高水材料墩柱支护在工作面过空巷的应用

常兆韦

(晋能集团 晋城公司首阳煤业有限公司，山西 晋城 048402)

煤矿井下综采工作面过空巷时，釆动超前应力、巷道岩体弱化、服务周期较长等因素，引起空巷顶板下降、巷帮片落，进而可能引发更上方岩层的滑移甚至整体结构的破坏影响煤矿正常生产[1].若采取倒面搬家，不但造成资源的浪费，而且影响回采效率，增加了回采成本。因此，探索一种既经济安全，工作效率又高，且可以保证工作面顺利通过空巷的方法，对于矿井的安全生产具有重要意义。本文结合山西首阳煤业15103工作面煤层、顶底板等地质条件，通过分析上覆岩体的运动规律，采用高水材料墩柱支护技术过空巷。

1 工作面地质条件

15103工作面位于首阳煤业一采区西部，西邻15101工作面采空区；南与一采区辅助运输巷相接；东部为羊头山风景区保护煤柱边界；北至F6正断层。15103工作面走向长 945 m，倾向长 164.5 m，地面标高 1 053～1 218 m，工作面标高+916～+943 m.煤厚平均为 4.40 m，煤层倾角-2°～-6°.工作面中间有一条空巷(旧巷：断面4.8 m×3.2 m，已锚网支护)，周边及上下全部为实体煤。煤层的顶底板岩性见表1，15103工作面平面图见图1.

表1 煤层顶底板情况表

图1 15103工作面平面图

2 工作面空巷基本顶破断特征

随着工作面的推进，工作面与空巷之间煤柱的大小决定着上覆岩体对空巷围岩应力与变形的影响程度，同时空巷对上覆岩体的变形与滑移的影响也与采煤面与空巷之间距离的远近有关。随着工作面的推进，煤柱被开挖，在煤柱内形成支撑压力，存在一定宽度的支撑应力区和塑性区，原岩应力区的煤体发生破坏。基本顶的垮落位置位于工作面与空巷之间、空巷上方以及空巷后方时，对空巷的稳定性影响不一。如果上覆岩体本身保持不了稳态，当采煤面过空巷时，破断块体极可能失稳，造成空巷及采煤面上覆岩块剧烈下沉，围岩变形显著[2-3].基本顶断裂后的大致情况见图2.

图2 基本顶断裂示意图

由图2可以看出，当采煤面回采到空巷附近时，必然引起采煤面受力陡然加剧，威胁液压支架等设备的安全，采煤面将很难安全顺利地通过。

3 墩柱支护技术应用

3.1 墩柱材料性能

高水材料分为甲料、乙料、加甲料、加乙料4种组份，制浆时加甲+甲料混合，加乙+乙料混合，分别通过搅拌输运，在墩柱充填袋内部自流混匀，两种料浆单独搅拌、输运过程中均不凝固，混合后则凝固速度很快。

利用伺服机实验测出该种材料在水灰比1.5∶1环境下，固结一个星期以后的全应力应变曲线及变形特点，见图3.

图3 高水材料全应力应变曲线图

由图3可知，高水材料固结体展现出塑性材料特征，在外力挤压下能够承受很大的塑性形变，强度衰减速度慢，能够保持很高的剩余强度[4-5].使用该材料能够较好地控制围岩上覆岩体，容许顶板下沉一定量，保证采煤面的正常通过。

3.2 墩柱支护

1)支护方案。

工作面距空巷120 m之前，在空巷内构筑高水材料墩柱，墩柱d1.0 m的高水材料圆柱，与巷道高度等高，墩柱构筑由柔性充填袋加刚性钢筋网组成，可同时配合临时模板使用。墩柱为5.0 m×2.0 m五花布置，见图4.

图4 15103工作面空巷墩柱布置示意图

2)施工准备工作及实施工艺。

施工前，开启该空巷，对局部巷道进行修护，确保行人运料通畅，作业安全。然后按由里往外的顺序逐排打设高水材料墩柱。高水材料墩柱支护前期布置充填泵站与墩柱充填点。充填泵站至充填点需要敷设两趟两英寸送浆软管或者钢管。其基本工艺流程见图5.根据巷道定位好充填空间位置，将充填袋往顶板高处吊挂，这样可以让墩柱更好的接顶。把充填袋吊挂在有一定刚度的钢筋网内，打牢单体液压背柱(高水材料凝固后可以摘除重复使用)。

3)注意事项。

a)在施工过程中，严格控制好水灰比。同时应巡查充填袋周边情况，发现问题及时处理。b)当快要接顶时，尽可能地使充填袋接顶密实，不留缝隙。接顶后，拔出充填管，并用绳将充填口捆扎结实。c)每班结束，必须及时清洗管路。

图5 墩柱充填工艺流程图

4)墩柱支护效果。

通过高水材料墩柱支护，工作面过空巷得到解决，工作面未引起顶板的大面积冒落、压死支架，未出现面壁片落，工作效率较高，且顺利安全快速回采。

4 结 论

对首阳煤业15103工作面进行了高水材料墩柱支护技术的应用，得出：

1)采用高水材料墩柱支护技术对空巷进行加强支护，可以对顶板进行良好的支护，控制顶板过快沉降，避免巷道冒顶等事故发生，使工作面安全快速地通过空巷。

2)因为高水材料具有一定的塑性性能，墩柱支护技术在控制顶板的同时也容许顶板有一定量的下沉，避免了刚性支护对顶板的破坏。

3)在高水材料的墩柱支护方式下，采煤机可以直接截割通过，为采煤面的快速通过提供了条件。