工作面过巷式开采遗留空巷治理技术研究

张炎朝

（霍州煤电集团霍宝干河煤矿，山西 霍州 031400）

我国从2004年开始进行煤炭资源整合，在此之前，巷式开采在小煤矿普遍存在。巷式开采的突出问题是通过巷道掘进方式采煤，采优弃劣、采易弃难，资源采出率低下，并留下大量废弃空巷，空巷顶板支护条件差多数出现冒落，空巷内部状态复杂多样，为整合之后正规采煤工作面的布置带来极大的顶板、瓦斯、透水隐患，尤其是在山西省已经成为普遍问题[1～2]。本文以山西省海天煤业3616工作面过巷式开采遗留空巷为例，介绍治理技术。

1 工程背景

山西省海天煤业3616工作面回采3#煤层，煤层平均厚度4.8m，走向和倾向上近水平，采用分层开采方式，先采上分层，上分层采高2.4m。在3616工作面顺槽掘进过程中，遇到7处顶板冒落区。经对老工人走访和钻孔探测，确定该区域为巷式开采遗留空巷，并确定其大致布置方式，主体为3条平行空巷，其余为联络巷，如图1所示。走向上影响范围约110m，倾向上影响最大深度50m。由于该区域遗留空巷、联络巷、遗留煤柱散乱分布，工程条件较为复杂，空巷内大部分冒落，冒落岩体松散堆积，存在严重的瓦斯积聚和顶板冒落风险，给工作面回采带来极大的安全隐患。

图1 巷式开采遗留残采区与工作面位置关系

2 空巷冒落状态及工程特性分析

2.1 空巷冒落状态

原巷式开采宽度6m，高度4.5m，沿煤层底板掘进，留有0.3m顶煤，空巷废弃后，顶煤随直接顶冒落，碎煤和破碎岩块将空巷填充，但留下大量空洞、大裂隙，空巷之间煤柱经过长期压力作用，较为破碎，小裂隙十分发育，剖面示意图如图2所示。

图2 遗留空巷及煤柱破碎现状剖面示意图

可以看出，工作面上分层回采至该区域时，存在严重的片帮、冒顶、底部松软支架下沉、倒架风险，必须进行治理。

2.2 工程特性分析

拟采用注浆方式对空巷冒落区进行充填，工程特殊之处在于：

1）成孔困难。冒落空巷内形态复杂，浆液流动性不确定，必须通过施工深孔至指定位置，在孔内插管进行注浆，在顺槽内向煤体施工深孔，注浆钻孔需要穿越多个冒落空巷破碎带，存在严重的卡钻问题，成孔困难；

2）注浆材料消耗量大。空巷内空洞、裂隙十分发育，注浆材料消耗量极大，必须控制注浆成本，但浆液必须能够起到较好的粘结作用，将破碎岩块胶结在一起，形成完整的再生煤帮和顶板；

3）冒落空巷、破碎煤柱内裂隙发育程度不同。冒落空巷内矸石堆积松散，空洞、裂隙十分发育，通过灌注充填方式即可达到较好的扩散效果，对注浆压力要求很小，而破碎煤柱内属于微小裂隙，必须通过较高的注浆压力才能保证浆液的充分扩散，因此，二者必须单独治理。

3 治理方案

3.1 空巷冒落区治理

采用顺槽内超前深孔注浆的方式。采用钻场布置方式，钻场布置方式具有集中化，不必频繁移动钻机、注浆泵等笨重设施的优点，一个钻场布置3～4个钻孔，钻孔角度与巷道夹角15°～55°，孔深12m～66m，对该区域形成全覆盖。钻场布置示意如图3所示。

图3 顺槽内深孔钻孔布置示意图

注浆材料：注浆材料采用河南理工大学研发的高水充填材料，使用水灰比5∶1，可以大幅减少材料用量，浆液约30min完全失去流动性，可以满足破碎区域充分扩散，60min终凝，7天强度约1.2MPa；

破碎区域成孔工艺：打钻过程中，遇到孔内破碎、塌孔、卡钻问题，处理方式采用分次循环钻进方式，即在孔口安装1节2m长套管，外部安装法兰盘，当出现卡钻时，退钻，利用套管对孔内进行注浆，采用高水充填材料，水灰比1.5∶1，8min左右失去流动性，30min具备2MPa强度，1h后撤下法兰盘，进行二次套孔钻进，通过套孔、注浆循环钻进，使钻孔达到指定深度，再进行插管注浆。

3.2 破碎煤柱治理

破碎煤柱治理在工作面回采到此区域附近时进行，当回采至破碎煤柱附近时，在工作面采用8m浅孔对前方煤壁、顶板进行加固，钻孔间排距均为2m，此后，工作面每推进5m，进行1次注浆。

注浆材料：注浆材料采用河南理工大学研发的双液注浆材料，使用水灰比0.8∶1，材料约2min完全失去流动性，2h强度12MPa，可以实现注浆后工作面快速回采；

注浆压力：根据现场浆液扩散情况，注浆压力不低于6MPa。

3.3 治理效果考察

注浆量：空巷治理深孔平均单孔注浆8吨，破碎煤柱浅孔单孔注浆量约0.25吨，总计注浆量192吨。

片帮、冒顶情况：工作面揭露空巷时，发现空巷内冒落矸石胶结良好，煤帮平直，顶板良好，重点对破碎煤柱进行单独加固，回采过程中仅发生轻微片帮，未发生冒顶，工作面顺利通过该巷式开采遗留空巷，如图4所示。

图4 工作面回采实景

4 结 论

1）巷式开采遗留空巷给工作面回采带来严重的片帮、冒顶、倒架风险，必须进行治理；

2）分析对比了冒落空巷和破碎煤柱工程特性，并分别制定针对性注浆加固方案，采用高水灰比注浆材料节约了材料使用量，采用分次循环钻进解决了破碎区域钻孔施工卡钻问题；

3）效果考察表明，通过该治理方式，遗留空巷得到有效填充加固，工作面片帮、冒顶得到显著控制，实现了工作面顺利回采。