深部沿空巷道圍巖變形特征及支護技術

焦積潤

(山西煤炭運銷集團 華陽煤業， 山西　晉城　048017)

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深部沿空巷道圍巖變形特征及支護技術

焦積潤

(山西煤炭運銷集團 華陽煤業， 山西晉城048017)

摘要某礦1231(1)工作面軌道巷實行半原位沿空留巷，分析了沿空巷道的圍巖變形特征，基于數值模擬分析軟件確定了充填墻體合理寬度，在現有巷道支護的基礎上對巷道頂板及非回采幫進行加固，并提出了充填墻體的加固措施。現場工業性試驗結果表明，巷道支護效果良好，圍巖變形得到有效控制。

關鍵詞半原位；沿空留巷；合理寬度；充填墻體

1131(1)工作面是某礦北盤區投產后的第二個采煤工作面，主采11-2煤，煤層厚度0.2～8.0 m，平均厚度2.45 m，回采高度2.7 m，煤層傾角0～8°，平均3°，地面標高+21.1～+22.2 m，井下標高為-778.3～-839.1 m，平均埋藏深度超過800 m，工作面為東西傾向，方位角97°，走向長1 367 m，寬度240 m. 1131(1)工作面軌道巷實行沿空留巷，留巷方式為半原位留巷，墻體騎入巷道800 mm，采用機械+人工立模的方法。

1工程概況

1231(1)軌道巷煤層頂底板巖性分布：直接頂板為砂質泥巖、炭質泥巖，厚度0～22 m，平均厚度5.6 m；老頂為細砂巖，厚度0～11 m，平均厚度0.7 m；直接底為泥巖、砂質泥巖，厚度1.5～17.9 m，平均厚度9.4 m；老底為細砂巖，厚度3～15.1 m，平均厚度11.7 m.軌道巷原斷面5 m×3.2 m，采用半原位留巷，巷道斷面4.2 m×3.2 m.

2沿空巷道圍巖變形特征及數值模擬分析

2.1沿空巷道圍巖變形特征

對該礦以往沿空留巷巷道變形破壞情況的現場調查分析表明，該類巷道的圍巖變形特征如下：

1) 留巷頂板位移不同于普通巷道的頂板位移，其圍巖位移明顯受制于老頂巖層的回轉運動，是老頂回轉運動與圍巖變形的綜合反映。若將老頂回轉引起的下沉量剔除，則留巷頂板下沉分布形態與一般采動影響巷道頂板下沉一致。

2) 實體煤幫在整體位移的同時，呈現幫腳內移的變形特征，因此，對實體煤幫需進行加強支護，通過布置結構補償錨索和增加護表構件等措施，控制實體煤幫向巷道內位移，以及局部位置因應力集中和結構不穩定而造成的強烈不均勻變形，保證留巷效果。

3) 充填體在承載前，頂板主要產生隨老頂的回轉運動，并在圍巖形成自穩承載結構前一直受這種運動的影響，導致留巷和充填體采空區側的頂板下沉都相應大于實體煤側的頂板下沉。充填體承載后，在老頂、直接頂、充填體、底板的相互作用下，由于相互之間變形不協調，導致充填體在老頂回轉觸矸形成具有自穩能力的承載結構前產生較大的變形破壞。比如，充填體墻體產生月牙形破壞、充填墻體向采空區側或留巷側傾斜。

4) 工作面回采前，巷道圍巖處于應力水平相對較低的環境中。受采動影響時，上覆巖體將產生超前支承壓力和側向支承壓力疊加，并數倍于原巖應力，引起沿空巷道圍巖應力上升。增大的垂直應力通過實體煤幫有效地傳遞到底板巖層中，與原有的水平應力相互作用，從而導致巷道底鼓。如果底鼓量過大，兩幫必將因內移量過大而引起破壞，造成巷道圍巖失穩。

2.2充填墻體合理寬度選擇

利用FLAC2D數值模擬軟件對充填墻體的合理寬度進行研究，模型尺寸為：140 m×80 m.為了得出充填墻體的合理寬度，對寬度為2.5 m、3.0 m和3.5 m的墻體進行數值模擬。數值模擬結果顯示：當充填墻體寬度為2.5 m時，墻體和煤幫受拉伸破壞，充填墻頂底和巷道右上角圍巖主要受剪切破壞，而巷道頂底板受應力破壞范圍較小。隨著墻體寬度的增加，圍巖破壞范圍逐漸減小，墻體寬3.5 m時該種變化最為明顯。巷道圍巖塑性區分布圖見圖1.

a) 墻體寬3.5 m

b) 墻體寬3 m

c) 墻體寬2.5 m

從上述不同充填墻體寬度數值計算結果的發現，沿空留巷巷旁充填墻體的寬度存在一個合理值。當小于這個值時，充填墻體受壓變形嚴重，巷道頂板和煤幫變形量較大，留巷很難成功。當大于這個值時，巷道圍巖變形有所減小，留巷的效果會更好，但是墻體過寬會嚴重影響充填的速度，從而限制工作面的高產高效，而且從成本上來看，也會嚴重增加充填留巷的費用。因此，充填墻體過寬即不科學也不合理。只要充填墻體寬度達到合理值時，通過采取有效的技術手段，加強對巷道圍巖的維護，就能保證沿空留巷取得成功。通過對比分析可知，在某礦特定的地質開采條件下，充填墻體的合理寬度為3 m.

