李钰哲

(山西长治王庄煤业有限责任公司，山西 长治 046000)

工作面正常回采过程中，会遇到一些由于小煤窑无序开采或曾经有各种用途的废弃巷道，这些废弃巷道与工作面存在着不同的位置关系，尤其在这些巷道位于工作面回采范围内时，工作面推过空巷过程中如果不进行特殊处理，往往会发生冒顶、压架等事故[1-3]。传统的过空巷方法多为人工在空巷内架设木垛，搭设单体等方法，然而这些方法支护强度往往不能得到有效保证，在工作面推过空巷时经常出现木垛被压垮、单体压死等现象，给现场工程技术人员带来了一定的困难[4-5]。

近年来，充填技术应用于工作面过空巷取得了较好的效果[6]。充填体拥有足够的强度，能保证工作面安全高效地通过空巷。本文以王庄煤业3505工作面过空巷为背景，提出了高水充填过空巷技术，实现了矿井安全生产。

1 工作面概况

王庄煤业3505工作面所采煤层为3号煤层，隶属35采区，工作面形状为“刀把子”，工作面1号切眼段367.5 m，2号切眼段360.5 m，推进长度2 016.04 m。煤层平均厚度4.85 m，含1层夹矸，厚度约为0.2 m，煤层层位、厚度稳定，倾角1～11°，工作面直接顶为泥岩，平均厚度2.75 m，基本顶为细粒砂岩，平均厚度6.00 m，直接底为砂质泥岩，平均厚度3.60 m。工作面布置216台ZY10000/26/55D液压支架。

3505工作面中部回风巷侧局部存在一放水巷，长度约220 m，现已废弃密闭。因该放水巷位于3505回采工作面中，影响工作面正常推进，如图1所示。为保证3505回采工作面正常回采，减少空巷对回采工作面的影响，提出对该废弃巷道进行注浆充填的技术方案。

图1 3505工作面空巷示意

2 充填材料试验研究

新型高水充填材料是水灰比约6.5∶1～11∶1的水硬性材料，该材料主要是钙矾石，属于早强、快硬型胶结材料。主要由A、B两种组份组成，A、B混合后，水体积分数为91%～97%时，7 d的抗压强度可达到最终强度的60%～90%，15 d抗压强度可达0.66～3.82 MPa，如图2所示。材料单浆液(A或B浆液)可持续30～40 h不凝固且流动性良好，其黏度在24 h内变化不大，非常适合在管路中进行长距离输送，最大输送距离可达3 300 m。因含水性高，混合浆体稠度低，具有极强的流动性和可注性。

图2 不同含水量下高水材料固结体抗压强度随时间变化曲线

3 空巷充填方案设计

3.1 充填材料配比

充填材料配比选择原则要在保证安全的情况下考虑经济效益。因此3505工作面空巷充填材料选用A、B比例为1∶1，初凝时间控制在3～6 min，平均单轴抗压强度不低于1.5 MPa，材料的水灰比为6∶1。该配比条件下的液体粘稠度非常低，可以像水一样流动和渗透，只要无墙体阻挡即可流动到小窑空巷内所有低洼处和孔隙内，实现空巷全断面有效支撑。

3.2 充填工艺选择

高水材料空巷充填工艺主要由充填泵站(制浆站)与充填点两部分组成，充填泵站处先分别将A、B两种材料按照确定的水灰比进行混合、搅拌，确保两种浆液搅拌均匀，通过充填泵站两条高压管路将A、B浆液输送到指定位置，在出浆口将两种浆液混合，注入充填点；充填点进行充填作业前做准备工作，提前构筑止浆墙，等待浆体注入，具体流程如图3所示。

图3 充填作业工艺流程

3.3 充填方案设计

现场采用近距离制浆、短距离管道输送、大流量小压力注浆施工。提前在3505回风巷煤壁打孔，打孔位置距顶板1 m、垂直煤壁90°、排距10 m。终孔注浆压力为4～10 MPa，浆液横向扩散半径5～10 m，浆液最终扩散高度4.5～5 m，单向流动距离控制在12～15 m。注浆完之后打探测孔检验，对有空隙的地方进行二次注浆，直至注浆区域凝结为一个整体。

根据现场测量，由于3505工作面空巷尺寸不统一，因此充填方案采用分段阻隔充填法进行充填。按照巷道尺寸不同将空巷划分为6个区域，如图4所示。每个区域分割出构筑止浆墙，止浆墙厚1.5 m，止浆墙构筑完成24 h后方可进行充填作业，各区域注浆充填量如表1所示。

图4 分段阻隔充填法示意

表1 不同区域注浆充填量

4 现场应用效果

为了确定高水充填效果，在3505工作面过空巷期间对支架压力进行了分析。图5为工作面距空巷不同距离时，空巷范围内支架压力变化情况。由图可知，工作面距离空巷23 m时，支架工作阻力开始逐渐增加，当工作面推进至空巷区域内时，支架工作阻力达到最大，压力为11 532 kN,工作面通过空巷后，支架工作阻力逐渐减小，通过空巷20 m后支架工作阻力降低到6 267 kN,之后压力正常波动。由此可见空巷前后20 m范围内为应力影响区域。

图5 3505工作面过空巷期间支架工作阻力变化

3505工作面过空巷期间，工作面并未发生大面积片帮现象，片帮主要集中在113～124架，片帮深度200～400 mm，其余区域未见明显片帮；顶板未见明显下沉，根据支架立柱行程检测数据，仅个别支架立柱在过空巷期间出现了100～200 mm的下沉；工作面个别安全阀开启，未对工作面正常生产造成影响，安全顺利通过空巷。结果表明，3505工作面采用高水充填过空巷技术效果较好，可为其他工作面过空巷提供借鉴。

5 结 语

结合王庄煤业3505工作面实际条件，确定了该工作面过空巷期间采用高水充填技术，并通过实验研究及理论分析确定了充填材料配比、充填工艺流程及充填方案。现场监测表明，高水充填技术在工作面过空巷实践中效果较好，可以有效保障矿井安全生产。