王庄矿3505综采工作面过空巷技术研究

郝振方

(山西长治王庄煤业有限责任公司，山西 长治 046000)

王庄矿3505综采工作面现推进至距离回风顺槽最低点约175 m处(即回采工作面与向斜轴部相距约175 m)，原计划在距离向斜轴部约133 m处进行综采设备搬家回撤，同时提前将回风顺槽绕道掘进完成。经过专家研究论证，决定对该区域采用直接回采的方式通过，3505工作面在回采过程中需要过4条已掘进完成的空巷，同时受到向斜构造影响，工作面在过空巷期间为仰斜开采，容易出现煤壁片帮、顶板冒落问题。因此，提出采用在空巷两帮注浆加固及采面注浆加固方式对空巷围岩以及采面煤壁进行控制，确保工作面在过空巷期间安全通过。

1 工程概述

根据地质资料3505工作面仰采区段空巷主要包括3505回风顺槽绕道一段(矩形断面，8.7 m×5 m(宽×高)，长135.7 m)、3505回风顺槽绕道二段(矩形断面，5.5 m×5 m(宽×高)，长198.7 m)、3505措施巷(矩形断面，3 m×5 m(宽×高)，长131.3 m)、3505措施巷2(矩形断面，3 m×5 m(宽×高)，长119.9 m)和3505措施巷3(矩形断面，5.5 m×5 m(宽×高)，长135.9 m)，空巷均沿煤层底板掘进。S1向斜位于井田中南部，井田内延伸2.20 km，由北向南横跨3505工作面中部，两翼倾角约9°～11°，空巷均位于向斜西侧，具体采面内空巷位置见图1所示。

空巷顶板均采用锚网+锚索支护方式，两帮均采用玻璃钢锚杆+锚网支护方式。3505工作面开采的3号煤层厚度平均4.97 m、倾角4°，赋存稳定，为全区可采煤层赋，采面煤层顶底板岩性见第77页表1所示。

表1 顶底板岩性

2 采面过空巷技术

为确保回采过程中空巷及采面前方煤壁稳定，在回采前对3505回风顺槽绕道一段、3505回风顺槽绕道二段等空巷两帮进行化学材料加固，加固完毕后对超高水材料进行充填。在采面对煤壁进行注浆加固，避免煤壁片帮、顶板冒落[1-2]。

2.1 空巷巷帮注浆加固

空巷预注浆期间采用FBDYNO-7.5型局部通风机通风，800 mm风筒，风机安装在35采区皮带巷，采用双风机双电源，风机安装完成后，首先按照通风科制定的瓦斯排放措施对密闭空巷进行排放瓦斯并逐步拆开相应密闭。

空巷预注浆顺序：3505回风顺槽绕道二段措施巷以里部分→3505措施巷3505措施巷3靠回风侧部分→3505措施巷2→3505措施巷3→3505回风顺槽绕道二段剩余部分→3505回风顺槽绕道一段。利用3505工作面回风顺槽绕道、3505工作面措施巷、3505回风顺槽等已有巷道对受构造影响区域煤壁预先注浩博瑞化学浆进行加固，凝固时间约为45 s，通过加固煤壁控制煤壁片帮达到控制顶板冒落的目的。

在顶板向下1 500 mm位置打设注浆孔，用风动锚头打孔，孔深6 000 mm，孔间距5 000 mm，垂直煤壁打设，并根据注浆孔参数保证注浆孔的深度及角度，设计单孔注浆量2 t(80桶左右)。封孔采用专用封孔器，安装在距离眼口2 m位置，封孔压力1.5 MPa。注浆过程中一旦发现有围岩松动、跑(漏)浆、注浆压力突然骤降等异常情况，应立即停止注浆，查明原因，采取措施后才可恢复注浆，当注浆料煤壁扩散超出3 m范围时，停止注浆[3-5]。注浆眼布置见图2所示。

图2 孔巷煤壁注浆钻孔布置示意(mm)

2.2 空巷充填加固技术

将空巷长划分成若干个区段(每个区段25 m)并用厚度3 m密闭墙分割(具体宽度及高度根据巷道规格确定)，并从巷端向巷尾依次充填，具体充填方案见图3。在密封墙固结并达到预先设定强度后在空巷内采用密集支柱对顶板进行支护，并通过密闭墙上的充填孔进行充填[6]。

图3 空巷充填示意图

空巷充填采用风动双注组分注浆泵，注浆系统由注浆泵、吸管、高压胶管和注射枪等部分组成，混合管要采用专用产品(型号2ZBYSB13.2～4.2/1～10-22)。作业时必须闭锁作业地点附近3架支架并关闭进液截止阀。

2.3 仰采期间煤壁注浆加固技术

结合现场及钻孔条件，顶板下2.5 m处采布置一排注浆钻孔，间距5 m(约3组支架)。注浆孔孔径42 mm、孔深6 m，注浆孔垂直于煤壁呈25°仰角布置(相对于顶底板)，注浆眼布置如第78页图4所示。

图4 采面煤壁注浆孔布置示意图(mm)

用风动锚头打孔，根据注浆孔参数保证注浆孔的深度及角度。因煤层裂隙非常发育，单孔注浆量较大，暂定每孔注浆量在80桶左右。一个循环注浆完毕后，往前推进不能超过4 m，需进行下一个循环的注浆，直至工作面煤壁和顶板转好，工作面正常往前推进为止。

3 应用效果分析

在采面过空巷期间虽然受到褶曲影响，采面仰斜开采、顶板破碎，但是采用注浆、充填技术措施后，采面过空巷期间未出现大范围煤壁片帮、顶板冒落问题，煤壁保持稳定，同时，空巷顶板下沉量很小，不会给采面正常生产带来不利影响。

为了具体分析空巷加固效果，在对采面过3505回风顺槽绕道二段空巷时对采面液压支架工作面进行监测，具体监测结果见图5。按照采面过空巷顺序将整个监测过程分为3个阶段，具体为空巷前40 m至空巷内30 m、空巷内90 m至170 m、空巷内190 m至出空巷。

图5 支架工作阻力变化情况

随着采面与空巷间距不断缩小，在超前采动支承压力作用下空巷顶板出现一定量下沉，空巷顶板与充填体间间隙逐渐被压实，充填体出现一定量变形并给空巷顶板一定的支撑力，与空巷原有的支护体系相对作用对空巷围岩进行控制。从图5看出，在采面过空巷期间采面空巷内及空巷旁液压支架工作阻力差值在120 kN内，空巷内顶板下沉量最大为150 mm，空巷变形几乎不会给采面正常回采带来不利影响。结果表明，文中提出的采面过空巷技术是切实可行的。

4 结论

1) 3505工作面由于回采变更造成工作面需要过4条空巷，同时受到向斜构造影响，导致工作面在过空巷期间存在仰斜开采问题，给采面煤壁及顶板控制带来显著的不利影响。为了确保工作面回采安全，避免空巷围岩在采动压力影响下出现失稳问题，提出采用注浆方式加固空巷两帮并通过高水材料充填方式对空巷顶板进行控制；在采面内采用注浆加固方式提升煤壁及顶板稳定性，并采用必要的工作面顶板管理措施提升顶板控制效果。

2) 现场应用后，空巷围岩支护体系处于完好状态，围岩变形量较小，工作面矿压显现正常，空巷及构造未给工作面正常回采带来不利影响，确保了采面回采安全。