工作面过斜交穿层空巷充填技术研究_柴文军(1).pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 山西省煤矿资源整合前， 长期存在小煤矿无序开 采现象， 巷道布置错综复杂， 使用后未经处理直接废 弃。 废弃空巷种类繁多， 根据空巷层位， 可以划分为顶 板空巷、 煤层空巷、 底板空巷、 穿层空巷； 根据空巷与 工作面夹角， 可以分为平行空巷、 垂直空巷、 斜交空 巷； 根据空巷冒落状态， 可以分为完整空巷、 半冒落空 巷、 完全冒落空巷[1]； 根据空巷坡度变化， 可以分为水 平空巷、 倾斜空巷、 起伏空巷。 现场空巷类型多为几种 分类方式的组合，对回采的主要影响是瓦斯积聚、 水 患、 片帮冒顶、 支架下沉， 且大多不可进入， 给治理带 来了较大的困难， 造成极大的安全隐患。目前对于空 巷治理已有较多的工程实践， 但工程条件各异， 针对 特殊条件下空巷治理经验仍显不足[2]。本文以阳煤集 团三矿整合煤矿泰昌公司 1506 工作面过斜交穿层空 巷为工程背景，对空巷工程特性进行分析并进行治 理， 以期为特殊条件下过空巷提供实践经验。 1工程概况 阳煤集团泰昌公司 1506 工作面回收大巷两侧保 护煤柱， 西侧保护煤柱宽度 95m， 东侧 80m， 工作面倾 向 180m， 布置 1506 进风和 1506 回风两条顺槽， 正计 划回采。开采煤层为 15 煤层， 平均厚度 5.8m， 采用 放顶煤采煤法， 采高 2.8m， 放煤高度 3m， 煤层走向上 近水平， 倾向上倾角 3， 1506 回风顺槽一侧略高。 在 回采进度 160m位置， 预计将在工作面中部揭露 1 条 斜交穿层空巷， 如图 1 所示。 （a ）俯视图（b）剖面图 图 1空巷与工作面位置关系示意图 空巷为资源整合前遗留， 已经废弃， 长度远大于 工作面倾向长度。 工作面与空巷交叉点附近对回采影 响较大， 将会出现支架倾斜、 下沉现象， 且探测到空巷 工作面过斜交穿层空巷充填技术研究 柴 文 军 （阳泉煤业 （集团 ） 有限责任公司三矿 ， 山西 阳泉 045000 ） 摘要 针对工作面过穿层斜交空巷的工程实际， 分析了空巷危害， 解决了底部挡墙设置问题， 设计了 分段充填方案， 并进行了效果考察。 结果表明 空巷带来的主要危害是支架下沉； 通过在大巷施工覆盖 式钻孔， 输送石子、 细沙、 浆液的方式， 成功设置了挡墙； 根据充填体各部分功能不同， 将充填体分为 3 段， 配置了高强速凝材料、 高水充填材料两种材料； 总计工期 25d， 共计充填 1371 m3， 工作面用时 1.5d 顺利通过空巷， 未发生片帮、 冒顶现象。 关键词 斜交 ； 穿层 ； 空巷充填 ； 支架下沉 ； 高强速凝材料 ； 高水充填材料 中图分类号 TD323文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0031-03 Research on Filling Technology of Working Face over Oblique Crossing Through Empty Roadway CHAI Wenjun （Yangquan Coal Industry Group Co., Ltd. No. 3 Mine , Shanxi Yangquan 045000 ） AbstractAiming at the engineering practice of the working face crossing the diagonally intersecting empty roadway, the damage of the empty roadway was analyzed, the problem of the bottom retaining wall setting was solved, the segmented filling scheme was designed, and the effect was investigated. The results show that the main hazard caused by the empty lane is the sinking of the bracket; the retaining wall is successfully set up by means of covered drilling in the roadway, conveying stones, fine sand and