某煤礦堅硬頂板巷旁充填沿空留巷工程實踐

李曉勇

(山西汾西礦業集團賀西煤礦)

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某煤礦堅硬頂板巷旁充填沿空留巷工程實踐

李曉勇

(山西汾西礦業集團賀西煤礦)

摘要在充分考慮某煤礦8213工作面堅硬頂板實際情況的基礎上，配制了充填材料進行巷旁充填，并對其在現場使用情況進行了分析。現場礦壓觀測結果表明：充填體能夠較好地接頂，其強度滿足巷旁支護要求，對留巷側頂底板移近變形具有較好的適應性，有效限制了圍巖變形，留巷效果良好，斷面收縮小，可滿足沿空留巷的技術要求。

關鍵詞堅硬頂板充填材料巷旁充填沿空留巷

1工作面概況

某煤礦8213工作面位于7-2#煤層盤區，地面標高1 221.2～1 232.5 m，工作面標高980～1 016 m，工作面由5213巷與2213巷圈成，北部為實體煤；南部為321皮、321軌、521回等3條盤區巷，東部為設計2211巷，西部緊鄰F2斷層。煤層可采指數為100%，賦存較穩定，總厚0.8～1.42，平均厚1.11 m，煤層結構單一，煤層傾角坡度較大，傾角5°～20°，平均9.5°，與3#煤層的層間距為32～36 m，與11#煤層的層間距約60 m。

2巷內及巷旁支護參數

本研究充填材料組分含量見表1[1-6]。

表1　充填材料各組分含量　kg/t

巷旁充填體形成初期，基本頂巖層處于穩定狀態，充填體與巷內支護共同承載，維護直接頂，防止直接頂與基本頂之間產生離層，并切落采空區側直接頂板，該階段巷旁充填體主要作用對象為直接頂。充填體的相關承載強度參數計算結果見表2。由表2可知：采用寬為1.5 m的巷旁充填體即可滿足巷旁支護阻力的要求[7]。

表2　充填體后期承載強度計算結果

3巷旁充填沿空留巷圍巖變形規律

3.1巷道圍巖表面位移規律3.1.1工作面前方巷道表面位移

工作面前方巷道實體煤側頂底板、充填體側頂底板和兩幫移近量與移近速率的關系如圖1、圖2所示。由圖1、圖2可知：①測站距工作面50 m以外時，巷道圍巖基本未受到采動的影響，保持在掘進影響穩定后的應力平衡狀態；②在工作面前方25～50 m，巷道開始受到采動影響，表面位移開始增大但位移量不大，生產幫側頂底板移近量最大僅10 mm；③進入工作面前方25 m范圍之后，巷道開始受到采動超前支承壓力的劇烈影響，頂底板及兩幫移近量均快速增加，該階段圍巖相對移近量占總移近量的88%以上；④生產幫側頂底板移近量明顯大于非生產幫側，生產幫側頂底板移近量最大達91 mm，而非生產幫側頂底板位移量僅為84 mm，兩幫移近量最大為53 mm，小于頂底板移近量。由此可見，錨桿(索)支護對圍巖變形起到了很好的控制作用，圍巖總體變形量較小，保證了后期留巷圍巖的完整性和穩定性。

