工作面過局部冒落空巷綜合治理技術

行 鑫

（山西焦煤霍州煤電木瓜煤礦，山西 臨汾 031400）

木瓜煤礦10-210 工作面回采過程中需通過一平行空巷，因年久廢棄，空巷內局部坍塌，回采過程中瓦斯、頂板風險突出，威脅安全生產[1-2]。本文以局部冒落平行空巷為對象，研究綜合注漿安全回采技術。

1 工程背景

10-210 工作面位于二盤區，開采9#煤和10#煤合并層，總厚度4.5 m，兩層煤之間夾矸厚度0.2～0.4 m，煤層平均傾角8°。工作面設計走向可采長度450 m，傾向長度107 m，采用一次采全高后退式綜合機械化采煤法。

工作面布置10-2101 進風巷和10-2102 回風巷兩條順槽。工作面中部有1 條北翼膠輪車大巷，寬度6 m，高度4.5 m，已停止服務，與切眼垂直，將工作面分成東、西兩部分，西側約61 m，東側約40 m。在回采進度120 m 位置有1 條調車橫川，長度40 m，寬度5.6 m，高度4.5 m，貫通北翼膠輪車大巷與10-2101 進風巷，兩端已經施工密閉墻。

根據探測，調車橫川兩端維護狀況良好，中部已經坍塌冒落，頂部有未塌實空頂區域，長度約16 m。坍塌區西邊界距離北翼膠輪車大巷10 m，東邊界距離10-2101 進風巷14 m。如圖1 和圖2。

圖1 調車橫川與工作面位置示意圖（m）

圖2 調車橫川剖面示意圖

調車橫川與工作面平行，且內部局部冒落，頂板不穩定，工作面通過時，存在積聚瓦斯突然釋放、片幫、冒頂風險，威脅生產安全，因此必須采取處理措施。

2 局部冒落空巷綜合治理方案

調車橫川內分為坍塌區和完整空巷兩種類型，計劃采取全部充填注漿方式治理，考慮坍塌區復雜性以及坍塌區與空巷段不同的漿液流動擴散特征，分別制定治理方案。

打開調車橫川兩側密閉墻，抽排瓦斯后，在兩側巷口附近設置局部通風機，風管路引至坍塌區附近，保障人員進入作業安全。

2.1 坍塌區三步治理方案

1）第一步：坍塌區封閉注漿充填

坍塌區布管：采用長短管結合方式，在坍塌區兩側，采用6 分鋼管穿透松散的坍塌區，至空頂區頂部，6 分鋼管2 m/根，通過接箍加長，尾端連接Ф25 mm 高壓膠管，固定在頂板上，向外引出，為長管；在坍塌區邊緣頂板上固定一根25 mm 高壓膠管，向外引出，為短管。

坍塌區兩側封閉：在坍塌區兩側，退后2 m 至頂底板平整區域，各施工一道止漿墻，止漿墻需要四周掏槽，厚度設計1.5 m，采用木點柱+木板+風筒布構建模板，雙液注漿材料灌注快速成墻方式。如圖3。

圖3 布管和止漿墻實施示意圖

注漿方式：先對短管進行注漿，采用低水灰比高水充填材料，快速凝固，填充止漿墻與塌落矸石之間空間，形成更大的止漿范圍，要求注漿壓力達到3 MPa；然后對長管進行注漿，采用高水灰比高水充填材料，提高漿液流動性，對坍塌區空頂部分進行充填，同時對下部冒落碎矸進行初步滲透，空頂區充滿后停止。

2）第二步：冒落矸石打鉆帶壓注漿

第一步對止漿墻與塌落矸石之間的空間和空頂部分進行了完全充填，從頂部和兩側對冒落矸石進行了初步滲透，但無壓注漿條件下，冒落矸石內部漿液滲透量較少，注漿膠結效果較差，必須實施打鉆帶壓注漿。

鉆孔布置方式：在止漿墻上開孔，鉆孔布置上下兩排，矩形布置，上排2 個，下排2 個，同排之間間距3 m。北翼膠輪車巷一側，上排鉆孔開孔高度距離頂板1 m，深度12 m，仰角12°；下排鉆孔開孔高度距離頂板3 m，深度12 m，仰角8°。10-2101 進風巷一側，上排鉆孔開孔高度距離頂板1.5 m，深度6 m，仰角0°；下排鉆孔開孔高度距離頂板3.5 m，深度6 m，仰角0°。為提高漿液擴散效果，采用Ф75 mm 大直徑鉆孔。如圖4。

注漿方式：先對北翼膠輪車巷一側的4 個鉆孔進行注漿，先注下排孔，后注上排孔，然后對10-2101進風巷一側的4個鉆孔按照同樣順序進行注漿。要求注漿終止壓力不低于5 MPa，采用速凝高強雙液注漿材料。

