无煤柱注浆留巷技术探究

孟 哲

（山西煤炭进出口集团 左云韩家洼煤业有限公司，山西 大同 037100）

1 概述

在进行深部开采的过程中，巷道因为埋深相对大，而且受到采用不均匀问题以及地应力问题的作用，使得巷道经常出现较为严重的破坏，给巷道的运行维护工作带来极大不便，这样会在一定程度上影响到煤矿开采作业的连续性，甚至可能引发停产问题。另外，在进行深部开采过程中，由于巷道所受地应力较大，所以通常会留置有较多的煤柱，这导致了煤炭开采过程中资源的回收率显著降低，出现了相对严重的资源浪费问题。所以，就目前资源回收效率较低这一问题，在深部煤炭资源的开采过程中，要求应当进一步的对巷道布设形式以及巷道掘进工艺加以优化，从而确保煤矿开采的安全性以及高效性。

2 工程技术条件

韩家洼煤业62210工作面属于综采工作面，目前所开采煤层为B10煤层，该煤层属于首采煤层，同时也属于非常重要的保护层。62210工作面的走向长度为1280m，斜向长度值为190 m，煤层的平均厚度值为1.1 m，直接顶结构属于砂质泥岩结构，厚度值在3～9 m，直接底结构属于细砂岩结构，厚度值在0～5 m，基本底结构属于泥岩结构，厚度值为1～4m。在62210工作面开采工作之中，所采用的开采作业方式为两个班组回采、一个班组检修，通常在早班期间开展设备检修工作，在中班以及晚班期间开展煤炭回采工作，62210工作面的开采高度值为1.1m，开采面每天推进度为4 m。在开展原巷充填作业过程中，为了能够尽可能少的影响到回采工作，在早班时开展充填作业，充填泵站设置在62210工作面的底板巷之中。

3 原巷充填支护参数

3.1 原巷充填巷道支护参数

62210工作面的顺槽结构属于半圆拱形结构，巷道断面的净宽度值为4.8 m，断面的净高度值为3.4 m。在对顶板结构进行支护的过程中，使用联合支护的工艺，锚杆采用的是高强预拉力锚杆材料，钢筋网中钢筋直径为Φ6 mm，钢带型号为Ⅱ2型，连接方式为压接。进行巷道顶板支护过程中，所采用的锚杆数量为7根，规格为Φ24mm×2200 mm。锚杆布设的间排距为800mm×1000 mm，预紧力值要求超过180N·m，锚固力值要求超过100 kN。使用的钢筋网规格大小为1800mm×1200 mm，两个钢筋网相互压接的长度值要求应当超过100 mm，而且钢筋网需要完全的压在钢带之下。

进行两帮结构支护作业时，同样采用联合支护工艺，锚杆采用的是高强预拉力锚杆材料，钢筋网中钢筋直径为Φ6 mm，钢带型号为Ⅱ2型，连接方式为压接。所采用的锚杆数量为2根，规格为Φ24 mm×2200mm。锚杆布设的间排距为800 mm×1000 mm，预紧力值要求超过180N·m，锚固力值要求超过80kN。使用的钢筋网规格大小为1800 mm×1200 mm，两个钢筋网相互压接的长度值要求应当超过100 mm，而且钢筋网需要完全的压在钢带之下。若是两帮位置裸露区域大于400 mm情况下，则直接的采用单体锚杆进行支护处理。

顶板结构的锚索支护使用3-0-3支护方式，在巷道中部设置一根锚索，在巷道的两侧沿着巷中位置个1～1.2 m位置处设置一根锚索，锚索的排距为2000 mm，锚索托盘的规格为400mm×400mm×15 mm。钢绞线的直径大小为Φ22 mm，长度值为6300 mm，每个孔洞均使用三个型号为Z2355的树脂药卷进行加长锚固处理，这样可以更好的保证锚固效果，预紧力值要求超过120N·m，锚固力值要求超过200 kN。若是巷道顶板结构的完整性相对差，则应当确保锚索能够紧跟着迎头。巷道实际支护见图1。

图1 充填巷道巷内支护

3.2 原巷充填充填材料选择

充填工艺的形式也包含有很多种，最为常见的为巷道旁填充方式以及采空区填充方式，以往在充填过程中所采用的材料主要包含有木垛、煤矸石以及粉煤灰等材料。采用上述材料进行回填作业，所构建的充填垛体很难达到巷道变形的要求，而且大部分都无法满足设计标准。现阶段，进行巷旁填充作业过程中，所采用的材料多是一些膏体材料或者是高水材料。采用这些材料能够确保充填过程中采取机械化施工的方式，可以和工作面掘进工作更为紧密配合，而且所构建的垛体也拥有相对高的支护阻力，拥有更为优良的密闭效果，所以，上式充填材料在巷道充填支护过程中使用非常广泛。

