30203 运输顺槽注浆充填过老空区的试验

田 帅

（晋能控股煤业集团荆宝矿，山西 长治 046299）

我国大量已经关闭的小煤窑一般采用留设大量煤柱或以掘代采方式开采煤炭，造成了大量优质资源浪费和破坏。随着对小煤窑的关停和整合，原有的老空区、空巷直接影响到整合后剩余煤炭资源的安全回收[1-5]。本文以荆宝煤业30203 运输顺槽局部揭露老空区为工程背景，基于现场实际探测资料，设计提出了超前注浆充填+金属前探梁临时支护+工字钢棚、锚网索永久支护的注浆充填过老空区技术，为类似条件巷道掘进过老空区提供借鉴。

1 工程概况

30203 工作面开采3#煤，煤层厚5.62 m，坚固性系数1.9～2.0，煤层直接顶为砂质泥岩，基本顶为细粒砂岩，直接底为砂质泥岩，基本底为细砂岩。30203 运输顺槽设计长度164 m，巷道标高+830～+840 m，巷道开口于二采区皮带运输巷587 m 处东帮。30203 运输顺槽掘进工作面东为3502 工作面采空区，西为二采区皮带运输巷，南为往年旧采空区，北为30202 回风顺槽。30203 运输顺槽与30202 回风顺槽平行，与原花宝沟煤矿采空区（2003年开采）以隔离煤柱相邻。30203 运输顺槽掘进至92 m 时，在前方34 m 探透采空区，继续向前掘进23 m后，停止掘进，对采空区注浆充填。巷道沿顶掘进，掘进至126 m 处，巷道右侧顶板上方揭露老空区，由于揭露老空位置沿掘进方向前方地势较高，导致第一次注浆充填材料倒流至揭露地点老空区的外侧，未能将巷道掘进揭露范围内的老空区充填严实。

2 注浆充填过老空区技术

30203 运输顺槽局部揭露老空区，基于现场实际探测资料，设计提出了采用超前注浆充填+金属前探梁临时支护+工字钢棚、锚网索永久支护的注浆充填过老空区技术通过老空区。

2.1 老空区超前注浆充填

由于30203 运输顺槽揭露的老空方向与巷道掘进方向呈平行状态，且老空直接顶已经冒落，若30203 运输顺槽继续沿煤层顶板掘进，将导致注浆充填材料充斥整个掘进断面，巷道掘进成巷效率低，不利于施工安全和顶板管理。因此，将原计划30203 运输顺槽沿顶掘进过老空区改为沿底掘进。

设计采用钻孔式注浆充填法（第二次注浆）进行超前注浆充填，注浆孔眼口高度布置在距巷道顶板向下1～1.5 m 左右。根据巷道宽度均匀布置3 个注浆孔，分别为左20°孔、中孔、右20°孔，实现对正前方老空区及其两帮向外5～10 m 的区域进行全覆盖。钻孔角度可根据老空位置进行调整，注浆孔Φ50 mm，钻孔深度以探测到空巷为准。注浆孔内埋入直径1.5 寸的钢管作为注浆管，注浆管长10 m。超前注浆充填断面如图1。充填注浆材料采用铝基高固水材料，水灰比3:1，初凝时间2 min，材料7 d 后强度增长缓慢，凝固强度为2～4 MPa。

图1 过老空超前注浆充填断面图

2.2 金属前探梁临时支护

30203 运输顺槽过老空区期间，采用金属前探梁进行临时支护，采用U 形卡将前探梁固定在棚梁上的凹槽内。U 形卡采用2 cm 厚的钢板焊制，U 形卡两侧分别焊制2 套16 mm×50 mm 螺栓。两侧螺栓紧固后，使其卡在工字钢的凹槽内固定。如图2。

图2 过老空期间金属前探梁临时支护图（mm）

2.3 工字钢棚、锚网索永久支护

在30203 运输顺槽过老空期间，若巷道顶帮均为煤体，设计采用梯形工字钢棚、锚网索进行永久支护，棚距为800 mm，锚杆Ф20 mm、长度2400 mm，锚索Ф18.9 mm、长度8300 mm，锚杆间排距为800 mm×800 mm，锚索间排距为1400 mm×800 mm。若顶帮为注浆材料，设计采用工字钢棚进行永久支护，棚距为500 mm，采用U 形固定卡固定棚腿，每侧棚腿采用3 副U 形卡固定；每间隔3 架工字钢棚，固定1 架工字钢棚棚腿，固定棚腿的U 形卡采用40 板铁制作，每副卡箍采用2 套Φ20 mm×2000 mm 螺纹钢锚杆将卡箍与棚腿固定在巷帮。工字钢棚支护图如图3，锚网索加强支护如图4。

图3 过老空期间工字钢棚支护图（mm）

图4 锚网索加强支护图（mm）

3 现场试验

将开发的注浆充填过老空区技术在30203 运输顺槽进行现场试验。在30203 运输顺槽过老空前（119～126 m 范围）采用锚网索、工字钢棚复合支护，锚网索排距为800 mm，棚距为800 mm。30203 运输顺槽过老空期间，在126～130 m 范围为实体煤掘进，该段采用锚网索、工字钢棚复合支护，锚网索排距为800 mm，工字钢棚棚距500 mm，两者交替布置；在130～142 m 范围，巷道顶板和右帮为注浆材料，仅采用工字钢棚支护，工字钢棚棚距500 mm；30203 运输顺槽142 m 处钻探前方为实体煤，作为过老空区终点位置，为了加强老空区两侧顶板支护强度，在老空区终点位置继续架棚7 架，棚距为800 mm。

30203 运输顺槽采用注浆材料充填老空，8 d安全通过了老空区，过老空长度为16 m，注浆量30.975 t（第二次注浆），注浆充填体积为154.875 m³，架设工字钢棚51 架，其中35 架棚距为500 mm，16 架棚距为800 mm。相比采用锚网索、构筑密闭墙过老空区，注浆充填过老空区技术有效简化了施工工艺，缩短了施工周期，且过老空区巷道维护效果显著，表明充填过老空区技术的优越性和合理性。试验巷道揭露采空区平面图如图5。

图5 试验巷道揭露采空区平面图（m）

4 结论

荆宝煤业30203 运输顺槽局部揭露老空区，基于现场实际探测资料，提出采用超前注浆充填+金属前探梁临时支护+工字钢棚、锚网索永久支护进行过老空区。在过老空区期间，若巷道顶帮均为煤体，采用锚网索、工字钢棚进行永久支护；若顶帮为注浆材料，设计采用单一工字钢棚进行永久支护，仅用8 d 时间便安全通过了老空区。该技术简化了施工工艺，缩短了施工周期，实现了过老空区域顶帮的安全控制。