工作面过空巷技术实践.pdf

2020 年第 6 期2020 年 6 月 受小煤矿无序开采、工作面设计方案改变等因素 的影响，工作面回采过程中会遇到一些废弃的巷道， 受开采活动影响，空巷顶板遭到破坏，围岩变形，严 重影响着工作面的安全高效生产。目前，工作面过空 巷时的控制手段大致有以下 4 种，即单体柱或木垛支 护、开切眼、锚杆 （索） 联合支护和充填支护。选择 合理的过空巷支护技术是实现工作面安全开采、提高 工作面经济效益的关键。本文以 A 矿 3 号煤层为背景， 分析各种控制手段的优缺点，进而确定过空巷控制手 段，并对 3 号煤层工作面过空巷控制的具体方法进行 了详细介绍，为类似过空巷工程提供借鉴。 1工程概况 A 矿 3 号煤层已经开采多年，其采空区主要分为北 部、中部和南部 3 个区域。北部区域面积约为0.168 km2， 可采储量大约 7.2伊105t，属于早年 （2002 年） 的旧采 空区；中部区域面积约为 0.099 3 km2，可采储量约为 3.1伊105t，属于 2005 年前的采空区；南部区域面积约 为 0.157 km2，可采储量约为 4.16伊105t，属于 2003 年 前的采空区。通过计算，该区域的煤炭回收率不到 30，有必要对剩余煤炭资源进行再开采和回收利用。 该区域地质构造简单，煤层比较平缓，倾角较小， 为 3毅耀7毅；3 号煤层为瓦斯含量较低煤层，不易自燃。 早些年，3 号煤层旧采区的开采方式以“巷柱式”开采 为主，一般巷道的宽度为 2耀3 m，由巷道向两侧扩帮 1耀3 m，中间遗留大量煤柱，煤柱的宽度一般在 8耀20 m， 具体的空间关系如图 1 所示。 图 1遗留煤柱和空巷示意图 2过空巷技术 2.1传统过空巷技术 一般来讲，传统过空巷技术有 3 种，即单体柱或木 垛支护技术、开切眼技术和锚杆 （ 索） 联合支护技术。 单体柱或木垛支护技术需要大量的单体支柱，木垛和支 柱的承载能力有限，当顶板来压时极易变形。此外，由 于这种形式的支护不能起到对邻帮的支护作用，因此煤 壁片帮严重。开切眼技术可以很好地消除过空巷带来的 不利影响，但是成本较高。锚杆 （ 索 ） 联合支护技术支 护效果较好，但是当空巷较多时，就会增加较多的工 收稿日期2020-04-16 作者简介裴博林，1992年生，男，山西阳高人，2016年毕业于太 原科技大学华科学院机械设计制造及其自动化专业，助理工程师。 工作面过空巷技术实践 裴博林 （ 大同煤矿集团云冈矿，山西 大同 037000 ） 摘要 为了保证复采工作面的顺利开采和回收煤柱，通过分析 3 号煤层的工程概况，对比传统过空巷的技术和预充 填技术，最终选用后者。预充填技术采用高分子材料与围岩及煤矸石胶结在一起，形成具有一定硬度且可以抵御一定变 形的充填体。为了研究充填体的效果，通过现场测验，对充填效果进行了测试。结果表明，充填效果良好，煤壁与顶板 均较完整，为复采工作面的顺利通过提供了安全保障。 关键词 复采工作面；过空巷；预充填技术 中图分类号 TD355文献标识码 A文章编号 2095-0802-202006-0191-02 Technical Practice of Working Face Passing through Goaf PEI Bolin Yungang Coal Mine, Datong Coal Mine Group, Datong 037000, Shanxi, China Abstract In order to ensure the smooth mining of the repeated mining face and recovery of coal pillars, this paper analyzed the general situation of No.3 coal seam, compared the traditional technology and pre-filling technology, and finally selected the latter. The pre-filling technology adopts polymer material cemented with surrounding rock and coal gangue to filling body with certain hardness and deation resistance. In order to study the effect of filling body, the filling effect was tested through field test. The results show that the filling effect is good and the coal wall and roof are relatively complete, which provides a safety guarantee for the smooth passage of the repeated mining face. Key words repeated mining face; passing through goaf; pre-filling technology （总第 177 期） 实践运用 单位m 运输巷 2313820 回风巷 穿通巷 扩帮煤柱 191 2020 年第 6 期2020 年 6 月 作，成本也随之提高。