沿空留巷巷旁充填支護效果及經濟效益分析

孫紅俊

(山西汾西礦業集團 水峪煤業，山西 孝義 032300)

·技術經驗·

沿空留巷巷旁充填支護效果及經濟效益分析

孫紅俊

(山西汾西礦業集團 水峪煤業，山西 孝義 032300)

以某礦L4406工作面為研究對象，闡述了巷旁充填的工藝設計，從經濟效益、社會效益分析了巷旁充填的優越性，并對L4406工作面巷旁充填的支護效果進行考察，巷道在經歷了支承壓力和L4406工作面一次采動影響后，留巷的整體效果良好，巷道斷面平均收縮率小，使得后期維護工程量小，完全滿足預期留巷的設計要求。

沿空留巷；巷旁充填；支護；礦壓

應用礦用注漿袋泵柱混凝土技術建設人造巷幫是一項十分復雜的工程，需要全方位考慮施工效果，在工程進度中必須滿足施工安全的需要，還要求工程質量達到一定要求。應用礦用注漿袋混凝土技術的沿空留巷在混凝土剛性支護的同時，還必須有錨網索主動支護。該技術的先進性體現在實現了切頂卸載，能夠實現大產量生產需要，對以后的維護工作也有許多優勢。

1 施工工藝簡介

1.1 施工流程

在該技術中，混凝土的使用量巨大，并需要進行兩次的拌合才能在沿空留巷技術中應用。第一次拌合在地面進行，主要是對料進行有效的攪拌，使其分布均勻。第二次拌合發生在井下，是濕料拌合。其中在首次拌合到第二次拌合的間隙必須保證混凝土干料的干燥程度，如果混凝土干料提前接觸到水分，有可能發生硬化現象，影響混凝土使用效果。

混凝土泵布置在運輸巷，利用礦車干料被輸送到運輸巷，通過上料機的鏈接作用，到達攪拌機后經過充分拌合，攪拌均勻的混凝土被送到混凝土泵內，通過混凝土泵的壓力將其注進端頭聚丙烯充填袋內。混凝土沿空留巷技術工藝比較復雜，基本的施工流程見圖1.

圖1 人造巷幫沿空留巷施工工藝流程圖

1.2 施工材料

泵注混凝土材料及沿空留巷技術主要的施工材料見表1.

1.3 施工過程

沿空留巷人造巷幫的施工過程見圖2.

2 礦壓觀測

礦井礦壓觀測是確保煤礦安全生產的重要手段。本文通過現場礦壓觀測對人造巷幫沿空留巷支護效果進行分析，研究人造巷幫沿空留巷工程現場支護參

表1 人造巷幫施工主要材料表

圖2 人造巷幫生產系統示意圖

數的改進和修正。

2.1 觀測方法

1) 頂板離層監測。

將頂板離層儀放于穩定巖層，淺基點位于0.5～1.0 m，每30～50 m安裝1組離層儀。離層值大于安全值時及時采取措施。如測點損壞，重新布置離層儀。

2) 對混凝土墻體內部壓力的觀測。

將測力計預埋在混凝土人造巷幫充填體內對人造巷幫充填體的受壓狀況進行觀測。

2.2 人造巷幫沿空留巷礦壓顯現規律分析

在L4406工作面上進行采區掘進以后，通過設置觀測站的方法檢測圍巖變形量，在充填體以內布置至少5組以上的觀測站。最后選取其中比較有代表性的數據進行分析。

1) 人造巷幫沿空留巷巷道變形規律。

通過對比得出在測站I-II處的巷道圍巖的變形情況具有代表性，并將其作為分析L4406工作面巷道圍巖變形規律的根據。沿空留巷巷道圍巖變形和回采工作面距離變化關系見圖3.

圖3 L4406工作面I-II測站圍巖變化曲線圖

通過圖3可以得到：

a) 在距離工作面5～50 m，頂底板的移近速度可以達到5 mm/d，在巷道的中部位置移近量比較大，可以達到26 mm以上。

b) 在超前工作面10 m外，頂底板移近速度為0～2 mm/d.

c) 在采空區側頂底板位置的移近量表現很突出，可以達到8 mm.

通過對現場情況進行分析可以得出：

a) 為減小人造巷幫沿空留巷圍巖變形，其超前支護、巷旁支護和巷內加強支護均很重要。

b) 人造巷幫沿空留巷圍巖變形量較小，其巷旁支護尤為重要。

2) 人造巷幫充混凝土材料的變形規律。

混凝土材料的變形方式包括橫向變形和垂直變形，變形的區域主要出現在3個地方：

a) 存在混凝土支護墻體的劇烈變形區域，主要是在順槽后方10 m以內的位置，這一區域支護墻變形非常劇烈，存在劇烈的圍巖活動，其中垂直變形速度可以達到2 mm/d，橫向變形速度可以達到3 mm/d.

b) 在順槽后方10～20 m，是支護墻體變形的緩和區域，在這一區域，支護墻體的垂直變形速度平均水平是1 mm/d，而橫向的變形平均水平是1.5 mm/d.

c) 在順槽后方20 m以后，墻體的變形比較穩定，基本頂的活動比較平穩，所以支護墻體的變形很小。

通過長期的觀測可以知道，周期來壓情況下實踐觀測中，混凝土的支護墻體可以承受足夠的強度，沒有產生非常大的變形。

人造巷幫充填體變形與距離順槽關系見圖4.

