巷道冒顶区轻质无机材料充填技术研究

冯 笑

（霍州煤电集团鑫钜公司，山西 霍州 031400）

巷道掘进或使用过程中，受到地质构造、支护不当、采动影响、风水侵蚀等影响，容易发生冒顶事故，在顶板形成空洞，空洞通常伴有瓦斯积聚，造成严重安全隐患。煤矿对冒顶区常用的处理方式是，等顶板充分冒落后，在空洞内进行锚杆索补强支护，使顶板进入稳定状态，空洞内采用罗克休泡沫充填。罗克休泡沫具有发泡迅速、膨胀率高、强度增长快等优点，但是为有机材料，成本高昂，且反应温度高，自身可燃，在瓦斯集聚区使用存在较大安全隐患，大多数矿井已经禁用[1～2]。本文以大磨岭煤矿冒顶区为研究对象，进行轻质无机材料充填技术研究。

1 工程概况及特性分析

1.1 工程概况

大磨岭煤矿开采二1 煤层，属于典型的鸡窝煤，赋存情况变化大，煤厚0～10m。回采顺槽32051 巷设计宽度5m，高度3.5m，岩煤层底板掘进，顶板条件变化大，且极不稳定，掘进时迎头冒顶严重，顶板冒落高度3m～10m，在巷道后方形成较多的冒顶超高区，对巷道安全使用造成较大威胁，必须进行充填处理。

将1#冒顶区作为试验对象，影响长度8m，冒落高度6m，如图1 所示。

1.2 工程特性

巷道冒顶区充填工程特性如下：

1）小型充填工程。充填方量小，材料消耗少，施工周期短，采用井下泵送方式；

2）空洞内瓦斯积聚。充填体反应温度应尽量低，充填体长期使用不出现开裂、漏风；

3）充填体基本不承压。空洞内主要依靠锚杆索支护，充填体的作用是充填空间，强度要求低；

4）充填体凝固速度快。顶板空洞充填为防止漏浆严重，应满足快速凝固的特性；

5）充填体密度小。充填体应满足轻质特性，避免过重自身发生冒落。

2 充填技术方案

2.1 泵站布置

在冒顶区附近布置泵站，包括1 台ZBYSB40/22-7.5kW 液压注浆泵1 台，QB250 气动搅拌桶2 个，相应风水、注浆管路及配件。

2.2 模板支设

在冒顶区下方支设平台，采用预先将注浆钢管和返浆管固定在空洞内最高处，依次铺设双层风筒布、十字钢筋网，下方及边缘采用单体柱固定支撑。如图2 所示。

图2 模板支设示意图

2.3 轻质充填材料

河南理工大学研发的轻质无机充填材料，分为A型和B 型，使用时加水搅拌，水灰比4：1。混合后约2min 完全失去流动性，40min 终凝，最高反应温度35°C，2h 即具备0.5MPa 强度，7d 强度1.5MPa。

材料当中加入物理发泡剂和玻璃纤维，膨胀率30%，可以有效主动接顶，与顶板紧密贴合，玻璃纤维增加了充填体韧性，提高受压变形能力和残余强度，避免破碎开裂。充填体最终密度约0.6t/m3。

2.4 充填工艺

A 型和B 型材料分别搅拌制浆，通过液压注浆泵输送混合，通过注浆管注入冒顶区空洞内，当返浆管返浆时，停止充填作业，关闭注浆管和返浆管截止阀，等待充填体凝固。

充填过程中其余区域出现漏浆时，可短暂停泵，依靠材料速凝特性和人工辅助堵漏，堵漏成功后重新开泵。

3 效果考察

1# 冒顶区使用轻质无机充填材料7 吨，单价2000 元/t，材料消耗1.4 万元，与罗克休泡沫相比，成本节约80%。

充填完毕1 天后，自充填体下方不同位置向上垂直打2 个窥视孔，孔径28mm，孔深10m。钻孔窥视结果表明，充填体与顶板紧密贴合，未发现空隙，充填效果良好。

在冒顶区布置表面位移观测点持续观测，观测周期6 个月，顶板未发生明显下沉，表明充填体结构稳定。

4 结 论

1）冒顶区巷道超高，空洞内瓦斯积聚，对巷道安全使用造成重大威胁。

2）轻质无机充填材料凝固速度快，最高反应温度35°C，充填体密度0.6t/m3，能够主动膨胀接顶，韧性高避免开裂破碎，克服了罗克修泡沫反应温度高、可燃等缺点。

3）与罗克休泡沫相比，充填材料成本节约80%，窥视结果表明，充填体与顶板紧密贴合，6 个月未发生明显顶板下沉，效果良好。