沿空留巷巷旁充填體合理寬度研究

馮建斌

（1.太原理工大學礦業工程學院，太原 030024；2.呂梁市離石區煤炭局，山西 呂梁 033000）

沿空留巷巷旁充填體合理寬度研究

馮建斌1，2

（1.太原理工大學礦業工程學院，太原 030024；2.呂梁市離石區煤炭局，山西 呂梁 033000）

以金暉榮泰煤業10106工作面回風順槽作為工程應用試點對象，運用數值模擬軟件分析沿空留巷圍巖變形特征。通過對不同寬高比的比較，根據留巷巷道圍巖的變形量特征，確定試驗巷道巷旁支護體適宜的寬高比。研究結果表明，當支護體寬高比不低于1.0時，沿空留巷巷道維護狀況改善明顯。該研究可為同類型的工程實踐提供參考價值。

沿空留巷；數值模擬；圍巖控制；合理寬度

沿空留巷技術可以在下一工作面繼續使用上一工作面留下的巷道，大大減少了巷道掘進、取消了區段煤柱、避免了下部工作面受煤柱集中應力以及殘留煤柱自燃發火的影響、提高了資源回收率、緩解了采掘接替緊張、降低能耗、同時實現“Y”型通風、解決了礦井透氣性差、上隅角瓦斯積聚、高瓦斯難抽放煤層開采的瓦斯超限等難題[1]。目前已廣泛應用于中厚及薄煤層，是一項高效、綠色、安全的開采技術。但是沿空留巷要經歷多次動壓影響，巷道變形量大，維護困難，若采空區密閉不嚴會導致采空區進風自燃和有毒有害氣體擴散[2-3]。

本文以山西金暉榮泰煤業10106工作面回風順槽作為經歷兩次采動影響的沿空留巷巷道，在數值模擬基礎上分析巷旁充填體占沿空留巷寬度不同比例情況下對圍巖變形的控制效果關系。根據巷道寬度，通過選擇合理充填體寬度控制圍巖變形

1 工程地質概況

山西組10號煤層為山西金暉榮泰煤礦主要開采煤層。10號煤層整體處于太原組煤層下方，底板主要為頁巖和泥巖，頂板主要為石灰巖和泥巖。煤層含1層夾矸，平均厚度為2.67 m，屬于中厚煤層。煤層賦存結構簡單，厚度相對穩定，為主要賦存的可采穩定煤層。通過對10號煤層頂底板巖石進行試驗，發現其力學性質如下：頂板抗壓強度平均為74.4 MPa；抗拉強度4.0～4.45 MPa，平均為4.3 MPa。底板抗壓強度為61.6～76.8 MPa，平均為71.2 MPa；抗拉強度3.2～4.1 MPa，平均為3.6 MPa。10號煤層頂板在頂板穩定分類中屬中等穩定頂板（Ⅱ類）；因其底板為堅硬巖石，所以一般情況不會出現巷道底鼓現象。

2 沿空留巷支護數值模擬分析

工程應用試驗巷道選用山西呂梁離石金暉榮泰煤業10106工作面回風順槽。巷道寬度4.0 m，高度3.0 m。研究在堅硬頂板沿空留巷的情況下，巷旁支護體寬度占所留巷道的比例為0.5、0.8、1.0、1.5時（對應充填體寬度分別為1.5 m、2.4 m、3.0 m和4.5 m）巷道圍巖的變形特點。其頂底板圍巖參數如表1所示。

根據該煤礦所處的地質狀況及試驗巷道頂底板巖層分布情況，選定模型尺寸為140 m×80 m× 30 m(長×寬×高)。應用模擬鏡像原則，可將工作面開采寬度設為100 m，選用高強度膏體作為巷旁支護充填材料，充填材料7 d抗壓強度為15 MPa，充填體高度確定為為3.0 m，寬度分別為1.5 m、2.4 m、3.0 m和4.5 m，緊隨工作面開采充填。巷道寬度為4.0 m，高度3.0 m。

在距開切眼的前方巷道20 m處將設置監測控制點，以記錄隨采場開挖不同寬度巷旁支護體對沿空留巷圍巖變化量的影響。在巷道中心頂板上方0.5 m處布置頂板監測點、在底板下方0.5 m處布置底板監測點，在充填體中部設置充填體內監測點，在距離煤幫中部1.0 m處設置煤幫應力監測點。監測點布置狀況圖，見圖1。

記錄留巷過程中不同支護寬度比對應二次圍巖變形及受力變化。為了達到更好的模擬效果，所建模型應盡量符合井下實際開采情況，故采用分步開挖，模擬井下三八制采煤作業循環，推進速度為3.6 m/d，即模型每次開挖1.2 m。所建立的模型結構示意圖，見圖2。

3 數值模擬結果

巷旁充填寬高比不同時，巷道圍巖位移與距回采工作面距離的關系見圖3-圖5。

在垂直方向上，充填體中部垂直位移和巷道頂底板移近量與距回采工作面距離的關系在理論及實踐方面均類似。隨著工作面的推進不同巷旁充填體位移量增加，并且位移加速度也在增加。表明隨著工作面推進，基本頂在直接頂垮落后，發生斷裂下沉。當回采工作面超過監測點5 m左右時，垂直位移量仍然增加但位移加速度較上一階段明顯減小甚至可視為勻速下沉。表明此階段監測點上方的基本頂一端已經觸矸，而另一端仍與回采工作面上覆巖層鉸接。當回采工作面超過監測點40 m左右時，充填體寬度大于3 m的監測點顯示其位移量基本不再增加。表明監測點上方巖層已經整體垮落觸矸，變形趨于穩定[6-7]。

