淺析沿空留巷充填墻體幾何尺寸及位置的選擇

孫軍

（淮南礦業集團朱集東礦，安徽 淮南 232087）

沿空留巷以其能夠提高回采率、解決瓦斯超限、實現Y形通風等特點，在煤礦開采中被普遍應用。目前，沿空留巷時普遍采用膏體或混凝土構筑巷旁充填體，隔絕采空區瓦斯、水和其他有害氣體，并實現對頂板的支護。充填體高度一般與回采高度一致，充填工藝也基本確定，因此，能否在施工之前設計合理的充填體幾何尺寸及位置，成為制約沿空留巷成功與否的重要因素。

1 工程概況

主集礦1111（1）工作面主采11-2煤，煤層平均厚度為1.26 m，沿11-2煤頂板回采高度為1.8 m，平均開采深度910 m。煤層直接頂板為泥巖，厚度0.79～34.80 m，平均9.87；老頂為細砂巖，厚度0.78～6.55 m，平均3.67 m。直接底為泥巖、砂質泥巖及11-1煤，厚1.3～16.4 m，平均厚10.5 m；老底為0.8～2.3 m平均厚度1.5 m的砂巖。為實現工作面Y形通風，緩解接替緊張、解決瓦斯超限等問題，工作面軌道順槽擬采用沿空留巷。

巷道開挖后采用錨梁網的支護形式，支護參數為：頂錨桿7根，長2.8 m，錨桿直徑22 mm，錨索兩根，直徑21.8 mm，幫部5根錨桿，長2 m，直徑22 mm。

2 充填墻體幾何尺寸的確定

充填墻體的幾何尺寸包括墻體的寬度、高度和單垛墻體的長度。充填墻體的高度一般與采高一致，但一般可在預砌筑充填墻體的位置降低開采高度，避免墻體高寬比過大，防止留巷后墻體出現歪斜、回轉或傾倒。因此，墻體高度的取值一般小于3.5 m。

2.1 充填墻體的寬度

充填墻體的寬度和高度受開采強度影響最大，也受到埋藏、煤層傾角、開采高度和頂底板巖性的影響，開采強度越大、采高越大或者煤層傾角越大，充填墻體的寬度應隨之增大，其取值一般在1.5～4.0 m。根據朱集礦1111（1）工作面軌道順槽與采高的關系（前者為2.8 m，后者為1.8 m），首采面采用沿空留巷時，墻體的有效寬度應在2.0 m以上。

通過大量現場實測，墻體的有效寬度一般比設計寬度小0.5～1.0 m，比如設計寬度為2.5 m的墻體，其有效承載范圍一般僅為1.5 m，主要原因有墻體接頂不實、墻體楞邊易應力集中損毀、直接頂巖性過差、煤層傾角大且采用走向長壁采煤時易抽冒。根據朱集1111（1）首采面頂板巖性，其墻體有效寬度應在2.0 m以上，設計寬度應在3.0 m以上。

2.2 單垛充填墻體的長度

單垛充填墻體的長度與充填支架規格、充填設備工作能力、立模方式、充填材料的早強特性以及工作面推進速度相關，從各綜采面的日推進度來看，一般為3～10 m，充填材料澆筑3 h后即可拆模，如果采用充填支架單垛墻體長度可達3.5 m，使用人工立?；蚋倪M后的充填車單垛墻體長度也能夠達到3.5 m，甚至4.0 m以上，朱集1111（1）首采面日推進度平均6 m，可采用單垛3 m，日充填兩班，準備檢修班一班的“三八”制作業形式。綜上所述，朱集礦1111（1）首采面充填墻體寬度確定為3.0 m，單垛充填墻體長度3 m，高度與回采高度一致，均為1.8 m。

3 充填墻體的初始位置選擇

根據墻體與巷道相對位置的留巷方式有原位、半原位、巷內和靠幫四種方式，這幾種方式在現場均有使用，各方式的優缺點及適用條件如下。

3.1 原位留巷

優點為初始留巷寬度大，基本與巷道原寬一致，理論上預留變形空間大；缺點為過寬的初始斷面反而易造成更強的礦壓顯現，實際的巷道空間反而更小。

適用條件：無偽頂，頂板巖性好、完整性好，如直接頂厚度10 m以上的整層砂層（謝橋礦12418工作面軌道順槽）。

3.2 半原位留巷

優點為留巷跨度適當減少，易降低礦壓顯現程度，墻體頂板與巷道掘進期間的支護構件易發揮組合作用，初始跨度可取3.5～4.0 m；缺點為非回采側煤壁加固必須到位，否則過大的幫部變形易導致巷道斷面急劇減少，為下一工作面回采時必須刷幫處理。

適用條件：開采強度大、留巷時間長，有完善尾巷修復系統的工程條件。

3.3 巷內留巷

優點為初始斷面寬度小，容易維護，留巷幫頂及墻體整體性好；缺點為如果非回采側幫部變形不能有效控制或底鼓修復過于滯后，留巷斷面難以保持。

適用條件：頂板巖性及完整性好，留巷后不需要瓦斯治理，斷面要求低。

3.4 靠幫留巷

優點為充填墻體砌筑時直接與非回采側幫部相接，充填墻體的易構筑，非回采側煤壁及頂板完整性保持穩定，墻體上方即為原巷道頂板支護，不需要另外施工支護方式，充填墻體完整性易保持，不易發生旋轉或傾倒；缺點為相鄰工作面回采時必須完成沿小煤柱或沿充填墻體進行重新掘巷。

適用條件：瓦斯儲量低、煤層堅固性系數或厚煤層（綜放或大采高）條件。

圖1 充填墻體尺寸及留設位置示意圖

由于1111（1）工作面埋深大，回采過程中礦壓顯現比較強烈，順槽長度大，留巷需要長時間維護，且后期需對非回采側煤柱進行及時擴刷，保證兩階段留巷技術的成功。因此，構筑充填墻體時應采取半原位留巷方式，即充填墻體適當進入巷道內部，墻體寬度為3.0 m，騎入巷道的寬度Δh=800（巷道掘進期間設計寬度為4 600 mm）或1 000 mm（巷道掘進期間設計寬度為4 800 mm），即初始留巷寬度均為3 800 mm，如圖1所示。

4 結束語

充填墻體幾何尺寸的不同影響到了墻體頂板和墻體本身的應力分布，選擇合適的寬度可以避開頂板淺部及墻體本身出現應力集中。充填墻體位置不當是造成巷道面積，尤其是巷道寬度急劇減小的一個重要因素。因此，在工程實踐之前應針對工程特點進行深入調研、觀測及分析，確定合適的充填墻體幾何尺寸及位置。

參考文獻：

［1］張吉雄，姜海強，繆協興，等.密實充填采煤沿空留巷巷旁支護體合理寬度研究［J］.采礦與安全工程學報，2013，30（02）：159-164.

［2］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（05）：4-7.

［3］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（04）：1134-1140.