大采高工作面過空巷高水材料充填技術實踐

周 明

（國家能源集團神東煤炭錦界煤礦，陜西 榆林 719319）

1 工程概況

錦界煤礦位于榆神礦區東北部，井田面積141.87 km2，地質可采儲量13.1 億t，核定能力1800 萬t/a。31116 工作面位于31 煤層，一盤區集中輔運大巷北側。工作面煤層平均厚度3.33 m，煤層厚度穩定，傾向北西，傾角1°～2°，整體呈寬緩的單斜構造。采用綜合機械化一次采全高，全部垮落法管理頂板。工作面切眼前方有兩條平行于切眼的空巷，大小一致，如圖1?？障镩L度205 m，矩形斷面，高×寬=3.3 m×4.6 m。

為了保證31116 綜采工作面順利通過空巷，必須對過空巷前后圍巖及時控制。針對31116 綜采工作面的地質和空巷實況，決定采用高水材料充填過空巷方案[1-6]。

2 高水材料充填技術分析

2.1 高水材料的強度特性

高水材料的A 料和B 料按照1:1 配比使用。利用FLAC3D軟件對31116 綜采工作面切眼前方空巷應用分布進行數值模擬分析，綜合充填體材料受力及成本因素，對充填體強度分別為1 MPa、2 MPa、3 MPa、4 MPa 時進行數值模擬分析。綜合可知，當高水材料水灰比為3:1 時，充填體具有較好的受力特性，充填體成本較為合理。

2.2 空巷充填系統

ZBYSB700/8-55 型雙液注漿泵為臥式雙作用往復式活塞泵，可進行雙液注漿，注漿比為1:1；攪拌桶采用JBl500 型電動攪拌桶。

兩條空巷充填空間5762 m3，工期20 d，每天按充填10 h 計，每分鐘充填量480 L。該型號泵排漿量700 L/min，可以滿足要求。攪拌桶共計兩組，每組兩個，一組攪拌成漿，一組上料。根據經驗，每組上料時間5 min，制漿效率600 L/min，可以滿足要求。

3 空巷充填方案設計

3.1 空巷二巷充填方案

本次充填方案采用鉆孔插管灌注充填法對空巷二巷先進行充填施工，具體方案如下。

3.1.1 灌注鉆孔施工

從空巷一巷向空巷二巷施工鉆孔，鉆孔布置圖如圖2。鉆孔參數：鉆孔角度水平，鉆孔間距20 m，鉆孔數量8 個，鉆孔直徑75 mm。將Ф38 mm 高壓膠管插入鉆孔，數量2 根，每根10 m，高壓膠管吊掛在空巷二巷頂板最高處位置。

圖2 鉆孔布置示意圖

3.1.2 充填檢查孔施工

從空巷一巷向空巷二巷施工檢查孔，檢查孔與灌注孔施工方法一致，檢查孔間隔60 m，主要作為返漿觀察孔和補充灌注孔使用。在下部巷口以里的60 m、120 m、170 m 位置施工三個檢查孔，終孔位置位于空巷二巷頂部。

3.1.3 管路鋪設

輸漿管路采用Ф50 mm 高壓膠管及部分蛇形管，長度共計20 m；充填采用流量為700 L/min 的雙液充填泵，輸漿管路為2 條，通過三通或者人工加工Y 型混合器將其混合成一趟管；逐步接長充填管路，初步計算共需高壓膠管20 根，每根30 m；在空巷二巷中巷幫預先鋪設一組蛇形管，給空巷一巷充填管路使用。

3.2 空巷一巷充填方案

3.2.1 充填方案分析

空巷一巷兩端有6.6 m 的高差，且巷道下部角度明顯大于上部，根據充填液面1 m 高差并結合巷道高度分段，共計劃分為8 個階段，最短階段長度為9.4 m，最長階段長度48.81 m，共需打設擋墻9 個。

