工作面过冒落空巷综合治理技术研究

张勇峰

（晋城煤业集团赵庄煤业，山西 晋城 048000）

煤矿资源整合前，小煤窑多采用巷式开采，形成大量空巷，且多数已经破坏冒落，形态复杂，导致布置正规工作面时，需要过空巷开采。空巷危害极大，容易产生瓦斯积聚、片帮、冒顶、支架下沉等诸多问题。国内进行过多种类型的空巷治理技术研究，手段丰富，包括地面制浆站充填、井下移动充填、充填支柱、冒落区钻孔注浆等[1-3]。空巷治理关键在于根据现场实际选择切实可行、经济合理的治理方式。本文以赵庄煤业大采高工作面过多条冒落空巷为工程背景，进行安全回采技术研究。

1 工程背景

晋煤集团赵庄煤业3308 工作面开采3#煤层，采用一次采全高综合机械化采煤法，开采高度4.5 m，全部垮落方式管理顶板。工作面倾向长度200 m，走向长度1100 m。布置进风巷和回风巷两条顺槽，巷道断面均为矩形，宽×高=5 m×4.5 m。

工作面两条顺槽于2019 年6 月竣工后，开始掘进切眼，切眼设计宽度10 m。第一次掘进宽度5 m，已经贯通，正在进行扩宽切眼工作，扩宽掘进宽度5 m。

工作面回风巷一侧存在3 条空巷，均为原巷式开采遗留巷道，宽度5 m，与切眼方向垂直，间距40 m，最右侧空巷3 与回风巷相邻。从切眼第一次掘进揭露来看，空巷已经完全冒落，内部为煤、岩散乱堆积形态，且回风巷受最右侧空巷影响，巷帮十分破碎，尚未回采，巷道变形已十分严重。

工作面与空巷位置关系如图1 所示，空巷冒落形态如图2 所示。

2 空巷危害及治理思路

2.1 空巷危害

通过切眼第一次掘进过3 条空巷片帮、冒顶，以及回风巷围岩破碎变形严重来看，空巷完全冒落，危害较大。正在进行扩切眼工作，将继续穿过三条空巷。切眼掘进完毕，工作面开始回采后，三条空巷将继续产生影响。

为了避免扩切眼和回采过程中顶板事故发生，非常有必要对3 条空巷进行加固处理。

图1 工作面与空巷位置关系图

图2 空巷冒落形态示意图

2.2 治理思路

治理步骤分为两步：第一步为扩切眼前方加固，保障安全掘进；第二步为空巷治理，保障安全回采和巷道维护。

其中第二步空巷治理时，应对三条空巷区别治理。空巷1 和空巷2 两侧有约束，回采暴露面积小，对回采影响相对较小，加固思路是以充填为主。通过低成本的充填材料将空洞和裂隙填满，使破碎矸石和浆液固结，形成整体结构，借助液压支架对顶板的支撑作用，维护帮部和顶板。空巷3位于端头区，受超前支承压力持续影响，对回采和巷道维护影响较大。治理思路以加固为主，必须提高整体强度，限制围岩变形。

第二步空巷治理，计划在回风巷内进行。由于冒落区难以打钻成孔，采用顺序治理方式，先治理空巷3，空巷3 内部形成密实结构后，再施工钻孔治理空巷2，最后治理空巷1。

3 冒落空巷综合治理技术

3.1 扩切眼安全掘进预注浆

扩切眼由于采用单体柱和工字钢支护方式，支护强度不高，预注浆应当与空巷3 治理思路一致，以加固提高强度为主，防止出现顶板事故。

在切眼一次掘进形成的空间内施工钻孔，每条空巷施工上、下2 个钻孔。上部钻孔距离顶板0.5 m，仰角15°，下部钻孔距离顶板2.2 m，仰角0°。钻孔深度为6 m，超过扩切眼宽度1 m，孔径均为42 mm。扩切眼预注浆钻孔布置如图3 所示。采用高强注浆材料，水灰比0.8:1。

