沿空留巷巷旁支護效果讓壓控制

姜合青 王衍青 崔建忠

（肥城曹莊煤礦有限公司，山東肥城271601）

0 前言

沿空留巷作為新的巷道布置方式在肥城礦業集團曹莊煤礦實驗成功，將作為新技術加以推廣，巷旁充填體寬度是設計巷旁支護的一個重要參數，它不僅影響著巷旁充填體的穩定性，而且涉及到巷旁支護的勞動強度和經濟效果。沿空留巷充填體的破壞主要受到老頂旋轉下沉產生應力集中的破壞，充填體的可縮量不能滿足沿空留巷整體變形量而產生較高的應力而破壞，或者被冒落矸石的沖擊等因素破壞。

1 工作面概況

實驗巷道為9503工作面為采區式布置走向長壁布置工作面，工作面位于曹莊煤礦井下東三采區九層煤東翼第二區段。該面煤9兩極厚1.32m～1.50m，平均厚1.41m，f=1.5，局部含一層炭質粉砂巖夾石，f=4，屬結構簡單的穩定中厚煤層，上距煤8平均16.36m，至煤10-2平均層間距2.35m，煤10-2下距五灰平均層間距23.51m，五灰下距奧灰平均層間距16.55m。

工作面兩巷頂板支護：采用金屬錨桿掛冷拔鋼絲網、鋼筋梯作永久支護。本面采用綜合機械化采煤工藝。

2 沿空留巷設計與實施

設計沿空留巷充填體為厚度1m混凝土墻加矸石帶保護巷旁支護形式，支護方式如圖1所示，混凝土接頂噴實，巷道經初壓開始出現噴體開裂，充填體變形后留巷頂板有裂隙產生。

圖1 沿空留巷支護斷面

充填體穩定性分析，首先要了解保持沿空留巷系統穩定需要充填體提供多少支護阻力。根據公式沿空留巷每米充填體合理的巷旁支護阻力為：

式中：P為巷旁支護體需要最小的支護阻力，MN；n為垮落層數；a為巷道維護寬度，m；h為切頂巖層的分層厚度，11m；r為第1～n層的巖層平均容重，MN/m3；α為切頂巖層垮落角的余角；Rt為第n層巖層的抗拉強度，MPa。Ln為第n層巖層的垮落頂板巖塊長度，m。

根據工作面的地質條件，取工作面切頂總高度為6m計算，將巷道頂板巖層r、h、a等參數代入公式（1）可得：ΣP=1.5MN/m。

根據水泥：沙：石子=1：2：2，微量摻入速干劑的混凝土強度實驗，其有效支護強度為不低于15Mpa。確定沿空留巷的巷旁支護強度后，就可根據所需的巷旁支護強度和巷旁支護材料的力學性能，由公式（2）設計巷旁支護寬度。

式中：a1為巷旁支護平均寬度，m；F為沿空留巷所需的巷旁支護強度，MN/m；p為巷旁支護體成型后1d的抗壓強度，MPa；K為安全系數，一般K=1.1～1.2。代入相關參數則充填體寬度不小于A=1.2×1.52/15＝0.12m，那么選擇主充填體寬度為1m具有足夠的強度和安全系數。

根據沿空留巷礦壓模型如圖2所示，老頂到巷道底板整體變形量為：

式中：h1為老頂回轉后觸矸高度h1=k(h-m)，a為巷道寬度，a1為充填體寬度，k為碎脹巖石壓實系數，k取1.25，l1為關鍵塊超前斷裂位置，l為斷裂塊長度。

根據工作面實際，取h=7m，m=1m，l=18m，l1=3m，a=3m，a1=0.5m，b=2.2m。

則根據公式計算得：△h＝0．154m

圖2 沿空留巷礦壓模型

根據公式（1）計算結果，頂板加載在充填體上的平均應力為：σ＝F/A=1.522MN/m/0.5m=3.04MPa

式中：εb為充填體應變,A為充填體墻寬度，Eb為矸石混凝土彈性模量,σ為充填體內平均應力,△b為充填體縱向變形量。

以上結果可以看出，如果僅靠矸石混凝土本身的變形量是不能滿足留巷頂板下沉量的要求，必須采取必要措施，否則老頂下沉產生的應力集中將破壞矸石混凝土充填體完整性而導致支護失效。

經過分析查閱資料表明，混凝土墻強度雖高，但適應能力差，凝固快，塑性變形能力差，混凝土墻體開裂變形明顯，現場無安全感，根據采空區來壓給定變形量分析，改變了巷旁支護方案，在混凝土充填體上方采用方木或者放置矸石袋接頂，可為老頂旋轉下沉對充填體造成的側向推力以及直接頂彎曲下沉留下橫向變形的空間。巷道來壓為充填體形成緩沖區，巷旁支護開裂狀況得到明顯改善。充填放置0.2m厚矸石袋接頂后效果最好，巷旁基本無開裂體產生。

3 結論

（1）采用混凝土作為充填主要材料具備早期強度較高，增阻速度快的力學特性，能夠及時支護直接頂，控制巷道圍巖的變形，有利于留巷圍巖的穩定。

（2）因老頂回轉下沉以及直接頂彎曲下沉造成充填體上部受力不均勻，出現應力集中。直接剛性抗拒老空來壓不現實，由于實踐中采用可讓壓變形材料在充填體上部與頂板之間接頂，采取讓壓的方法避免應力集中對充填體的破壞，其效果較好。

［1] 張東升,等.充填體接頂質量對綜放沿空留巷圍巖變形的影響[J] .礦山壓力與頂板管理,2001(3).