充填體中部垂直位移量方面。落后工作面3 m處充填體變形劇烈，同寬高比例為1的充填體相比，寬高比＜1的充填體垂直位移變化量較大，而在本實驗內寬高比＞1的充填體垂直位移量基本相同。當工作面超過監測點39 m時位移量開始趨于緩和，充填體寬高比不超過1時，變形速度大大降低，充填體變形量增加值較明顯，比4.5 m寬充填體增加180 mm、80 mm、20 mm。

手術室護理始終是護理工作的研究熱點,因手術室護理質量直接關乎患者生命健康,尤其是手術實施過程中,任何手術失誤會影響手術效果、預后效果,不僅會增加患者的住院時間,增加患者經濟負擔,還會增加醫生、患者的精神壓力,引發醫患糾紛[3]。因此提升手術室護理,規避風險,提高手術室質量,具有重要意義。

頂底板位移量方面。工作面從距監測點10 m開始至超過監測點3 m時巷道圍巖變形量逐漸加快。充填體寬高比不超過1時，與充填體寬高比＞1時相比，巷道垂直位移增長量較大。在距工作面42 m時，充填體寬高比不超過1時，頂底板變形量增加明顯，分別比4.5 m寬充填體增加600 mm、300 mm、200 mm。

巷幫位移量方面。距工作面4 m左右時，充填體寬高比＜1時，與充填體寬高比為1時相比巷道幫位移量分別增長了300%、100%，充填體寬高比＞1時，巷幫位移量基本相同。在距工作面40 m左右，充填體寬高比≤1時，頂底板變形量分別比4.5 m寬充填體增加150 mm、90 mm、30 mm。

綜上所述，從圖中3-圖5可以看出，一定范圍內隨著巷旁支護寬度的增加，寬高比的增大，巷道圍巖變形量減小。

當充填體寬高比從0.5增加到0.8時，充填體內部垂直位移減小75%，頂底板移近量減小36%，兩幫移近量減小50%。

當充填體寬高比從0.8增加到1時，充填體內部垂直位移減小66%，頂底板移近量減小25%，兩幫移近量減小46%。充填體支護狀況改善顯著。

當充填體寬高比從1增加到1.5時，充填體內部垂直位移減小33%，頂底板移近量減小180%，兩幫移近量減小71%。頂底板維護狀況改善顯著。

巷道變形量趨于緩和的穩定階段位于巷道圍巖在工作面后方42 m處，其中充填體寬高比為0.8和1時，雖然變形加速度減小，但是變形仍在繼續，呈現低速增長特性。當充填體寬度占巷道寬度比例比超過1時，巷道變形量基本趨于穩定。由此可以看出，對于堅硬頂板沿空留巷來說，巷旁支護寬高比不宜小于1.0。

4 結束語

1）適宜的巷旁充填體寬高比直接影響著沿空留巷圍巖的穩定性。2）頂板下沉不可避免，因此應保證支護預留一定的可縮性以適應頂板垮落。3）對于堅硬頂板沿空留巷，比較其各個位移量發現，當巷旁支護體寬度為3.0 m時，巷道圍巖變形量狀況明顯改善，因此巷旁支護寬高比不宜小于1.0。

[1]錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州:中國礦業大學出版社，2004.

[2]康紅普，牛多龍，張鎮，等.深部沿空留巷圍巖變形特征與支護技術[J].巖石力學與工程學報，2010，29(10)：1977-1987.

[3]陳勇，柏建彪，朱濤壘，等沿空留巷巷內支護技術研究與應用[J].煤炭學報，2012，37(6)：903-910.

[4]李迎富，華心祝.沿空留巷上覆巖層關鍵塊穩定性力學分析及巷旁充填體寬度確定[J].巖土力學，2012，33(4)：1134-1139.

[5]張吉雄，姜海強，繆協興，等.密實充填采煤沿空留巷巷旁支護合理寬度研究[J].采礦與安全工程學報，2013,30(2)：159-164.

[6]陳勇，柏建彪，徐營，等.沿空留巷巷旁支護體寬度的合理確定[J].煤炭工程，2012（5）：4-7.

[7]白蘭永.冒落矸石自行充填沿空巷道礦壓顯現規律研究[J].金屬礦山，2011，420（6）：63-66.

Reasonable Width of Sideward Backfilling in Gob-side Entry Retaining

FENG Jianbin1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Lishi Bureau of Coal,Lvliang 033000,China)

Taking the return air crossheading of No.10106 mining face in Jinhui Rongtai Coal Co., Ltd.as pilot study of engineering application,numerical simulation was used to study the deformation features of surrounding rock in gob-side entry retaining.By comparing different width-height ratios and basing on deformation of the surrounding rock,a suitable width-height ratio of sideward support in the testing gallery was determined.The results showed that when the width-height ration of the support was not less than 1.0,the maintenance of the gob-side entry retaining was significantly improved.The study could provide reference for similar engineering practice.

gob-side entry retaining;numerical simulation;surrounding rock control;reasonable width

TD353

A

1672-5050（2015）01-0055-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.018

（編輯：武曉平）

2014-12-17

馮建斌（1969-），男，山西呂梁人，大學本科，工程師，從事煤炭安全管理工作。