综采工作面快速过空巷技术研究

穆 成

(晋能控股煤业集团忻州公司 王家岭煤业有限公司，山西 保德 036604)

资源整合矿井回采浅部煤炭资源时，往往会揭露以往小煤窑开采遗留的空巷，采面过空巷期间面临顶板冒落、矿压显现异常等问题，处理空巷影响采面生产效率，给煤炭回采安全造成较大影响[1-3]。山西某矿31205综采工作面回采范围内存在废弃空巷，该空巷废弃时间超过5 a.文中以该采面过空巷为例，对采取的空巷加固技术进行分析探讨，以期为其他矿井类似情况提供借鉴。

1 工程概况

31205综采工作面开采12号煤层，煤层埋深平均350 m，采面设计倾向长度130 m、推进长度780 m.31205综采工作面上覆为已回采完毕的11号煤层31103、31105采空区，11号与12号煤层间距平均为6.8 m.12号煤层埋深平均2.5 m，煤层自然发火倾向性为Ⅲ类，煤层直接顶为砂质泥岩(厚度均值6.8 m)，基本顶为粉砂岩(厚度10.7 m)，直接底及基本顶低分别为泥岩(厚度均值2.3 m)、粗砂岩(厚度5.6 m)。采面回采期间，直接顶随着液压支架前移垮落，采面回采期间矿压显现不明显。回采巷道超前支护用单体(DW28-250/100)、铰接钢梁(HDJB-100)组成迈步式抬棚支护。

31205综采工作面开采范围内存在废弃空巷(废弃时间超过5 a)，断面矩形(净宽2.5 m、净高2.0 m)，围岩支护用双排木点柱支护。通过调研发现，空巷内采用的支护方式失效率超过80%，个别段由于顶板冒落导致空巷顶板与上覆11号煤层采空区通过裂隙直接贯通。为确保31205综采工作面安全、高效通过空巷，根据采面现场情况并结合矿方技术研究结果，提出采用锚网索对废弃空巷进行补强并对空巷内局部冒顶区域采用高分子注射、充填方式进行修复，为采面过空巷创造良好条件。

图1 采面空巷分布位置示意

2 废弃空巷补强支护

确保空巷围岩稳定是实现采面安全高效过空巷的基础。31205综采工作面开采期间矿压显现不明显且超前采动压力影响范围小，可为采面内空巷加固创造良好条件。若采用高水材料充填或者墩柱等方式加固空巷时，虽然可满足空巷加固需要，但是存在耗时长、投入高等问题[4-6]。为此，文中根据31205综采工作面空巷断面、围岩变形及失稳情况，提出采用锚网索+高分子注射(充填)方式对空巷进行补强支护。

2.1 锚网索支护

锚网索支护采用的螺纹钢锚杆规格为D18 mm×2 000 mm，布置间排距为900 mm×900 mm，端头锚固用3支锚固剂(型号分别为CK2330、K2360及ZK2350)，预先施加到锚杆上的预紧力控制在120 kN以上；支护锚索为钢绞线，规格为D15.4 mm×4 500 mm，沿着巷道顶板中部布置1根，布置排距均为2 000 mm，锚固采用4支锚固剂(CK2330、ZK2350各1支，2支K2360)；支护时配合采用钢筋网，钢筋网由直径6 mm的钢筋编制，网孔100 mm×100 mm.

2.2 高分子注射(充填)

注射的高分子材料为马丽散，该材料具备可注性强、膨胀倍数大以及反应速度快等优点。在注入时采用1台注浆泵(动力源为井下压风)、1支混合枪即可。将马丽散注入到空巷顶板裂隙中后可提高岩体胶结强度及稳定性[7-9]。马丽散在顶板破碎岩体中胶结后岩体抗压强度可增加至22～36 MPa.

