中北大学 036000
摘要：采煤工作面空巷的形成原因复杂，多数是由于采掘衔接变更、小窑破坏等诸多原因造成。空巷的存在直接影响工作面的正常生产，往往由于其形成时间较长，所处环境应力状态复杂，巷道围岩变形严重，受到工作面超前支撑压力影响，极易发生压架、倒架，甚至出现顶板切断事故。因此，有必要采取预先加固措施对空巷区域进行提前处理，确保工作面通过空巷期间的安全。本文针对成庄矿5314大采高工作面过空巷的工程实例，提出空巷预注浆加固技术，确保5314工作面安全高效生产。
关键词：采煤；空巷；注浆
引言
大采高工作面具备推进速度快、回采工艺简单、劳动强度低等优势，目前在晋煤集团逐渐得到普遍的推广应用。但同时由于回采速度快、采高大，工作面受采动影响剧烈，容易发生片帮、冒顶事故。特别在工作面末采阶段，由于煤柱宽度减少、巷道围岩应力增大等原因，片帮、冒顶现象频发，影响大采高末采工作面的正常、安全回采和矿井的生产衔接。注浆加固技术通过对破碎区域注浆，浆液重新胶结、固化破碎煤岩体，提高破碎煤岩体承载能力，以达到治理工作面片帮、冒顶的目的。
1.工程概况
5314大采高工作面位于成庄矿五盘区大巷以北，5312工作面以西，北翼集中回风巷及胶带巷以东。5314工作面安全回采需要对预先留设的53141巷和53146巷之间的6条联络巷及对接切眼进行处理，尤其是53146巷平行段与A1横川、对接切眼。其中，53146巷平行段长度约为189.3m，巷道断面尺寸5.5m×3.8m；对接切眼长度约189.3m，巷道矩形断面尺寸8.5m×3.8m，局部跨度可达9.5m。为了将空巷对工作面正常回采的影响降到最低，有必要提前对空巷影响区域进行注浆加固处理。5314大采高工作面空巷位置图如图1所示。
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2.注浆加固设计
采面开采时DF42、DF52断层主要影响是造成煤层底板下陷、煤体破碎且松软，无法给刮板输送机、液压支架提供足够承载力，为此注浆加固的重点是对破碎松软的煤体进行加固。
2.1加固方案
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根据8110综放工作面开采地质条件以及矿井生产现状，经过综合分析决定在采面运输巷向采面煤层下陷区进行注浆加固，具体加固范围为采面前方950~1365m。在采面前方950~1210m范围内煤层下堑到底板0.5~1.3m，煤体松软，设计的注浆钻孔间距为3m、孔深为30~50m；在采面前方1210~1365m范围内煤层陷入到底板1.25~3.8m，注浆孔间距仍为3m、孔深为25~30m。钻孔布置角度依据底煤厚度变化进行调整，确保有效注浆区域可覆盖整个底煤区。在采面950~1210m、1210~1365m范围在运输巷布置注浆孔，钻孔间距3m、孔深25~50m，开孔位于巷道底板上方1.0m处。由于煤层下堑底板深度在0.5~3.8m，经过计算钻孔倾角应位于3~11°，为了便于现场施工，将钻孔倾角统一为8°。注浆钻孔布置设计图见图。
2.2注浆加固材料
为保证工作面回采煤炭质量及考虑深孔注浆加固的需要，注浆加固材料选用无机矿粉材料，材料应具备良好的流动性和渗透性。研发了高性能联邦加固Ⅰ号深孔注浆材料，材料为单液材料，具备高渗、高强特性。0.6:1水灰比条件下加水搅拌后，1~2h流动性较好，2~3h完全失去流动性，满足深孔泵送、较长时间扩散的施工需求。1d单轴抗压强度可达20MPa。由于煤岩体裂隙发育，在注浆加固时，还需对煤岩体浅层破碎严重区域进行封孔，形成止浆层，为深孔注浆提供密闭空间。研发联邦加固Ⅰ号双液封孔材料，具备早强、快凝特性。两种浆液在混合前，6h内浆液不凝固、不泌水，在混合后0~5min失去流动性，5~15min完全固化。双液封孔材料具体性能见表1。
