右，支架數(shù)據(jù)有明顯增阻，并在工作面進入空巷后達到峰值，如表1 所示。

表1 工作面過空巷前后支架數(shù)據(jù)對比

工作面距離空巷巷幫5 m 時，支架壓力數(shù)據(jù)開始明顯增大，并在支架進入空巷后達到峰值；空巷對應(yīng)的支架范圍是100～203 架，從數(shù)據(jù)統(tǒng)計來看，空巷兩端壓力較小，中間范圍壓力較大，數(shù)據(jù)分析與現(xiàn)場目測基本一致，空巷兩端各30 m 范圍圍巖變形明顯小于中部范圍；支架進入空巷以后平均工作阻力顯著升高，較進入空巷前約提高了1 倍[1-3]。

2019 年6 月13 日工作面機尾支架進入空巷，機頭保持不動，調(diào)斜角度2°～3°，6 月15 日工作面機尾通過空巷，6 月19 日整個工作面完全通過空巷，影響時間約3 d。

3.2 巷道變形觀測

自2019 年3 月17 日至2019 年3 月24 日，安排專人對井下13141 巷中布置的測點進行跟蹤觀測，測點的巷道變形觀測數(shù)據(jù)見下頁表2。

表2 13141 巷巷道變形觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

13141 巷基本位于工作面中部，與工作面推進方向平行，隨工作面推進受采動影響和超前支承壓力的作用圍巖發(fā)生變形，巷道變形尤以底鼓最為明顯，但整體穩(wěn)定性較好，未對生產(chǎn)造成影響。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，隨工作面的推進，13141 巷前方15 m 位置底板開始鼓起，距離工作面5 m 內(nèi)時，超前單體柱回撤，底鼓速度加快，最大底鼓量達到831 mm；超前8 m范圍巷道兩幫注高分子材料，效果比較明顯，煤幫較為完整，最大收縮量313 mm；巷道頂板進行了錨索補強，整體強度較高，直到工作面前方2 m 左右，頂板破碎后部分錨索失效，頂板迅速下沉，最大下沉量469 mm。

4 結(jié)論

工作面采用充填支柱支護后，支架進入空巷以后平均工作阻力顯著升高，空巷兩端各30 m 范圍圍巖變形明顯小于中部范圍；隨工作面的推進巷道頂?shù)装遄冃伍_始加速，超前注漿區(qū)變形減緩并逐漸停止，巷道煤幫最大收縮量達到313 mm，頂?shù)装遄畲笙鲁亮?69 mm，工作面安全通過空巷，說明該支護工藝能夠有效控制大斷面空巷變形。