下分层工作面过超高平行空巷充填技术研究

焦圆圆

（晋城煤业集团，山西 晋城 048000）

晋煤集团海天煤业为资源整合矿井，遗留大量空巷废巷，严重影响正规工作面布置。空巷主要危害是顶板、瓦斯、水，威胁安全生产，且空巷类型繁多，治理方式各有不同[1-3]。本文针对3618（下）工作面过超高平行空巷问题进行研究分析，以期为类似条件下空巷治理提供经验。

1 工程背景

晋煤集团海天煤业3618（下）工作面位于六盘区，开采3#煤层，平均厚度5 m，采用分层开采方式，上、下分层设计开采厚度均为2.5 m，工作面走向长660 m，倾向长150 m，工作面在走向上和倾向上近水平。由于上分层前期大部分已采，目前布置3618（下）工作面回采下分层。工作面采用U 型通风方式，布置3618 进风巷和3618 回风巷两条顺槽。在回采进度360 m 位置，3618 进风巷一侧有一条遗留空巷，空巷与切眼平行，长度50 m，高度5 m，宽度4.2 m。工作面与空巷位置关系如图1。

整条空巷采用了锚杆支护，但支护强度不高，目前未受采动影响，空巷尚未有明显变形。工作面目前回采进度320 m，距离空巷仅有40 m，日推进4 m，预计10 d 揭露空巷。由于空巷高度大，揭露时，预计出现2.5 m 高空顶。工作面揭露空巷空顶示意图如图2。

图1 工作面与空巷位置关系示意图

图2 工作面揭露空巷空顶示意图

2 空巷危害及治理关键

2.1 空巷危害

经过探测，空巷内无瓦斯，也无积水，主要面临顶板控制问题。由于采高较小，矿压显现不明显，工作面距离空巷10 m 以外时，基本不会对空巷产生影响，进入10 m 以内，超前支承压力作用下空巷开始发生明显变形，剩余5 m 以内煤柱时，空巷帮部和顶部必然发生剧烈变形，存在三个问题。

（1）随着煤柱逐渐变薄，承载能力下降，破碎失稳，向工作面和空巷内倒塌，造成工作面片帮严重。

（2）煤柱支撑能力不足，引起工作面及空巷内顶板下沉量大、破碎，尤其是回采割透煤柱时，前方4.2 m 为空顶区，护帮板支护不到，极容易诱发大面积顶板垮塌事故，冒落矸石压架。

（3）即使空巷内顶板未发生冒落，空巷超高，支架最大支撑高度2.8 m，进入空巷后难以支撑到顶板，无法提供支护阻力，冒顶隐患更加突出。

2.2 治理关键

治理关键在于限制空巷煤柱和顶板变形，常用的方法为锚杆索补强、木垛支护、高强水泥柱支护、全部充填法等方式，其中，前3 种都属于加强支护。根据前期大量的工程实践发现，对于与切眼垂直的巷道，由于回采揭露时空巷面积小，能够起到较好的作用，但对于与切眼平行空巷，工作面同时揭露数十米宽度空巷，难以起到有效作用。同时，加强支护方式，空巷内仍有大量的变形空间，超前变形仍十分严重。

因此，本次计划对该平行空巷采取全部充填方式，完全限制空巷内煤柱和顶板变形，维护煤柱和顶板完整性，回采过程中支架能够充分接顶，保证顺利开采，同时需要注意：

（1）由于空巷高度5 m，回采高度2.5 m，将来工作面过空巷时，支架顶部2.5 m 高度为充填材料。充填材料能否与顶板和两帮形成一个整体，需要采取措施防止其自身发生冒落。

（2）工作面约10 d 揭露空巷，充填体积达到1050 m3，要充分考虑施工工期和材料凝固期，避免影响正常回采。

3 全部充填方案

3.1 充填材料

全部充填方式充填体能够均匀受力，对充填体强度要求不高，2 MPa 完全能够满足要求。本次采用高水充填材料，分为A 型和B 型，使用水灰比4:1，分别加水搅拌后，单液输送距离能够达到200 m，混合后约15 min 完全失去流动性，1 h 完全固化。材料具备速凝早强特性，1 d 强度达到1.2 MPa，3 d强度达到2 MPa。由于水灰比大，单立方空间材料消耗量仅为0.25 t。

3.2 高速充填系统

充填系统主要由两台定容水箱以及两台高速制浆泵组成。定容水箱的作用是自动蓄水至设计水位，快速放水，节约加水时间，提高水灰比精度；高速制浆机采用高速离心、循环搅拌方式，极大地提高了制浆速度和浆液的均匀性，并通过高速旋转离心力输送浆液，最大扬程60 m。两者配合实现了快速制浆，是普通的“搅拌桶+注浆泵”方式制浆效率的3 倍以上，单班充填量最大可达30 t，充填方量120 m3。设备外观如图3。

图3 设备外观

将设备和材料布置在3618 进风巷与空巷交叉口往外50 m 的硐室内。

3.3 超高段特殊处理

对于空巷顶部2.5 m 高度，为了防止回采揭露过程中与顶板发生脱离冒落，需要在空巷顶部预埋钢棚。在远离切眼一帮施工2 m 深钻孔，钻孔单排布置，距顶板2 m，钻孔间距2 m，孔径75 mm，每孔采用3 根Ф50 mm 无缝钢管，2 m/根，总长6 m，一端插入钻孔孔底，剩余4 m 暴露在空巷顶部，然后对钻孔进行注浆锚固。超高段钢棚结构示意图如图4。

3.4 分段后退充填方式

（1）管路布置

管路采用Ф65 mm 消防水带，A、B 两趟单液管路沿顶板铺设，在充填点通过三通混合成一趟管路，混合管长度20 m。由于空巷长度达到50 m，计划分为两段充填，在空巷内施工两道闭墙，第一道布置在空巷中部25 m 位置，铺设一趟管路至距离空巷口40 m 位置，第二道布置在空巷巷口，铺设一趟管路至距离空巷口15 m 位置，如图5。

图4 超高段钢棚结构示意图

图5 分段后退式充填示意图

充填时，先充里段，充满后再充外段。

3.5 充满检验

每段充满后，都要密闭墙顶部施工仰角钻孔，根据打钻情况判断顶部是否有未充满的区域，如果有，可以进一步进行钻孔窥视，然后利用检查孔继续注浆使充填体接顶。

4 效果考察

4.1 施工效率

现场设备布置1 d，每日三班充填约90 t，充填方量360 m3，3 d 即完成全部充填工作，最后0.5 d做检测，充填体硬化3 d 达到设计强度，总计7.5 d完成全部工作，满足了工作面回采需求。

4.2 过空巷效果

工作面临近空巷一直到掘透煤柱，未发生片帮冒顶现象，充填体致密、均匀。采煤机截割过程中，割到的区域随采随落，未割到区域保持平直完好。顶部充填体受到支架顶梁挤压，有一定压缩，未出现破碎掉渣现象，工作面顺利通过超高空巷区域，通过后顶板安全垮落。

5 结论

（1）超高平行空巷对工作面回采影响极大，超前支承压力下会出现超前片帮、冒顶问题，支架难以接顶，控制关键在于限制空巷内煤柱和顶板变形。

（2）采用高水充填材料，4:1 水灰比，3 d 强度2 MPa，配合高速制浆系统，满足了工期紧的要求，对超高区域进行了预埋钢管强化处理防止冒落。

（3）效果考察表明， 7.5 d 即完成了整个充填工程实施和材料硬化，满足了工期要求。回采期间帮部和顶板良好，未出现片帮冒顶现象，工作面顺利通过。