工作面过斜交穿层空巷充填技术研究

柴文军

（阳泉煤业（集团）有限责任公司三矿，山西 阳泉 045000）

山西省煤矿资源整合前，长期存在小煤矿无序开采现象，巷道布置错综复杂，使用后未经处理直接废弃。废弃空巷种类繁多，根据空巷层位，可以划分为顶板空巷、煤层空巷、底板空巷、穿层空巷；根据空巷与工作面夹角，可以分为平行空巷、垂直空巷、斜交空巷；根据空巷冒落状态，可以分为完整空巷、半冒落空巷、完全冒落空巷[1]；根据空巷坡度变化，可以分为水平空巷、倾斜空巷、起伏空巷。现场空巷类型多为几种分类方式的组合，对回采的主要影响是瓦斯积聚、水患、片帮冒顶、支架下沉，且大多不可进入，给治理带来了较大的困难，造成极大的安全隐患。目前对于空巷治理已有较多的工程实践，但工程条件各异，针对特殊条件下空巷治理经验仍显不足[2]。本文以阳煤集团三矿整合煤矿泰昌公司1506工作面过斜交穿层空巷为工程背景，对空巷工程特性进行分析并进行治理，以期为特殊条件下过空巷提供实践经验。

1 工程概况

阳煤集团泰昌公司1506工作面回收大巷两侧保护煤柱，西侧保护煤柱宽度95m，东侧80m，工作面倾向180m，布置1506进风和1506回风两条顺槽，正计划回采。开采煤层为15#煤层，平均厚度5.8m，采用放顶煤采煤法，采高2.8m，放煤高度3m，煤层走向上近水平，倾向上倾角3°，1506回风顺槽一侧略高。在回采进度160m位置，预计将在工作面中部揭露1条斜交穿层空巷，如图1所示。

图1 空巷与工作面位置关系示意图

空巷为资源整合前遗留，已经废弃，长度远大于工作面倾向长度。工作面与空巷交叉点附近对回采影响较大，将会出现支架倾斜、下沉现象，且探测到空巷内瓦斯含量高，因此必须进行处理。

2 空巷隔离挡墙设置

为了防止回采到空巷时支架下沉，瓦斯积聚，必须对交叉点附近空巷进行充填，但存在2个问题：

1）空巷长度大，下部必须设置挡墙隔离。根据老工人描述，空巷长度远远超过工作面倾向长度，约1000m，且倾角大，约13°，如果直接进行充填，浆液会随着空巷倾斜方向自流，充填范围不可预测，材料消耗量极大，必须对空巷下部进行封堵隔离；

2）空巷不可进入。前期从大巷对下方空巷打钻探测，采用钻孔电视发现空巷内变形量较大，探测到瓦斯浓度较大，不可进入，也不可与现有通风系统连通；

由上述2个问题可以看出，空巷治理的技术关键在于：在无法进入的前提下，如何在空巷内设置挡墙隔离，防止充填材料浆液向更远处流动。工作面中部大巷为施工提供了可行性，大巷目前维护状况良好，允许人员进入和施工作业，计划从大巷内向空巷施工底板钻孔，通过钻孔输送大颗粒骨料辅以高稠度浆液填充，进行挡墙设置，然后再进行空巷充填。

图2 钻孔布置方式示意图

表1 钻孔施工参数表

根据1506工作面底板条件和现场经验，认为当底板厚度不足7m时，存在支架沉陷风险，必须进行充填。因此，以工作面底板与空巷垂直距离7m为界，在该位置附近设置隔离挡墙。

在大巷内布置钻场，设计3排底板钻孔，分别编号为 A、B、C，每排 3 个，分别编号为 A1#、A2#、A3#、B1#、B2#、B3#、C1#、C2#、C3#，钻孔穿透空巷顶板，对挡墙位置进行3段覆盖式布置，钻孔布置方式如图2所示，钻孔参数见表1所示。

分步堆积实施步骤：

1）首先施工 A1#、A2#、A3# 钻孔，为护孔并减小骨料运输阻力，钻孔内下直径108mm钢管作为套管，采用1cm左右粒径的石子作为骨料，利用喷浆机作为动力，使石子进入空巷内形成堆积，过程中适当掺入细沙，填补骨料堆积缝隙，最后采用高强速凝材料制作浆液进行填充，形成前端A挡墙；

2）然后施工 C1#、C2#、C3# 钻孔，按照上述方式形成后端C挡墙；

3）最后施工中部 B1#、B2#、B3# 钻孔，在前后端A、C挡墙的基础上向上堆积，形成中部B挡墙，三堵挡墙成“品”字形堆积，如图3所示；

4）挡墙施工完毕后，利用钻孔进行窥视，确保接顶良好。

图3 挡墙分步堆积示意图

3 分段充填技术方案

3.1 分段方式及依据

分段的主要依据是所需充填体功能不同，分为3段，D段、E段、F段，D段上边界为挡墙顶部水平线，下边界为挡墙；E段下边界为D段上边界，上边界为距离煤层底板下方2m；F段下边界为E段上边界，上边界为交叉点煤层上边界水平线。如图4所示。

图4 分段充填分段方式示意图

分段依据：D段主要考虑挡墙不严密，漏浆问题；F段主要考虑支架下方底板强度和充填体再塑煤帮强度；E段对支架影响并不大，主要考虑成本问题。因此，D段应采取和F段需采用速凝高强度充填体，E段可以采用低强度充填体。

3.2 充填材料

根据分段充填方式中D段、E段、F段对充填体性能的不同要求，配置两种充填材料，一种为高强速凝材料，使用水灰比1.2∶1，一种为高水充填材料，使用水灰比3∶1，两种材料性能对比见表2。

表2 两种充填材料性能参数表

3.3 分段充填过程及效果考察

分段充填过程：在大巷内通过钻孔、插管方式对各段进行充填，如图4所示钻孔。首先根据各段体积估算充填材料用量，在充填过程中配合钻孔电视观察，以保证分段充填大致准确。

效果考察：空巷宽度6m，总计工期25d，D段充填体积 637m3，E段充填体积478m3，F段充填体积256m3，共计充填 1371m3，消耗高强速凝材料 650t，消耗高水充填材料85t。工作面到达空巷时，充填体强度足够，帮部直立，未发生片帮、冒顶现象，用时1.5d顺利通过。

4 结 论

1）1506工作面与穿层空巷斜交，带来支架倾斜、下沉，瓦斯积聚隐患，必须进行充填处理；

2）在工作面中部大巷内钻孔输送石子、细沙、浆液分段堆积，解决了空巷底部隔离挡墙设置问题；

3）根据各部分充填体功能不同，进行了分段充填设计，并介绍了高强速凝材料和高水充填材料两种材料；

4）效果考察表明，总计工期25d，共计充填1371m3，消耗高强速凝材料650t，消耗高水充填材料85t。工作面到达空巷时，未发生片帮、冒顶现象，用时1.5d顺利通过，充填效果良好。