其充填順序為：打設第一和第二道擋墻，充填第一階段；打設第三道擋墻，充填第二階段，以此類推。最后封閉兩端擋墻通風斷面，一次性完成全巷上部充填。

所有擋墻上部預留0.5 m 通風斷面，根據實際巷高確定擋墻高度，下部充填完后，封閉兩端擋墻通風斷面，停止通風，一次性完成全巷上部充填。

3.2.2 擋墻施工方式分析

（1）中部擋墻采用堆垛法施工

除了下部和上部擋墻，中間擋墻建議采用堆垛法施工，可回收充填材料包裝袋，或者采購包裝袋下井，充填材料包裝袋規格較小，建議采購50 kg規格包裝袋，包裝袋內灌裝煤粉或者灌注充填漿料。如采用灌注料漿法，最好在充填體完全固結前，有一定的塑性時施工，可以確保袋間結合緊密。堆垛法施工擋墻技術要點如下：① 收集充填材料包裝袋，不能破壞性拆包，或者新購包裝袋入井；② 向包裝袋內灌注充填材料，包裝袋扎口，充填材料固結1 h，還有一定塑性時開始堆垛；③ 漿液混合管長度不少于40 m，然后通過三通分流，一趟至擋墻施工附近，一趟至充填區域，邊充填，邊施工擋墻；④ 充填袋規格約為0.8 m×0.4 m×0.25 m，容積為0.08 m3，單個固結體重量約為96 kg；⑤ 擋墻內側鋪風筒布或彩條布，兩側和底面鋪設范圍不應少于2 m，以防止漿液外流；⑥ 堆垛擋墻寬度不少于1 m，必要時多層加強，包裝袋交錯布置；⑦ 每米高度約需充填袋75 個。

（2）兩端擋墻采用現場成型法施工

事先制作模板，在井下通過灌注充填材料，固結成型后，可直接利用充填固結塊堆砌形成擋墻。主要技術要點如下：① 在地面制作模型，可以采用木板釘成箱式結構，注意木板之間的縫隙，盡量貼合緊密，防治漏漿；② 模型規格為0.5 m×0.3 m×0.25 m，容積為0.037 5 m3，單個固結體重量約為42 kg；③ 漿液混合管長度不少于40 m，然后通過三通分流，一趟至擋墻施工附近，一趟至充填區域，邊充填，邊施工擋墻；④ 堆垛擋墻寬度不少于1 m；⑤ 每米高度約需充填塊150 個。

4 工作面過充填空巷區域主要技術措施

現場對空巷一巷及空巷二巷內部空間進行全部充填后，通過采取現場觀察等相關措施考察發現，現場充填效果良好、充填體成型好、接頂完全。同時，為了保證工作面過空巷階段的安全高效，制定了一系列工作面過空巷區域技術措施。

4.1 割機頭機尾

距空巷一巷50 m 左右時，調整工作面溜子，使溜子適當滯后；當工作面機頭推進至距空巷一巷里幫5 m 左右時，開始割尾；待機尾支架到空巷一二巷間煤柱中部時，開始割中間和機頭；所有支架進入空巷一二巷間煤柱時，再次割機尾；待支架前梁進入空巷二巷外幫5 m 左右時，開始割機頭和中間。

4.2 調整采高

根據空巷頂板鋪設的鋼筋網高度，調整采高，不得割鋼筋網。根據現場，為了確保采面高度，可適度割底矸，割矸厚度200～1000 mm?？障锴昂?0架底板往下走割底矸，前后底板隨平。

4.3 排查機電設備隱患

現場作業過程中，工作面推進至空巷一巷之前，需要排查設備隱患，處理設備隱患，重點是確保支架、立柱、推移千斤等完好可靠。同時，應確保各部電機減速器完好，避免在工作面過充填空巷區域時出現設備故障問題，而影響工程進度。

4.4 注化學漿

工作面通過充填空巷區域之前，提前在空巷一二巷間煤柱、空巷一巷機頭機尾三角區域打孔注化學漿，以提高煤巖體的整體穩定性。同時，在工作面過充填空巷區域期間，可以利用檢修班的時間，在工作面頂板及煤壁破碎區域注化學漿，起到對嚴重破碎區域的應急處理作用。

5 效果分析

對回采工作面巷道變形進行觀測，綜合分析空巷充填的實際效果。在回采工作面巷道采用“十”字斷面法布點觀測，在31116 回順推進度分別為280 m、290 m、295 m 處布置一個測點，如圖3。

圖3 巷道變形測站布置示意圖（m）

對觀測數據進行處理，可得巷道測點頂底板移近量曲線（圖4）和巷道測點兩幫移近量曲線（圖5）。

圖4 巷道測點頂底板移近量曲線圖

由圖可知，工作面通過空巷期間，巷道頂板下沉量最大153.7 mm，底鼓量最大203.6 mm，左幫鼓出量最大50.1 mm，右幫鼓出量最大93.4 mm，巷道變形量較小，完全滿足規程及設計要求。