杨文忠

(霍州煤电集团 河津薛虎沟煤业有限责任公司，山西 霍州 031400)

当煤炭开采区域存在设计变更或者有小煤窑开采史时，在煤炭开采范围内容易遗留废弃空巷或者开采破坏区。由于废弃空巷年久失修、围岩原有支护体系失效，且在采动压力作用下容易出现顶板垮落或者巷帮大变形等问题，制约煤炭安全高效回采[1-2]。如何实现空巷围岩有效控制是采煤工作面安全过空巷的关键之一[3-5]。现阶段矿井常用的过空巷技术包括打设木点柱、施工锚杆(索)补强、围岩支护、单体支柱支护等，均不同程度存在费时、安全风险高以及效率低下等问题[6-8]。依据空巷在采面内分布空间关系，提出针对性过空巷技术，对提高采面过空巷效率以及安全保障能力等均有促进意义[9-10]。为此，文中依据3307综采工作面现场情况，提出用高水材料充填方式加固空巷。

1 工程概况

山西某矿为资源整合矿井，3307综采工作面(设计切眼长度225 m、推进长度1 589 m)回采3号煤层，煤层埋深295 m、倾角5～12°，顶底板为泥岩、粉砂岩以及砂质泥岩等。3号煤具有自然发火倾向性，发火周期介于59～126 d.3307综采工作面开采范围为小煤窑破坏区，存在空巷，具体空巷在采面内分布位置见图1.

图1 采面内空巷位置示意

采面空巷(净宽4.5 m、净高4.0 m)走向与采面推进方向平行，空巷断面为矩形，长约120 m，沿着3号煤层顶板掘进。已有技术资料显示，该空巷废弃超过8 a以上，采用锚网索支护，其中锚杆、锚索规格分别为D22 mm×2 200 mm、D18.6 mm×2 200 mm，锚杆间排距均为1 200 mm、锚索间排距均为2 400 mm.在空巷影响区内生产时面临围岩失稳、漏风以及矿压显现异常等问题。需要针对性制定技术措施，实现采面安全高效回采。

2 高水充填技术应用

2.1 充填材料水灰比

在选择空巷充填材料时，应综合分析充填材料使用量、充填成本以及充填效果等方面。现阶段煤矿井下常用的充填材料类型包括水泥浆液材料、化学材料以及高水材料等，其中高水充填材料具有价格低廉、流动性好、凝结时间可控以及无析水等优势。因此，根据现场情况选用高水充填材料充填3307综采工作面内空巷。高水充填材料水灰比会直接影响空巷支护强度，采用的高水充填材料不仅应满足空巷围岩控制需要，而且不会影响采煤机截割(即采煤机可直接截割高水充填材料)。为维护空巷围岩稳定，采用的高水材料强度应能达到4 MPa以上。高水充填材料不同水灰比时强度变化情况见图2.从图2中看出，在凝结时间一定的情况下，高水充填材料强度随水灰比增加而降低。水灰比不变时，随凝结时间增加，高水充填材料强度也不断增大。

图2 高水充填材料不同水灰比时强度变化曲线图

从注浆材料凝结后强度出发合理选择高水材料水灰比，凝结2 h时高水充填材料强度超过4 MPa即可满足要求。从图2看出，当水灰比小于4时，高水充填材料凝结2 h强度可达到5 MPa，明显可满足要求；同时水灰比越小，则材料消耗量越高，经济性越差。为此，高水材料充填时最佳水灰比为4∶1.

2.2 充填方案

充填材料运送至充填点方式有2种：①采用人工或者机械设备将充填材料运输至充填点；②采用泵送方式将充填材料输送至充填点。泵送方式具有充填效率高、安全性好、自动化程度高等优点，因此选用泵送方式对高水材料进行运输。

常见的充填技术方法包括全袋式充填法、开放式充填法、分段阻隔充填法以及混合式充填法等。依据3307综采工作面现场情况以及空巷分布位置、长度等，考虑到空巷存在起伏、注浆材料顶液高度出现变化，采用开放式充填法显然不能满足要求。若采用全袋式充填法则需要使用充填袋，充填过程较为繁琐，因此选择施工工艺相对简单、成本较低以及可满足采面空巷充填需要的分段阻隔泵送充填法。泵送充填示意见图3.在空巷内间隔5～10 m布置1道阻隔，阻隔内侧靠近充填侧布置膜袋，避免注入浆液外溢。

图3 分段阻隔泵送充填布置示意

3 空巷充填效果分析

3307综采工作面长度为120 m，主要影响位于采面55～63号支架间，在采面过空巷期间，对55～63号支架工作阻力进行监测，发现在过空巷期间支架工作阻力与正常情况下无明显差异。高水充填材料与空巷顶板接触密实，可有效控制空巷围岩变形。液压支架与顶板接触良好，未出现明显下沉。采煤机可直接截割空巷充填体，通过采用高水充填材料对充填加固可提高采面生产速度。

统计过空巷前后55～63号支架位置煤壁片帮情况，见表1.从表1中看出，采面在过空巷期间，煤壁片帮发生率以及片帮范围等均未有明显变化，表明空巷内充填的高水材料支撑效果较好。

表1 采面55～63号支架位置煤壁片帮统计结果

4 结 语

1) 3307综采工作面回采范围内存在空巷，同时开采的3号煤层具有自然发火倾向，采用以往的加固方式存在空巷漏风、防灭火压力大以及顶板管理困难等问题。为此，提出采用高水材料充填方式对空巷进行加固，不仅可解决空巷漏风、防灭火难题，而且采面过空巷时采煤机可直接截割充填加固区，有助于提升采面生产效率。

2) 高水充填材料水灰比会直接影响充填经济性，根据高水充填材料不同水灰比时强度变化曲线并结合空巷充填加固需要，最终确定空巷高水充填材料水灰比为4∶1.由于空巷顶板及底板有一定起伏，为降低空巷高水充填工作量，提出采用分段阻隔泵送充填方式，采用膜袋及砖块将空巷按照5～10 m间隔划分为若干充填段。现场应用后，采面在空巷影响范围内回采时保持正常推进速度，同时空巷围岩、影响范围内煤体等始终保持稳定，为采面安全高效过空巷创造了良好条件。