马步才

(山西焦煤西山煤电集团有限责任公司屯兰矿)

·试验研究·

沿空留巷充填墙体注浆堵漏技术研究与应用

马步才

(山西焦煤西山煤电集团有限责任公司屯兰矿)

针对沿空留巷“Y”型通风工作面充填墙体泄漏瓦斯安全隐患，结合充填墙体施工与接顶工序所用材料进行分析与对比，找出了墙体产生裂缝的原因。为保证已施工墙体正常使用，提出了改进方案，选择了合理的注浆堵漏材料,使墙体瓦斯泄漏得到有效控制，解决了沿空留巷技术推广过程中的难题，确保工作面正常回采。

沿空留巷；注浆；瓦斯；堵漏；效果；分析

1 概 况

屯兰矿是山西焦煤西山煤电集团有限责任公司所属的一座特大型国有重点煤矿，属高瓦斯矿井。综采工作面布置为传统的“一面三巷”方式(皮带顺槽、轨道顺槽、回风顺槽)，工作面采用“U+L”通风系统。该布置方式及通风系统存在吨煤掘进率较高、上隅角至排瓦斯横贯段瓦斯浓度难以控制、独头尾巷的问题，且回风顺槽与皮带(轨道)顺槽之间的护巷煤柱导致矿井煤炭资源回收率低、容易自燃发火等缺点。为消除上隅角至排瓦斯横贯区域及尾巷瓦斯超限隐患，缓解矿井采掘衔接紧张局面，有效提高煤炭资源回收率，降低掘巷成本，屯兰矿借鉴淮南快速沿空留巷经验，设计了沿空留巷“Y”型通风综采工作面。该工作面位于南二盘区下组8#煤(18205工作面)，为两巷加一借用巷道布置方式。巷道分别为18205皮带顺槽、轨道顺槽及借用下一工作面(18207)轨道顺槽(工作面回采时，18207轨道顺槽、切眼作为18205工作面回风巷)，三巷平行布置，其中皮带顺槽为机轨合一巷道(工作面及巷道布置平面图见图1)。

图1 工作面及巷道布置平面图

工作面采用倾斜长壁后退式一次采全高全部垮落综合机械化采煤，采高3.29 m、循环进度0.8 m。轨道顺槽采用混凝土膏体材料充填沿空留巷，每次充填长度为2.4 m，充填宽度为2.5 m(充填体在轨道顺槽内的宽度为0.9 m，在采空区的宽度为1.6 m)。采用BSM1002E充填泵输送充填料(技术参数：最大输送压力100 bar、理论最大排量20 m3/h、冲程1 000 mm、料斗容积220 L、搅拌机排量15 L、电机功率75 kW)。充填墙体充填完毕后，墙体与顶板之间因充填管影响留有200～300 mm的间隙，采用喷浆机(型号PZ-5B)人工接顶，喷浆料为充填墙体充填料。沿空留巷工作面自2009年12月7日开始生产，2010年5月10日工作面推进500 m后发现1～36号充填墙体的顶部喷浆接顶处、7～8号墙体的接缝处、以及局部顶板裂缝处有瓦斯泄漏现象，瓦斯浓度为1.6%～2.0%。

2 原因分析

1) 墙体充填前未清理净模板支架空间内底板淤煤、杂物，墙体受压时产生滑动，导致墙体变形产生裂缝。

2) 新旧充填墙体搭接处双抗塑料布未扯净、新旧墙体结合不紧密，墙体间产生裂缝泄漏瓦斯。

3) 用于充填顶板与墙体的喷浆料(墙体充填料)在喷浆接顶过程中，与水混合后由于其凝固快，导致喷浆管堵塞。因此，为了正常接顶，采用不上水干喷的方法充填，充填完毕后洒水湿润。此方法导致水与料混合不均匀，从而影响了充填体强度。

4) 接顶料(墙体充填料)不具备让压性能,顶板来压时，顶板压力由墙体顶部喷浆层向墙体传递，导致墙体受力变形产生裂隙。

3 改进方案

3.1改进喷浆接顶材料

喷浆接顶材料为墙体充填材料,该材料只能干喷，喷浆体不密实、空隙较大，导致漏风，因此，需要对喷浆材料进行改进。对喷浆材料的技术要求：喷浆体的抗压强度15 MPa以上，具有2%的膨胀性，采用湿喷的方式以保证喷浆体的密实，有利于喷浆的充分接顶，对采空区起到封闭作用；另外，该喷浆层强度低于充填墙体18 MPa，当出现压力集中时，喷浆层将先于充填墙体破坏，可有效地保护充填墙体。