圖1　巷道圍巖相對移近量與測站距工作面距離的關系

3.1.2工作面后方巷道表面位移

工作面推過后繼續對巷道表面位移進行觀測，結果如圖3、圖4所示。由圖3、圖4可知，工作面后方巷道圍巖表面位移變化明顯呈4個階段：①第1階段，距工作面0～-7 m，該范圍緊靠工作面端頭，斷面較大，而且巷旁充填體剛形成，未能及時有效地提供巷旁支護阻力，僅靠巷內單體液壓支柱支撐，巷道頂底板移近量較大，由于巷道未形成，該段缺乏兩幫相對移近量監測數據；②第2階段，距工作面-7～-15 m，充填體已構筑完成，接頂良好，早期強度高，增阻速度快，有效控制了直接頂板的早期變形，且巷道處于工作面端頭弧形三角板下方，基本頂結構相對穩定，使得該范圍內巷內表面位移增幅較小，變化較緩和；③第3階段，距工作面-15～-56 m，由于弧形三角頂板不斷彎曲、下沉、破斷，致使該范圍內不論頂底板移近量還是兩幫移近量增幅均較大，工作面每推進1 m，充填體側頂板最大移近量達9 mm，由于頂板自重及充填體提供的切頂阻力作用，一定高度的頂板依次被切落，因此，巷道表面位移移近速度呈現波動性；④第4階段，距工作面-56 m 以外，隨著基本頂在采空區觸矸、壓實，基本頂運動已趨穩定，該階段巷道圍巖位移也逐漸趨于穩定，巷道圍巖移近速度均達到留巷階段的最小值，工作面推進1 m巷道圍巖表面位移量均在1 mm以下。

圖2　巷道圍巖移近速度與測站距工作面距離的關系

圖3　巷道圍巖相對移近量與測站距工作面距離的關系

由圖2、圖3可進一步分析得出：①0～-56 m，充填體側頂底板移近量最大為233 mm，實體煤側僅210 mm，相對充填體側較??；②前期充填體側頂底板移近速度大于實體煤側，而后期則相反，是由于前期基本頂的運動以旋轉運動為主，致使充填體側頂底板移近速度大于實體煤側，后期基本頂運動以沉降運動為主，加之煤體的剛度較充填體小，使得后期實體煤側頂底板移近速度較充填體側大，但最后充填體側和實體煤側的移近速度趨于一致，表明充填體對巷道圍巖整體變形有良好的適應性。

圖4　工作面后方巷道圍巖移近速率與

3.2充填體應力分布規律

采用鉆孔應力計測量充填體內部應力，初始值固定為2 MPa，測點布設于充填體拆模之后的位置，因此在工作面后方10 m范圍內，無監測數據。巷旁充填體內部的應力分布與工作面推進的關系如圖5所示。由圖5可知：隨著工作面的推進，充填體內部應力逐漸增加，當測站距工作面-43 m時，充填體內部應力達到最大，為6.4 MPa，然后隨著基本頂巖層在采空區觸矸、形成穩定的結構，充填體內部應力開始回落，最后穩定于5.6 MPa。

圖5　巷旁充填體應力分布與測站距工作面距離的關系

4結語

以某煤礦巷旁充填沿空留巷為工程背景，配制了巷旁充填材料，并將其應用于工程實踐，結果表明，充填體可有效接頂，其強度滿足巷旁支護要求，可有效限制圍巖變形。

參考文獻

[1]華心祝，馬俊楓，許庭教.錨桿支護巷道巷旁錨索加強支護沿空留巷圍巖控制機理研究及應用[J].巖石力學與工程學報，2005(12)：90-98.

[2]譚云亮，何孔翔，馬植勝，等.堅硬頂板冒落的離層遙測預報系統研究[J].巖石力學與工程學報，2006(8)：178-186.

[3]華心祝.我國沿空留巷支護技術發展現狀及改進建議[J].煤炭科學技術，2006(12)：56-64.

[4]馬立強，張東升，王紅勝，等.厚煤層巷內預置充填帶無煤柱開采技術[J].巖石力學與工程學報，2010(4)：145-152.

[5]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(10)：89-97.

[6]張國鋒，何滿潮，俞學平，等.白皎礦保護層沿空切頂成巷無煤柱開采技術研究[J].采礦與安全工程學報，2011(4)：178-182.

[7]唐建新，胡海，涂興東，等.普通混凝土巷旁充填沿空留巷試驗[J].煤炭學報，2010(9)：156-164.

(收稿日期2016-04-15)

李曉勇(1977—)，男，助理工程師，033300 山西省柳林縣。