采用的高水填充材料其中包含有甲料以及乙料，在进行浆体的制备过程中，将甲料以及乙料分别的加水搅拌并完成运输工作，在甲、乙两种材料单独的进行搅拌情况下其在24 h之内都不会出现凝固问题，若是将甲料和乙料以4∶1的比例混合之后则可以在非常短的时间之内发生凝固。如此便能够有效的缓解井下作业面运输系统负担，同时也能够确保泵站在选择具体位置过程中可选择性更多，更为的适宜应用在规模相对大的巷道充填施工过程中。

采用不同的材料，其充填工艺也有所差异，采用膏体充填过程中相关工艺相对来说比较复杂，所需的运输工作量相对大，而且需要将泵站以及充填使用的材料均放置到作业面周围较近的距离。高水材料其属于一种特种水泥混合材料，此种材料的水灰比相对大，而且能够在很短时间之内实现凝结。高水材料可以在非常短时间之中便能够达到较高强度，从而可以有效的提供支护阻力，可以有效的避免顶板下沉问题出现，从而确保巷道具有更为优良的稳定性。另外，高水材料具体施工作业过程中，其机械化程度相对高，而且施工的工艺也相对简单，同时对于采空区域也拥有非常优良的隔离作用。

在充填带的宽度值在1～3 m范围内，在充填带宽度不断增加过程中，相应的围岩结构受到的应力集中作用也随之减弱，巷道的围岩结构的位移量相应有所降低，而且围岩结构发生破坏程度随之减弱。当宽度值超过了3 m之后，则对着宽度的改变，其对于巷道围岩结构受力情况、位移控制以及破坏控制等效果变化不是很大，因此，此次充填所选择的充填宽度值为3 m。充填高度为巷道的高度，在3 m左右。

4 充填系统布置及工艺

4.1 充填系统布置方式

在设置充填系统过程中，最为关键的工作时包含有设置充填泵站具体位置、设计输送管道的具体路线以及准备充填材料等等。在设计充填系统的过程中，需要结合工作面具体情况确保所设计的充填系统更为科学与合理，充填系统见图2。

图2 原巷充填系统

4.2 原巷充填工艺

所设计的充填工艺具体作业工序如下：将地板位置的浮煤彻底清除干净→将充填袋进行吊挂→完成充气作业→采用注浆泵设备进行浆液的输送→将充填浆液输送到充填点位置并充填至实现设置好的凝固袋之中。具体的充填工序见图3。

图3 原巷充填工艺流程

在进行充填施工作业前，应当确保底板彻底清理干净，把浮煤以及浮矸等均清理掉，要能够接触到硬底。另外，巷道顶板结构相对坚硬，则需要通过预裂作业完成切顶再工作。在充填完成之前，应当确保垛体能够和顶板良好接触。实际工艺如下所述：

（1）第一，针对工作面顺槽位置事先打设支护单体结构，以做好护顶工作，同时还需要支设充填作业所用模板。

（2）将巷道之中底板位置的浮煤以及浮矸等杂物全部的清除干净，并在模板之中吊挂好充填袋，然后使用风管将充填袋充满气体。

（3）进行充填袋挂设过程中，应当及时的和泵站进行沟通，并通知泵站进行物料搅拌作业，而且还需要把浆体输送管道插入至充填袋之中，然后将充填袋进行扎紧处理。

（4）由于之前会对输送管道进行冲洗，而管道之中可能会有清水存在，为了避免管道之中遗留的清水流至充填袋之中，在浆体输送之中应当把输送管道三岔接口打开，事先将输送管道之中的清水排除干净。

（5）在开展充填作业过程中，快要接近顶板位置时，要和泵站进行实时的沟通，防止充填材料过多而溢出，达到节约材料的目的。在充填作业完成2 h之后，便能够将支护的模板材料拆除。

在充填过程中，所选用的注浆泵型号为2zBYSB30300-90/5型，具体的工艺参数如表1所示。

表1 注浆泵具体工艺参数

5 原巷充填无煤柱掘巷经济合理性分析

此次结合韩家洼煤业62210工作面实际充填施工实例，针对沿空留巷工艺以及原巷充填工艺加以分析，从经济方面以及技术方面进行了对比，具体结果如表2所示。

表2 经济成本对比

6 结语

采用原巷充填技术进行巷道支护施工，可以防止留置煤柱时所出现的应力集中问题，能够显著的增加煤炭回采效率，确保巷道维护以及维修工作变得更为简单，显著的降低了人工作业量，确保煤矿开采过程中的连续性以及高效性。原巷填充工艺在煤矿开采过程中不同采场接替时所发挥的作用更为重要，对于采场顺利接替意义重大。