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利用联邦加固Ⅰ号双液封孔材料对钻孔提前封孔时，采用“两堵一注”的封孔方法，在封孔段注入双液材料。具体操作为：在封孔段两端钢管的表面焊接铁丝，并缠绕棉纱，将注浆管插入钻孔内；再在钢管旁侧插入等同封孔长度的铝塑管，将其作为灌注封孔材料的导流管。封孔方法具体示意如图所示。先在铝塑管内注入双液封孔材料，封孔结束后进行深孔注浆。
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注浆过程中，浅层区域压力控制在6~8MPa之间，围岩破碎、漏浆严重时适当降低至4~6MPa；深孔注浆压力控制在8~15MPa之间，根据现场注浆速率调整泵压。若时间过长，应检查是否存在漏浆通道。注浆结束前，浅层应保持泵压稳定在6MPa左右，深孔注浆泵压稳定至15MPa左右。
2.3注浆孔封孔
在钻孔注浆初期选用止浆塞进行封孔，但是由于注浆压力大封孔效果不佳，部分浆液从孔口溢出。后经过反复改良、试验后最终选用孔口封孔结构（见图2）进行封孔，该装置通过2根（一根长3m、一根长6m）孔径29mm孔口管（无缝钢管），3m长孔口管用以注浆（马丽散）实现孔口封堵，通过孔口管两端的麻丝来减少封孔浆液的泄漏量；6m长孔口管用以钻孔注浆加固。
3.注浆效果分析
在采面运输巷采用2台型号为2TGZ-60注浆泵（功率11kW、注浆量60L/min）进行注浆，通过单液水泥浆、化学浆液交叉注浆来提高断层影响破碎带煤体强度。整个注浆加固共耗时63d，完成90个钻孔钻进、注浆工作，注浆孔水泥浆单孔最大注入量为2.4m3、化学浆液单孔注入量达到3.2t，整个注浆孔共计注入64.9m3水泥浆、31t化学浆液。注浆孔实际注入量远小于理论计算得出的注浆量，分析主要是由于浆液实际有效扩散半径、煤体裂隙率等参数选取值与实际值间存在偏差。待钻孔注浆完毕后，回采工作面顺利通过注浆区域，采面回采设备正常推进，未再出现下陷问题，表明通过注浆后破碎煤体强度承载能力得以显著提升。具体注浆点获取的注浆胶结后的煤样见图3，从图中看出，煤体中宏观裂隙基本被注浆浆液充填。
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4.施工安全措施
4.1在工作面过空巷的过程中，往往由于超前支撑压力影响导致空巷内出现片帮冒顶现象，严重的甚至发生工作面顶板切断的事故，因而需要提前落实空巷内部加固措施。提前在空巷工作面侧进行顶板锚杆索补强支护，在此基础上间隔布置木垛加强支护，确保过空巷期间顶板安全。
4.2落实现场管理制度，确保机电设备正常运转。由于过空巷期间现场作业环境复杂多变，对人员素质、设备稳定性要求较高，因而需要提前制定相关措施，确保工作面有序推进。一是加强人员考勤管理，过空巷期间工资福利政策向队组适当倾斜；二是加强现场机电设备管理，过空巷前提前对重点机电设备进行检修，过空巷期间应每班设置专人对机电设备进行维护，确保设备正常运转。
结束语
综采工作面如何安全高效地通过空巷影响区域一直是影响矿井安全生产的难题。通过工作面过空巷无机材料预注浆技术提前对空巷区域松散围岩进行加固处理，提高空巷影响区域围岩的强度，有效确保过空巷时采面的安全。通过空巷无机材料预注浆技术减少搬家倒面的人力物力损失，取得良好的经济效益。
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