30203 運輸順槽注漿充填過老空區(qū)的試驗

田 帥

（晉能控股煤業(yè)集團荊寶礦，山西 長治 046299）

我國大量已經(jīng)關(guān)閉的小煤窯一般采用留設(shè)大量煤柱或以掘代采方式開采煤炭，造成了大量優(yōu)質(zhì)資源浪費和破壞。隨著對小煤窯的關(guān)停和整合，原有的老空區(qū)、空巷直接影響到整合后剩余煤炭資源的安全回收[1-5]。本文以荊寶煤業(yè)30203 運輸順槽局部揭露老空區(qū)為工程背景，基于現(xiàn)場實際探測資料，設(shè)計提出了超前注漿充填+金屬前探梁臨時支護+工字鋼棚、錨網(wǎng)索永久支護的注漿充填過老空區(qū)技術(shù)，為類似條件巷道掘進過老空區(qū)提供借鑒。

1 工程概況

30203 工作面開采3#煤，煤層厚5.62 m，堅固性系數(shù)1.9～2.0，煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，基本頂為細粒砂巖，直接底為砂質(zhì)泥巖，基本底為細砂巖。30203 運輸順槽設(shè)計長度164 m，巷道標高+830～+840 m，巷道開口于二采區(qū)皮帶運輸巷587 m 處東幫。30203 運輸順槽掘進工作面東為3502 工作面采空區(qū)，西為二采區(qū)皮帶運輸巷，南為往年舊采空區(qū)，北為30202 回風(fēng)順槽。30203 運輸順槽與30202 回風(fēng)順槽平行，與原花寶溝煤礦采空區(qū)（2003年開采）以隔離煤柱相鄰。30203 運輸順槽掘進至92 m 時，在前方34 m 探透采空區(qū)，繼續(xù)向前掘進23 m后，停止掘進，對采空區(qū)注漿充填。巷道沿頂掘進，掘進至126 m 處，巷道右側(cè)頂板上方揭露老空區(qū)，由于揭露老空位置沿掘進方向前方地勢較高，導(dǎo)致第一次注漿充填材料倒流至揭露地點老空區(qū)的外側(cè)，未能將巷道掘進揭露范圍內(nèi)的老空區(qū)充填嚴實。

2 注漿充填過老空區(qū)技術(shù)

30203 運輸順槽局部揭露老空區(qū)，基于現(xiàn)場實際探測資料，設(shè)計提出了采用超前注漿充填+金屬前探梁臨時支護+工字鋼棚、錨網(wǎng)索永久支護的注漿充填過老空區(qū)技術(shù)通過老空區(qū)。

2.1 老空區(qū)超前注漿充填

由于30203 運輸順槽揭露的老空方向與巷道掘進方向呈平行狀態(tài)，且老空直接頂已經(jīng)冒落，若30203 運輸順槽繼續(xù)沿煤層頂板掘進，將導(dǎo)致注漿充填材料充斥整個掘進斷面，巷道掘進成巷效率低，不利于施工安全和頂板管理。因此，將原計劃30203 運輸順槽沿頂掘進過老空區(qū)改為沿底掘進。

設(shè)計采用鉆孔式注漿充填法（第二次注漿）進行超前注漿充填，注漿孔眼口高度布置在距巷道頂板向下1～1.5 m 左右。根據(jù)巷道寬度均勻布置3 個注漿孔，分別為左20°孔、中孔、右20°孔，實現(xiàn)對正前方老空區(qū)及其兩幫向外5～10 m 的區(qū)域進行全覆蓋。鉆孔角度可根據(jù)老空位置進行調(diào)整，注漿孔Φ50 mm，鉆孔深度以探測到空巷為準。注漿孔內(nèi)埋入直徑1.5 寸的鋼管作為注漿管，注漿管長10 m。超前注漿充填斷面如圖1。充填注漿材料采用鋁基高固水材料，水灰比3:1，初凝時間2 min，材料7 d 后強度增長緩慢，凝固強度為2～4 MPa。