3沿空留巷工業性試驗

沿空留巷工業性試驗分為：舊有巷道加固和巷旁充填兩部分。巷道加固在留巷中、后期受巷道空間和鋪設的各種管道等設施的限制，加固方案難以施工，所以采前加固應以一次加固到位為原則。

3.1頂板及非回采幫加固方式

1231(1)工作面軌道巷采前加固分為兩大類：頂板及非回采幫的加固。頂板和非回采幫在原支護的基礎上采用中空注漿錨索，采取錨噴注方案進行加固。軌道巷頂板采前加固采用錨噴注相結合的形式，加固流程為：中空注漿錨索支護→噴漿→中空錨索注漿。軌道巷頂板在原普通錨網索的支護基礎上，每排增加1根d22 mm×6 300 mm中空注漿錨索，進行補強加固，噴層厚度為70～100 mm.軌道巷非回采幫在原普通錨桿的支護基礎上，沿走向布置3道錨索梁，采用d22 mm×6 300 mm的鋼絞線配L=3 200 mm的14#槽鋼(3眼)，進行補強加固，錨索間排距間排距1 000 mm×1 600 mm.

3.2充填墻體加固形式

充填墻之間施工2排連接錨桿，每排施工2根(d22 mm×2 500 mm)錨桿，第一排距離底板800 mm，第二排距離底板1 600 mm；底板加固每排施工2根(d22 mm×2 500 mm)錨桿，第一排距墻體500 mm，間距1 200 mm，從第二排開始，錨桿間排距為1 200 mm×1 200 mm.錨桿孔深800 mm，每孔使用1支Z2350樹脂藥卷進行錨固，在兩列錨桿兩側布置鋼筋網片930 mm×1 750 mm，要求網片要接至頂板上，確保墻體強度。

3.3充填工藝流程

沿空留巷留設充填墻隔離采空區，并與原巷內支護共同承載形成巷道系統，完整系統包括：地面干混充填料由地面至井下運輸系統、干混充填料送至充填泵料斗上料系統、充填料漿的制備與泵送系統和充填支架模板系統。為緩解運輸巷設備導致的通風斷面狹小等問題，主要充填設備均布置在運輸巷高抽巷，包括拆包機、管狀皮帶、混凝土泵。

留巷方式采用半原位留巷，充填墻體進入巷道內部，墻體設計寬度為3.0 m，騎入巷道的寬度Δh=400 mm，初始留巷寬度控制在4 000 mm左右。完整工藝流程包括：超前撕幫、移架→清理、立模→墻體加固→材料運輸、攪拌→充填→清洗泵、管路→墻體凝固、拆模→尾巷維護。沿空留巷工藝流程圖見圖2.

圖2　沿空留巷工藝流程圖

4沿空留巷效果分析

在滯后工作面100 m范圍內，兩幫移近量為111 mm，頂底板移近量為125 mm.工作面后方19 m左右時巷道圍巖變形速度達到峰值，頂底板變形速度為18 mm/d，兩幫為16.8 mm/d.充填墻體未發生大的移動變形，至留巷100 m墻體向巷道內移近僅15 mm，證明墻體在頂板回轉下壓及切頂過程中提供了足夠的工作阻力。留巷段頂底板移近量為362 mm，頂板下沉量極小，僅為31 mm，底板的讓壓效果明顯。

5總 結

1231(1)工作面軌道巷實行沿空留巷，留巷方式為半原位留巷，墻體騎入巷道800 mm，采用機械+人工立模的方法。軌道巷的變形目前趨于穩定，但初始支護是按照掘巷的要求，沒有考慮留巷需要，支護強度在0.2 MPa左右，需要對軌道順槽進行提前錨網索加固，并對充填體的幾何形式進行了討論，單垛長度為3.6 m，寬度為3 m.對軌道巷實施留巷工藝后，圍巖監測結果表明，充填墻體變形小，巷道兩幫及頂底板位移都不大，巷道支護效果良好。

參考文獻

[1]陳勇，柏建彪，朱濤壘,等.沿空留巷巷旁支護體作用機制及工程應用[J].巖土力學,2012,33(5):1427-1432.

[2]侯朝炯.巷道圍巖控制[M].北京：中國礦業大學出版社,2013:137-139.

·技術經驗·

(E-mail)496585168@qq.com

Deforming Features of Surrounding Rocks and

Supporting Technology for Deep Gob Side Entry

JIAO Jirun

AbstractSemi in situ gob-side entry retaining is applied in 1231 (1) mining face track roadway in a coal mine. The deforming features of surrounding rocks of gob-side entry are analyzed. The reasonable width of backfill walls is chosen based on the numerical simulation analysis software. Tunnel roof and non mining sides are reinforced on the basis of existing roadway support. Reinforcement measures for filling walls are also proposed. The results of field tests show that the support effect of the roadway is satisfying and the deformation of surrounding rocks is effectively controlled.

Key wordsSemi in situ; Gob side entry retaining; Reasonable width; Filling walls

中圖分類號：TD353

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)05-0020-03

作者簡介：焦積潤(1964—)，男，山西臨汾人，2008年畢業于太原理工大學，工程師，主要從事煤礦技術管理工作

收稿日期：2014-03-23