slurry; according to different func- tions of the filling body, The filling body is divided into three sections, which are equipped with high-strength quick-setting material and high-water filling material. The total construction period is 25d, which is filled with a total of 1371 m3. The working surface is successful- ly passed through the empty lane for 1.5 days, and there is no phenomenon of chipping and roofing. Key word skew; through layer; empty road filling; bracket sinking; high-strength quick-setting material ; high water filling material 31 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 内瓦斯含量高， 因此必须进行处理。 2空巷隔离挡墙设置 为了防止回采到空巷时支架下沉，瓦斯积聚， 必 须对交叉点附近空巷进行充填， 但存在 2 个问题 1 ） 空巷长度大， 下部必须设置挡墙隔离。根据老 工人描述，空巷长度远远超过工作面倾向长度， 约 1000m， 且倾角大， 约 13， 如果直接进行充填， 浆液 会随着空巷倾斜方向自流， 充填范围不可预测， 材料 消耗量极大， 必须对空巷下部进行封堵隔离； 2 ） 空巷不可进入。 前期从大巷对下方空巷打钻探 测， 采用钻孔电视发现空巷内变形量较大， 探测到瓦 斯浓度较大， 不可进入， 也不可与现有通风系统连通； 由上述 2 个问题可以看出， 空巷治理的技术关键 在于 在无法进入的前提下， 如何在空巷内设置挡墙 隔离， 防止充填材料浆液向更远处流动。工作面中部 大巷为施工提供了可行性，大巷目前维护状况良好， 允许人员进入和施工作业， 计划从大巷内向空巷施工 底板钻孔， 通过钻孔输送大颗粒骨料辅以高稠度浆液 填充， 进行挡墙设置， 然后再进行空巷充填。 （a ） 剖面图（b） 俯视图 图 2钻孔布置方式示意图 表 1钻孔施工参数表 根据 1506 工作面底板条件和现场经验，认为当 底板厚度不足 7m 时， 存在支架沉陷风险， 必须进行 充填。因此， 以工作面底板与空巷垂直距离 7m为界， 在该位置附近设置隔离挡墙。 在大巷内布置钻场， 设计 3 排底板钻孔， 分别编 号为 A、 B、 C， 每排 3 个， 分别编号为 A1、 A2、 A3、 B1、 B2、 B3、 C1、 C2、 C3， 钻孔穿透空巷顶板， 对 挡墙位置进行 3 段覆盖式布置， 钻孔布置方式如图 2 所示， 钻孔参数见表 1 所示。 分步堆积实施步骤 1 ） 首先施工 A1、 A2、 A3 钻孔， 为护孔并减小 骨料运输阻力， 钻孔内下直径 108mm钢管作为套管， 采用 1cm 左右粒径的石子作为骨料，利用喷浆机作 为动力， 使石子进入空巷内形成堆积， 过程中适当掺 入细沙， 填补骨料堆积缝隙， 最后采用高强速凝材料 制作浆液进行填充， 形成前端 A挡墙； 2 ） 然后施工 C1、 C2、 C3 钻孔， 按照上述方式 形成后端 C挡墙； 3 ） 最后施工中部 B1、 B2、 B3 钻孔， 在前后端 A、 C 挡墙的基础上向上堆积， 形成中部 B 挡墙， 三堵 挡墙成 “品” 字形堆积， 如图 3 所示； 4 ） 挡墙施工完毕后， 利用钻孔进行窥视， 确保接 顶良好。 图 3挡墙分步堆积示意图 3分段充填技术方案 3.1分段方式及依据 分段的主要依据是所需充填体功能不同， 分为 3 段， D 段、 E 段、 F 段， D 段上边界为挡墙顶部水平线， 下边界为挡墙； E 段下边界为 D段上边界，上边界为 距离煤层底板下方 2m； F 段下边界为 E 段上边界， 上 边界为交叉点煤层上边界水平线。如图 4 所示。 图 4分段充填分段方式示意图 分段依据 D段主要考虑挡墙不严密， 漏浆问题； F 段主要考虑支架下方底板强度和充填体再塑煤帮 强度； E 段对支架影响并不大， 主要考虑成本问题。 