3）第三步：工作面臨空預注漿

第一步和第二步可以將80%以上的裂隙充滿，工作面回采到空巷附近時，仍存在冒頂風險，且在超前支承壓力作用下，原來已經被注漿材料膠結在一起的矸石剝離，產生新的裂隙。因此，需要臨空預注漿再次加固，確?；夭砂踩?。

工作面距離調車橫川2 m 左右時，在工作面切眼內，向煤壁前方施工注漿鉆孔，實施范圍為坍塌區16 m 范圍。鉆孔設計上下兩排，上排孔距離頂板1 m，仰角10°，下排孔距離頂板2.5 m，仰角0°，鉆孔間距3 m，孔深均為8 m，孔徑均為42 mm。如圖5。

圖5 臨空預注漿鉆孔布置示意圖（m）

注漿方式：按照先注下排孔，后注上排孔的順序實施，采用雙液注漿材料，注漿終止壓力不低于8 MPa。

2.2 完整空巷段全部充填方案

在坍塌區第一步和第二步實施完畢后，對空巷段實施全部充填。

布置管路：西空巷段布置1 趟管路，采用Ф32 mm 無鋼絲內襯高壓膠管，吊掛在頂板上，一端在止漿墻位置，另一端引至與北翼膠輪車巷交叉口；東空巷段布置2 趟管路，吊掛在頂板上，第1 趟一端在中間位置，一端引至與10-2101 進風巷交叉口，第2 趟布置成短管，布置在交叉口處。然后在兩個交叉口位置施工密閉墻，對空巷段進行封閉，如圖6。

圖6 空巷充填管布置及封閉示意圖

實施順序：先對北翼膠輪車巷一側進行充填，充滿后，再對10-2101 進風巷一側充填。先連接充填管路1，漿液覆蓋管路1 管口后，連接充填管路2 充填。采用高水灰比高水充填材料。

3 注漿充填材料

采用雙液注漿材料和高水充填材料兩種材料，滿足不同工程部位的注漿需求。

雙液注漿材料全部為無機組分，固態粉末狀，分為A 料和B 料，具備速凝早強、早期強度高特征。使用水灰比0.8:1～1:1，A 料、B 料分別加水攪拌制漿，單漿1 h 內不沉淀、不凝固，混合漿在1～3 min 初凝，8～20 min終凝，2 h即具備較高強度。性能參數見表1。

表1 雙液注漿材料性能參數表

高水充填材料為一種純無機材料，固態粉末狀，分為A 型和B 型，具備速凝早強、高固水特征，流動性能和強度可以根據水灰比大幅調整。單漿攪拌后能夠存放2 h 不沉淀、不泌水，能夠實現遠距離泵送，混合后快速反應凝固，強度快速增長。性能參數見表2。

表2 高水充填材料性能參數表

材料使用選擇：

1）坍塌區封閉注漿充填。止漿墻與塌落矸石之間空間要求快速成型并具有較高強度，采用雙液注漿材料，水灰比1:1?？枕攨^注漿充填，主要目的是擴散加固，采用高水充填材料，水灰比3:1。

2）西空巷段和東空巷段。充滿為主，強度要求不高，采用高水充填材料，水灰比4:1～5:1。

3）工作面臨空預注漿。以加固為主要目的，要求注漿材料有足夠的強度，采用雙液注漿材料，水灰比0.8:1。

4 工程量及效果考察

1）坍塌區注漿充填，使用雙液注漿材料146 t，使用高水充填材料91 t，西空巷段和東空巷段使用高水充填材料105 t，工作面臨空注漿使用雙液注漿材料26 t，共計使用368 t。

2）實施過程中發現，雙液注漿材料和高水充填材料快速凝固，快速自承載，對止漿墻和閉墻壓力不大，空巷段充填以及工作面臨空注漿過程中未出現明顯漏漿現象。

3）工作面回采過空巷期間，空巷段充填體均質、完整，充分接頂，坍塌區域漿液固結體與冒落碎矸膠結良好，充填體和膠結體隨割隨落，其余部分完整，頂板未出現明顯下沉，回采過程未出現片幫冒頂現象。

5 結論

1）對調車橫川坍塌段和完整空巷段，采取不同的治理方案，坍塌段采用“封閉注漿充填+冒落矸石打鉆帶壓注漿+工作面臨空預注漿”三步注漿方案，完整空巷段采用全部充填方案。

2）根據不同工程部位注漿需求，選用雙液注漿材料和高水充填材料兩種材料，雙液注漿材料具備速凝早強、強度高特征，高水充填材料具備速凝、水灰比可調范圍大、高固水特征。

3）效果考察表明，兩種材料凝固效果良好，空巷段充填體均質、完整，漿液固結體與冒落碎矸膠結良好。工作面回采期間，未發生片幫冒頂現象。