3 采面过空巷技术方案

空巷加固及高分子材料注浆工作从开始到施工完成控制在5 d以内，确保采面推进至空巷时，空巷围岩已完成加固，且注浆加固区有足够时间胶结固化。

3.1 施工准备

1) 启封空巷。启封空巷工作安排在采面与空巷间距100 m以外，空巷启封内容包括排放瓦斯、调节风量等，确保空巷内有害气体浓度在允许范围内。

2) 材料准备。按照要求对空巷进行通风调节及排放瓦斯，待具备空巷围岩维护条件后，在空巷口上风侧12～15 m布置空巷加固用材料及应急材料，连接好高压注射泵及高压注射软管，以便后续空巷维护工作开展。

3.2 锚网索补强支护施工

锚网索补强支护主要集中在顶板破碎程度较低且完整性较强段，补强支护工作由外向里(空巷口至空巷里方向)。在锚网索补强支护时严格遵守敲帮问顶制度，及时处理巷帮、顶板活矸。在进行锚网索支护时顶板临时支护采用前探梁、巷帮临时支护用单体+π型钢紧贴巷帮。锚网索补强支护应严格按照作业规程进行。补强支护段长度合计为78 m.

3.3 空巷顶板注射高分子材料

顶板注射高分子材料段主要集中在顶板冒落、裂隙发育或者变形严重位置。在对顶板注射高分子材料前需适当增加附近锚杆支护密度，同时通过巷道表层喷浆方式降低高分子材料外溢量。注射高分子材料施工方法为：注浆钻孔设计—钻孔—固定注浆枪并注浆—钻孔内注浆浆液固化—其他钻孔注浆—注浆完毕并清洗注浆管路、注浆泵。

在注浆加固前应认真检查注浆设备，确保各个零部件、高压注浆管路等均处于完好状态，具体高分子材料注浆管路连接见图2.

图2 高分子材料注浆管路连接示意

注浆钻孔孔径均为42 mm，通过注浆固结空巷顶板不稳定岩层，用以固结空巷顶板不稳定岩层的钻孔开孔位置与空洞间距3 m、钻孔终孔间距为2 m，施工沿着巷道轴向进行；用以充填空巷空洞的钻孔与空洞间隔2 m，钻孔终孔间距1 m，在巷道顶板上呈扇形布置。为提高注浆加固效果并降低注浆成本，注浆钻孔布置参数、数量等可依据现场条件进行调整。空巷内注浆钻孔布置见图3.

图3 空巷内注浆钻孔布置示意

在钻孔注浆时施工固结钻孔，待注浆压力达到5 MPa且稳压10 min后即可停止注浆。固结钻孔施工完成1 h后施工充填钻孔并进行注浆。在注浆时合理调整风压、风量，使得马丽散可有序渗入到顶板破碎岩体裂隙中。对顶板采用高分子材料注浆、充填后，可有效控制空巷破碎顶板下沉、冒落问题。顶板固结后再采用锚杆、锚索及钢丝网进行支护。

4 效果分析

31205综采工作面回采范围内存在的空巷废弃时间超过5 a，空巷内原有围岩支护系统部分失效，巷道围岩变形量大、局部位置顶板难以避免地出现垮落问题。采面开采煤层自然发火倾向性为III类，同时回采期间矿压显现不显著，为采面空巷治理创造良好条件。为此，用锚网索对空巷进行加固，对局部冒顶区域通过注射高分子材料方式进行充填。空巷围岩加固及冒落区充填后，空巷围岩稳定性得以明显提升；整个空巷加固、冒落区充填耗时5 d即可完成，空巷加固耗时短且支护成本低。31205综采工作面回采至空巷时，采面可保持5.0 m/d的推进速度，同时空巷顶板、巷帮仍保持稳定，变形量较小。

5 结 语

1) 31205综采工作面开采的12号煤层埋深350 m，直接顶随采随垮，采面超前支承压力影响范围较小且影响程度不大，采面推进至空巷时空巷顶板及巷帮受采动压力影响小，不容易出现大变形或者失稳等情况。为降低空巷加固并提高空巷加固效果，提出用锚杆索+高分子材料注浆(充填)方式加固空巷。

2) 采用锚网索后可提高空巷顶板承载能力及稳定性，采用高分子材料对空巷内冒落区或者破碎区加固后，可为锚网索支护创造良好条件。根据空巷内的现场条件，对锚网索布置方案以及高分子材料注浆方案进行设计。现场应用后，31205综采工作面推进至空巷影响区内时，空巷顶板及巷帮始终保持稳定，采面可保持5.0 m/d的推进速度，取得了较好的空巷治理效果。