图3 扩切眼预注浆钻孔布置示意图

3.2 空巷3 浅孔注浆加固

空巷3 注浆加固在回风巷内进行。巷道高度为4.5 m，设计钻孔排距3 m，每排布置2 个钻孔，矩形布置。上部钻孔距离顶板0.5 m，仰角15°，下部钻孔距离顶板2.2 m，水平布置。钻孔深度7 m，超过空巷3 巷帮1 m，孔径均为42 mm。钻孔布置平面图如图4 所示。采用高强注浆材料，水灰比0.8:1。

3.3 空巷 1、2 充填固结

空巷1、2 充填在回风巷内实施，采用深孔打钻注浆方式，先加固空巷2，再加固空巷1。

空巷2 钻孔布置方式：布置单排钻孔，孔间距5 m，开孔高度距离顶板1.5 m，仰角2°，孔深55 m，超过空巷2 巷帮5 m，孔径75 mm。

空巷1 钻孔布置方式：布置单排钻孔，孔间距5 m，开孔高度距离顶板1.5 m，与空巷2 深孔钻孔交叉布置，仰角1°，孔深95 m，超过空巷1 巷帮5 m，孔径75 mm。空巷1、2 深孔钻孔布置如图5所示。采用高水充填材料，水灰比3:1。

图4 空巷3 浅孔注浆钻孔布置平面图

图5 空巷1、2 深孔钻孔布置示意图

3.4 注浆、充填材料

采用了两种材料，高强注浆材料和高水充填材料。

高强注浆材料为无机材料，分为A/B 型，水灰比0.8:1。混合浆液可在0.5～3 min 内凝结，10 min左右完全硬化，能够有效防止巷帮漏浆。2 h 即具备10 MPa 以上的强度，3 d 强度达到18 MPa，能够对破碎煤矸起到快速加固、提高强度的作用。单价约 2500 元 /t。

高水充填材料也为无机材料，分为A/B 型，水灰比在2:1～5:1 之间可调，本次采用3:1 水灰比。混合浆25～30 min 凝结，能够在裂隙中充分流动扩散，且与普通水泥相比，完全不泌水。约1 h 完全固结，1 d 强度 3.2 MPa，7 d 强度 4～5 MPa。由于使用了大量的水，单立方材料消耗仅0.4 t，单价约1500元/t。

4 效果考察

（1）扩切眼掘进效果。每条空巷各布置2 个注浆钻孔，单孔注浆量约5 t，共计消耗高强注浆材料30 t。扩切眼揭露发现，截割时煤壁平直，顶板完好，未发生片帮、冒顶现象。

（2）工作面回采过空巷。采取超前100 m 预注方式，给浆液足够的凝固时间。工作面回采揭露空巷，发现浆液与破碎煤矸固结一体，形成完整煤壁和顶板，采煤机截割并未出现片帮、冒顶现象。现场实景如图6 所示。

图6 工作面揭露注浆冒落空巷实景

（3）端头区巷道维护。注浆加固后，端头区巷帮变形明显得到控制，变形速度自6 mm/d 下降到1 mm/d 以下，基本稳定。回采超前影响范围内巷帮累计鼓出量不足60 mm，完全满足巷道安全使用和回采安全。

5 结论

（1）根据三条空巷对掘进、回采影响程度和治理思路，制定了扩切眼掘进预注浆、空巷3浅孔注浆、空巷1 和空巷2 充填固结的三步综合治理方案。

（2）采用高强注浆材料和高水充填材料两种材料，高强注浆材料速凝早强，满足了破碎煤岩加固、提高强度的需求。高水充填材料扩散性好，材料消耗少，满足了破碎煤岩胶结、节约成本的需求。

（3）效果考察表明，注浆加固后的破碎煤岩体固结良好，掘进、回采过程中未出现片帮、冒顶现象，端头区巷帮变形量极小，完全可以满足使用要求。