3.2充填墙体的维护与加固

1) 为了防止新旧填体因底板不平整或受力不均匀产生缝隙，从而导致采空区瓦斯的泄漏，在上一充填墙体正中均匀预埋2排(6根)L型d20 mm×2 000 mm的圆钢(每排3根、排距0.6 m、最上一根距顶板约1 m、L型圆钢角度为120 °)，下一墙体充填前将其外露部分拉直,用于减少相邻两充填体的相对位移，从而避免产生裂缝。

2) 充填体内部的钢筋网布置要均匀，两侧靠近充填模板的钢筋网距模板的距离保持在50 mm左右，确保其对充填体的加强作用。

3) 充填墙体外侧采用锚带网支护。

4) 对已施工墙体裂缝进行堵漏。

5) 充填前彻底清除底板上的浮煤，避免充填墙体的不均匀下沉。

4 注浆堵漏

4.1方案设计

根据墙体瓦斯泄漏浓度及位置，推断墙体主要裂缝为墙体上部顶板、喷浆接顶处以及充填墙体上半部。针对充填墙体与采空区的相对位置及有机注浆材料注浆过程中反应温度过高的缺点，采用流动性强、黏接力强、膨胀性好的无机注浆材料堵漏。

4.2注浆主要设备与材料

1) ZBQ-5/12型气动高压双液化学注浆泵。

2) MQT-120气动锚杆钻机。

3) 注浆锚杆(自制)。

4) 粉煤灰、速凝固化剂。新型速凝固化剂作为封堵材料进行充填加固，该材料技术参数为：

料浆浓度：60%～70%；

初凝时间：30～40 min；

膨胀系数：3%～5%；

抗压强度：大于5 MPa。

4.3注浆加固工艺

1) 采用气动双液注浆泵进行注浆。

2) 采用自制注浆锚杆，迫使浆液从注浆锚杆顶端沿孔隙扩散充填，达到最大充填半径。

3) 注浆液沿孔隙扩散到裂缝并凝固，增强了墙体密实性。

4) 注浆孔的布置采用由d21 mm×2 000 mm的空心注浆锚杆，外端套丝安装止浆阀。

5) 材料配比：粉煤灰∶固化剂=1∶2。

6) 注浆工艺流程：

标孔→钻孔→检查钻孔质量→安装注浆管及封孔部件→封孔→准备浆液→开泵注浆→凝固→检查注浆质量→验收。

4.4注浆孔的设计

从顶板往下500～600 mm定孔位，倾斜采空区方向30°打孔，钻孔穿过墙体、喷浆层以及上部破碎顶板，孔深1.7 m，外露0.3 m，间距1.0 m(注浆钻孔示意图见图2)。

图2 注浆钻孔示意图

5 堵漏效果分析

留巷墙体与顶板及墙体与墙体结合部，以及墙体裂缝通过充填加固后进行瓦斯涌出量观察，并与充填加固前进行比较瓦斯涌出量显著减小，瓦斯浓度由1%～2.0%降至0.5%(注浆堵漏现场记录见表1)，能够保证工作面正常回采。

6 结 论

用无机注浆材料能够解决特殊条件下、特殊地点内瓦斯堵漏难题，尤其是通过合理的钻孔布置方式，使得沿空留巷上部顶板、墙体喷浆层以及充填墙体三个区域内裂缝同时得到封堵，解决了沿空留巷墙体裂缝泄漏瓦斯难题，为沿空留巷“Y”型通风技术的推广消除了技术障碍。

表1 18205注浆堵漏现场记录

建议及要求：为了解决留巷墙体与顶板结合不严密的问题，避免二次充填加固，必须采用速凝固化剂充填结合部，以充分发挥速凝固化剂可膨胀、有强度、有可塑性的功能，实现留巷体和顶板严密结合，使沿空留巷技术得到进一步推广应用。

ResearchandApplicationonFillingWallGroutingPlugyingTechnologyinRoadwayalongGob

MaBu-cai

In connection with the potential safety hazard of gas leakage of filling wall in "Y"-type ventilation working face in roadway along gob, combines with the analysis and comparison of filling wall construction and materials used in roof-contacted process, findsout the reason which wall crack. To ensure the constructed wall has been normal use, puts forward improving plan,selects the reasonable grouting materials and the plan, enables the wall gas leakage can be controlled effectively, solves the difficult problem in the promotion process of gob-side entry retaining technology,ensures the normal minig of the working face.

Gob-side entry retaining; Grouting; Gas;Plugying;Effect;Analysis

马步才 男 1975年出生 1997年毕业于太原理工大学 工程师 古交 030206

TD728

A

1672-0652(2010)07-0029-03

2010-05-18