因 此， D 段应采取和 F 段需采用速凝高强度充填体， E 钻孔编号钻孔深度 /m俯角回转角孔径 /mm A130175133 A229170133 A33017355133 B125176133 B224170133 B32517354133 C118.5188133 C218180133 C318.518352133 32 ChaoXing （上接第 30 页 ） 8 ）单体液压支柱初撑力 60kN 以上， 保证支撑有 效， 单体液压支柱可缩量 200mm以上， 防止单体液压 支柱被压死。 4结语 通过巷道围岩应力观测， 研究得到了工作面超前 支承压力影响范围及程度， 了解了巷道受超前支承压 力采动影响情况， 在此基础上对充填工作面巷道超前 支护进行了优化。 现场应用效果表明优化后的方案能 够满足巷道支护要求， 将巷道变形量控制在合理范围 内。研究成果减轻了工人的劳动强度， 提高了支护效 率， 降低了支护成本， 有利于降低工作面综合成本和 矿井保安全促生产， 取得了良好的经济和社会效益。 参考文献 [1] 范浩.我国煤矿充填开采的研究进展[J].煤炭技术,2015,34 （1） 7- 8. [2] 刘长友,杨培举,侯朝炯， 等.充填开采时上覆岩层的活动 规律和稳定性分析 [J]. 中国矿业大学学报， 2004,33 （2） 166- 169. [3] 曹正正,姜海林,黄秀文， 等.综合机械化固体充填开采控 制覆岩变形的力学分析[J].煤矿开采,2015, （2） 70- 74. [4] 王家臣,杨胜利,杨宝贵， 等.长壁矸石充填开采上覆岩层 移动特征模拟实验[J].煤炭学报,2012,37 （8） 1256- 1262. [5] 杨宝贵,李永亮,宋晓波， 等.充填开采工作面矿压显现规 律数值模拟分析[J].煤炭工程,2013,45 （4） 69- 70,73. 作者简介 林伟立 （1975-） ， 男， 山东滨州人， 本科学历， 毕业于山东 科技大学采矿工程专业， 高级工程师。 （收稿日期 2019- 3- 12） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 段可以采用低强度充填体。 3.2充填材料 根据分段充填方式中 D 段、 E 段、 F 段对充填体 性能的不同要求， 配置两种充填材料， 一种为高强速 凝材料， 使用水灰比 1.2∶1， 一种为高水充填材料， 使 用水灰比 3∶1， 两种材料性能对比见表 2。 表 2两种充填材料性能参数表 3.3分段充填过程及效果考察 分段充填过程 在大巷内通过钻孔、 插管方式对 各段进行充填， 如图 4 所示钻孔。首先根据各段体积 估算充填材料用量，在充填过程中配合钻孔电视观 察， 以保证分段充填大致准确。 效果考察 空巷宽度 6m， 总计工期 25d， D 段充 填体积 637m3， E 段充填体积 478m3， F 段充填体积 256m3， 共计充填 1371m3， 消耗高强速凝材料 650t， 消 耗高水充填材料 85t。 工作面到达空巷时， 充填体强度 足够， 帮部直立， 未发生片帮、 冒顶现象， 用时 1.5d 顺 利通过。 4结论 1 ） 1506 工作面与穿层空巷斜交，带来支架倾 斜、 下沉， 瓦斯积聚隐患， 必须进行充填处理； 2 ） 在工作面中部大巷内钻孔输送石子、 细沙、 浆 液分段堆积， 解决了空巷底部隔离挡墙设置问题； 3 ） 根据各部分充填体功能不同，进行了分段充 填设计， 并介绍了高强速凝材料和高水充填材料两种 材料； 4 ） 效果考察表明，总计工期 25d，共计充填 1371m3， 消耗高强速凝材料 650t， 消耗高水充填材料 85t。 工作面到达空巷时， 未发生片帮、 冒顶现象， 用时 1.5d 顺利通过， 充填效果良好。 参考文献 [1] 刘建宇,康国彪.补连塔煤矿 12413 工作面过上覆空巷矿 压规律[J].煤矿安全， 2019， 49 （S1） 18- 22. [2] 赵勇,陈正拜,陈帅志.等.综放工作面过空巷时围岩控制 研究 [J].煤炭技术， 2018， 37 （10） 37- 39 作者简介 柴文军（1980-） ， 男， 汉族， 山西省阳泉人， 本科学历， 采 煤工程师， 现在阳泉煤业 （集团） 有限责任公司三矿生产技术 部任职， 主要从事采煤和掘进方面的工作。 （收稿日期 2019- 3- 15） 项目高强速凝材料高水充填材料 初凝时间 /min1030 终凝时间 /min4080 单轴抗压强度 /MPa 1d6.51.5 3d8.52.6 7d11.53.2 备注D段、 F 段E 段 33 ChaoXing