圖4 充填體隨回采面推進變形曲線圖

3) 混凝土支護墻的載荷變化規律研究。

混凝土支護墻所受荷載的變化可以分為兩個主要階段：在第1階段，位于順槽的后方30 m范圍內，混凝土支護墻體所承受的荷載很小，但是采空區形成很大的側向壓力，出現在順槽后方10 m處的側向壓力為1.4 MPa，出現在順槽后方20 m處的側向壓力為2.3 MPa，出現了很大的波動范圍。在第2階段出現在順槽后方30 m的地方，混凝土材料墻體的承受載荷迅速降低，采空區側向壓力只有4.5 MPa，留巷側壓力在3 MPa以下。

通過這樣的觀測結果，可以得到：用泵注混凝土技術構筑的混凝土墻體具有足夠的強度，能夠有效的控制巷道支架變形和由于壓力作用產生的斷面收縮變形。

混凝土墻體完全能夠滿足要求，這樣就可以為沿空留巷技術的應用提供有力的保障。混凝土墻體承受荷載跟順槽距離的數值關系見圖5.

圖5 巷旁充填體承受載荷與回采面推進距離的關系圖

4) 留巷頂板離層情況。

針對L4406工作面的特點，對其順槽進行錨桿支護。但是在錨桿支護的情況下很難判斷圍巖破壞失穩的征兆，所以有時會出現頂板破斷失穩的情況，并快速發展。

在工程中采用頂板離層指示儀來觀測頂板的離層情況，有效地控制安全隱患的發生。

在L4406工作面上順槽位置安裝了3個頂板離層指示儀，用測量的數據來分析頂板錨桿支護的情況，得到了頂板離層變化曲線圖，見圖6.

通過對圖6的分析可以得到：

a) 在工作面8 m以后的位置沿空留巷頂板離層情況不突出，離層累積量很小。

b) 在8～4 m，離層速度約為2 mm/d，如果受采動影響充填不及時出現離層情況很難控制。

c) 從4 m位置到工作面，錨固外離層量是14 mm，而內離層量的變化是8 mm，頂板離層量比較明顯。

d) 在10 m以內的位置，受采動影響較小，頂板基本能夠保持穩定。

e) 在20 m開外的位置，頂板保持較好的穩定狀態。

圖6 頂板離層變化曲線圖

3 效益分析

3.1 經濟效益分析

1) 少掘一條巷道效益。以某礦L4406工作面為例，沿空留巷長度為610 m，掘巷成本為5 300元/m，少掘1條巷道可以減少323.3萬元施工費用。

2) 降低了矸石處理費用。L4406工作面機巷掘進矸石量9 882 m3，矸石處理費用大約為25元/m3，少掘一條巷道可減少24.7萬元矸石處理費用。

3) 回收護巷煤柱效益。沿空留巷后，L4406工作面回收了16 m寬煤柱。礦井平均煤厚1.75 m，煤密度1.35 t/m3，沿空留巷長度610 m，則煤炭回收量1.58萬t，噸煤效益200元，收入增加316萬元，煤炭資源回收率提高了8%.

4) 沿空留巷工程投入費用。L4406工作面采用人造巷幫沿空留巷技術進行沿空留巷的機械費用為63.4元/m，材料費用為1 486元/m，人工費用1 067元/m，輔助費用為110元/m，合計費用為2 727元/m. 工作面沿空留巷長度為610 m，則沿空留巷工程費用為167萬元。

若不計沿空留巷改善巷道維護、提高礦井安全生產和改善礦區環境等帶來的效益，僅少掘一條巷道、減少矸石升井和回收煤柱就可以創造經濟效益664萬元，減去沿空留巷工程投資費用167萬元，實際創造經濟效益497萬元。

3.2 社會效益分析

1) L4406工作面將原區段機巷保留下來，作為L4406工作面的風巷。這樣L4406工作面可以少掘進一條巷道，降低了礦井巷道掘進率，緩解了礦井采掘矛盾，有助于礦井增產增效。

2) 與留煤柱護巷相比，L4406工作面機巷實行沿空留巷以后，可以回收16 m寬煤柱，實現無煤柱開采，提高煤炭資源回收率8%，相當于增加了礦井可采儲量，延長了礦井壽命，有助于礦井可持續發展。

3) 少掘進一條巷道，可以減少礦井出矸量，降低運輸系統壓力。同時，減少矸石升井以后，節省了矸石山占地面積，降低了矸石山租地費用。地面矸石山減少以后，可以降低矸石山自燃幾率和粉塵濃度，有助于改善礦區環境。

4) L4406工作面實行沿空留巷以后可以創造經濟效益497萬元，顯著改善了礦井的技術經濟指標，增加了職工收入，有助于礦區和諧穩定。

4 結 論

1) 對人造巷幫沿空留巷進行了經濟、社會效益分析，人造巷幫沿空留巷成本遠小于重新掘巷成本，經濟效益可觀，社會效益顯著。

2) 將沿空留巷技術成功地應用于高瓦斯突出礦井。介紹了沿空留巷施工工藝并進行了礦壓觀測。巷道在經歷了支承壓力和L4406工作面一次采動影響后，留巷的整體效果良好，巷道斷面平均收縮率小，使得后期維護工程量小，完全滿足預期留巷的設計要求。

AnalysisonSupportEffectandEconomicBenefitofGob-sideEntryRetainingRoadsideFilling

SUNHongjun

Taking L4406 working face of a mine as the research object, the process design of stowing Adjacent gob is introduced both economically and socially. And the effect of the support is also evaluated. The experience shows that the overall effect of the retaining roadway remains perfect with the roadway average shrinkage being very small while mining in L4406 working face, the post-mining maintenance cost keeps in lower level, fully meets the expectance.

Gob-side entry retaining; Roadside filling; Support; Rock pressure

TD353

：B

：1672-0652(2017)07-0046-04

2017-06-08

孫紅俊(1969—)，男，山西介休人，2016年畢業于東北大學，工程師，主要從事采煤技術管理工作(E-mail)zfg3259@163.com