圖1 過老空超前注漿充填斷面圖

2.2 金屬前探梁臨時支護

30203 運輸順槽過老空區(qū)期間，采用金屬前探梁進行臨時支護，采用U 形卡將前探梁固定在棚梁上的凹槽內(nèi)。U 形卡采用2 cm 厚的鋼板焊制，U 形卡兩側(cè)分別焊制2 套16 mm×50 mm 螺栓。兩側(cè)螺栓緊固后，使其卡在工字鋼的凹槽內(nèi)固定。如圖2。

圖2 過老空期間金屬前探梁臨時支護圖（mm）

2.3 工字鋼棚、錨網(wǎng)索永久支護

在30203 運輸順槽過老空期間，若巷道頂幫均為煤體，設(shè)計采用梯形工字鋼棚、錨網(wǎng)索進行永久支護，棚距為800 mm，錨桿Ф20 mm、長度2400 mm，錨索Ф18.9 mm、長度8300 mm，錨桿間排距為800 mm×800 mm，錨索間排距為1400 mm×800 mm。若頂幫為注漿材料，設(shè)計采用工字鋼棚進行永久支護，棚距為500 mm，采用U 形固定卡固定棚腿，每側(cè)棚腿采用3 副U 形卡固定；每間隔3 架工字鋼棚，固定1 架工字鋼棚棚腿，固定棚腿的U 形卡采用40 板鐵制作，每副卡箍采用2 套Φ20 mm×2000 mm 螺紋鋼錨桿將卡箍與棚腿固定在巷幫。工字鋼棚支護圖如圖3，錨網(wǎng)索加強支護如圖4。

圖3 過老空期間工字鋼棚支護圖（mm）

圖4 錨網(wǎng)索加強支護圖（mm）

3 現(xiàn)場試驗

將開發(fā)的注漿充填過老空區(qū)技術(shù)在30203 運輸順槽進行現(xiàn)場試驗。在30203 運輸順槽過老空前（119～126 m 范圍）采用錨網(wǎng)索、工字鋼棚復(fù)合支護，錨網(wǎng)索排距為800 mm，棚距為800 mm。30203 運輸順槽過老空期間，在126～130 m 范圍為實體煤掘進，該段采用錨網(wǎng)索、工字鋼棚復(fù)合支護，錨網(wǎng)索排距為800 mm，工字鋼棚棚距500 mm，兩者交替布置；在130～142 m 范圍，巷道頂板和右?guī)蜑樽{材料，僅采用工字鋼棚支護，工字鋼棚棚距500 mm；30203 運輸順槽142 m 處鉆探前方為實體煤，作為過老空區(qū)終點位置，為了加強老空區(qū)兩側(cè)頂板支護強度，在老空區(qū)終點位置繼續(xù)架棚7 架，棚距為800 mm。

30203 運輸順槽采用注漿材料充填老空，8 d安全通過了老空區(qū)，過老空長度為16 m，注漿量30.975 t（第二次注漿），注漿充填體積為154.875 m3，架設(shè)工字鋼棚51 架，其中35 架棚距為500 mm，16 架棚距為800 mm。相比采用錨網(wǎng)索、構(gòu)筑密閉墻過老空區(qū)，注漿充填過老空區(qū)技術(shù)有效簡化了施工工藝，縮短了施工周期，且過老空區(qū)巷道維護效果顯著，表明充填過老空區(qū)技術(shù)的優(yōu)越性和合理性。試驗巷道揭露采空區(qū)平面圖如圖5。

圖5 試驗巷道揭露采空區(qū)平面圖（m）

4 結(jié)論

荊寶煤業(yè)30203 運輸順槽局部揭露老空區(qū)，基于現(xiàn)場實際探測資料，提出采用超前注漿充填+金屬前探梁臨時支護+工字鋼棚、錨網(wǎng)索永久支護進行過老空區(qū)。在過老空區(qū)期間，若巷道頂幫均為煤體，采用錨網(wǎng)索、工字鋼棚進行永久支護；若頂幫為注漿材料，設(shè)計采用單一工字鋼棚進行永久支護，僅用8 d 時間便安全通過了老空區(qū)。該技術(shù)簡化了施工工藝，縮短了施工周期，實現(xiàn)了過老空區(qū)域頂幫的安全控制。