此外，若遇到坡面、调斜等情 况，该技术的施工难度随之增大[1-2]。 2.23 号煤层工作面过空巷技术 随着技术的发展，出现了过空巷预充填技术。该 技术具有较大的发展空间，尤其是在找到合适的充填 材料之后，其应用前景较好。 3 号煤层旧采区的空巷较多且存在冒落区，不宜采 用传统的过空巷技术。本工程采用预充填技术过空巷， 选用新兴的超高水充填材料作为井下充填材料。这种 材料可以很好地控制顶板沉降，减小地表塌陷，同时 该材料的泵送性较强，可以实现长距离运输，为工作 面过空巷提供安全保障。图 2 为复采工作面采前充填 注浆示意图。 图 2复采工作面采前充填注浆示意图 预充填技术是用充填体对空巷进行填筑和破碎体 整合，围岩与充填体的结合反应使得充填体的特性发 生变化，从而使得充填体具有一定的强度和整体性， 可以自行承载载荷和抵御变形。由于充填体承载了一 定的载荷，抵御了一部分变形，液压支架所承受的载 荷相对较小，有利于支架的稳定，对采煤工作面安全 过空巷起到了保障作用。 2.3现场充填注浆方案 传统注浆工艺通常是将注浆管直接连入空巷、冒 落区等位置，然后直接泵送。这种注浆方法往往会出 现漏浆、跑浆现象，且需自上而下注浆，当空间较大 时，注浆效果不好。为了提高注浆效果，本次现场注 浆采用分层递进多轮注浆工艺。分层，即将空区分为 上下几层分层注浆，而不是将空区一次性注满，这样 更有利于浆液的利用，同时注浆效果也更好；多轮， 即利用墙体将空区划分为不同区域，然后对多个分割 后的区域同时注浆。分层注浆如图 3 所示。 图 3分层注浆示意图 该工程分别选取 1 m、2 m 和 4.5 m 的高度进行打 孔注浆，从而达到分层填筑胶结煤矸石的效果。 3充填效果 本次充填后对充填效果进行了检验，检测方式主 要分为 3 种，即扩散范围检测、浆液渗透情况检测和注 浆前后被注体强度检测。本次实验选取 6 个窥视孔，分 别为距 1202 巷开切眼 20 m、30 m、50 m、80 m、 110 m 以及距 1201 巷开切眼 15 m 处，其深度分别为 8 m、5 m、6 m、10 m、7 m 和 6 m，高度分别为 1.3 m、1.2 m、1.2 m、1.5 m、1.5 m 和 1.5 m。窥视 结果如表 1 所示。 表 1复采工作面注浆效果 从表 1 中可以看出，无论是 1202 巷还是 1201 巷， 其窥探孔的漏浆均较少，大部分没有出现漏浆现象， 只有 2 个钻孔在 4耀8 m 范围出现多处见浆现象。现场 工作面复采期间，对注浆侧和未注浆侧进行对比发现， 1202 巷经过注浆的一侧煤壁保持完好，顶板较为完整， 基本上未出现破碎现象，采煤机割煤较顺利，移架较 方便，复采效果良好。在工作面 1201 巷一侧，由于没 有注浆，采煤时煤壁破碎，端面和顶板偶尔出现冒落 现象，割煤不顺利。注浆工业性试验表明，预充填技术 的应用可以很好地保持煤壁和顶板的完整性，有利于 割煤，为复采工作面的顺利通过提供了保障[3-4]。 4结语 为了研究复采工作面过空巷技术，保证复采工作 面的顺利开采和回收煤柱，通过对 3 号煤层的工程概 况进行分析，以及对比传统过空巷的技术和预充填技 术，最终认为预充填技术更适合 3 号煤层煤柱的回收。 此外，结合 3 号煤层的具体情况，对注浆充填进行了改 进，采用分层的方式进行充填，而不是原有的整体充 填。最后通过现场测验，对充填效果进行了测试。结果 表明，充填效果良好，煤壁和顶板均较完整，为复采工 作面的顺利通过提供了安全保障。 参考文献 ［1］ 于占林， 杜泽生.巷道注浆技术研究应用 ［J］ .煤， 2008， 172 34-37援 ［2］ 郭晓彦.旧采区域内遗留煤柱及空巷稳定性分析 ［J］ .山西焦 煤科技， 20146 25-28. ［3］ 张王磊.破碎围岩注浆加固技术研究 ［D］ .郑州 河南理工大 学， 2014. ［4］ 蔡瑞春.大倾角煤层开采矿压特征及围岩控制技术研究 ［D］ . 合肥 安徽理工大学， 2009. （ 责任编辑刘晓芳 ） 基本顶 直接顶 煤矸石 煤矸石 截割层截割层 垮落煤岩体 截割层 垮落矸石直接顶垮落矸石 充填承载层 承载层注浆孔 截割层注浆孔 1 500 单位mm 窥视孔位置深度/m 高度/m注浆效果 距 1202 巷开切眼 20 m81.35耀8 m 范围多处见浆 距 1202 巷开切眼 30 m51.2破碎严重， 未见浆 距 1202 巷开切眼 50 m61.24 m 处局部见浆 距 1202 巷开切眼 80 m101.54耀8 m 范围多处见浆 距 1202 巷开切眼 110 m71.54耀8 m 范围局部零星见浆 距 1201 巷开切眼 15 m61.5破碎严重， 未见浆 192