大型混凝土砌塊組裝成墻沿空留巷技術(shù)研究

林恩軍

摘要：以183上 04工作面為研究對象，分析了沿空留巷頂板破斷規(guī)律，并采用FLAC3D對工作面不同混凝土支護材料進行數(shù)值模擬，通過料垂直應(yīng)力等值線圖判定采用C50混凝土效果最優(yōu)。對大型混凝土砌塊整體組裝沿空留巷方案進行設(shè)計，確定了座塊和墻塊的參數(shù)，并具體分析了混凝土砌塊組裝成墻的施工方法。

關(guān)鍵詞：沿空留巷;頂板破斷;砌塊

為了避免相鄰工作面之間已采工作面采空區(qū)側(cè)向支承壓力對未采工作面影響，需要在相鄰工作面之間設(shè)置一定寬度的煤柱，不僅造成資源的浪費，而且煤柱會對近距離開采的煤層產(chǎn)生較大的影響[l-2]。沿空留巷是一種無煤柱護巷的技術(shù)，變掘巷為留巷，減少巷道掘進，提高礦井的生產(chǎn)效力;不留設(shè)煤柱，避免由于煤柱影響出現(xiàn)應(yīng)力集中，使巷道圍巖受高集中應(yīng)力影響，發(fā)生變形破壞，影響礦井的安全生產(chǎn)[3-4]。因此，對混凝土砌塊成墻沿空留巷技術(shù)研究為礦井的安全高效生產(chǎn)提供保障，也為類似條件下礦井沿空留巷提供技術(shù)支撐。

1工作面概況

183 上 04 工作面位于十八采區(qū)，工作面地面標高+43.2m - 44.8m左右，井下標高-705m ～ -850m左右，埋深約750～900m左右，表土層厚度為580m左右。煤層厚度約2.Om～4.5m，平均厚度3.5m，煤層賦存穩(wěn)定，煤層傾角為6°～10°。f=1.7左右。采用走向長壁法對工作面進行回采，工作面走此案夠長度為480m，傾向長度為170m。183上04 工作面整體為南北高中間低的向斜構(gòu)造，且工作面涌水量較大，為確保工作面順利排水，施工 183上05膠順作為泄水巷。183上04 工作面輔順通過183 上 04泄水巷與183上05膠順低洼處貫通，進行集中排水。

2不同支護材料對數(shù)值模擬

2.1模擬方案

采用FLAC3D對沿空巷道分別采用C40、C50、C60、LC50混凝土作為墻體材料進行數(shù)值模擬，通過不同支護材料垂直應(yīng)力圖來判定強度效果，從而選出更優(yōu)的混凝土支護材料。根據(jù)183上04 工作面巖層性質(zhì)設(shè)定模型參數(shù)，建立50m×50m×40m模型，模型上方施加20 MPa應(yīng)力荷載，巖層力學(xué)參數(shù)如表1所示。

2.2模擬結(jié)果分析

采用FLAC3D對183上04工作面不同混凝土支護材料進行數(shù)值模擬，得到不同材料垂直應(yīng)力等值線圖，如圖1所示。

由圖1可知，采用不同的混凝土材料作為支護墻體時，其垂直應(yīng)力主要集中在支護墻體和煤幫深部7～9m處，垂直應(yīng)力的峰值大小也根據(jù)混凝土材料強度的不同而各部相同。對于分別采用C40、C50、C60三種混凝土支護材料時，其所能承載應(yīng)力峰值大小分別為3lMPa、30MPa、29MPa。根據(jù)應(yīng)力峰值大小可知，隨著材料強度的增加，墻體所能承受的應(yīng)力值逐漸增加，能夠分擔(dān)巷道兩幫圍巖的支撐力多。

由圖表明，當采用C60材料時，墻體底部所承受的垂直應(yīng)力大，容易形成應(yīng)力集中區(qū)，影響支護墻體的穩(wěn)定性。而對于C50與LC50混凝土材料，當采用LC50材料時，墻體所能承載的最大垂直應(yīng)力為29MPa，比C50材料所能承載的最大垂直應(yīng)力小3%。由于C50材料相對于LC50材料更經(jīng)濟。綜上所訴，最終采用C50混凝土材料。

3混凝土塊組裝沿空留巷設(shè)計

砌塊墻是一種傳統(tǒng)的沿空留巷巷旁支護方式，根據(jù)183上04工作面地質(zhì)條件和沿空留巷側(cè)向支承壓力分布規(guī)律，確定了預(yù)制座、墻二塊式大型混凝土砌塊組裝成墻的沿空留巷方式。

整體組裝砌塊，整個墻體僅由座塊和墻塊組成，兩種砌塊組裝在一起即形成留巷墻體，高效、快捷，墻體承載能力強。沿空留巷支護材料采用C50大型混凝土砌塊，砌塊主要有兩種不同規(guī)格，其中座塊長、寬、高分別為2.Om、1.3m、0.5m，重量為3.5t;墻塊長、寬、高分別為2.Omm、1.3mm、2.05mm，重量為13t。

4混凝土砌塊組裝成墻

混凝土砌塊共兩塊，分為1、2，砌塊1與2重疊放置，具體施工方法為：

①運輸砌塊到達指定位置前，必須確保巷道凈高不低于2.8m，不足2.8m時，必須先確保巷道高度和底板平整;

②運輸砌塊到位后，先由支架車運輸砌塊1至指定位置，調(diào)整好車廂方位后，通過車廂內(nèi)的千斤頂將砌塊頂出，擺放在巷道底板上;

③然后再次調(diào)整支架車車廂方位，使車廂底部高過砌塊1（支架車自身無法調(diào)整至此高度時，可使用方木等物料墊好車輪，將車廂抬高），將砌塊2的凹陷部位與砌塊1的突起部位對正，使用40t鏈條或繩套連接砌塊1與車廂或使用單體將砌塊1頂牢，通過車廂內(nèi)的千斤頂將砌塊2頂出，使砌塊2疊放在砌塊1上，若千斤頂行程不足、推力不夠或位置偏移時，可使用單體支柱、手拉葫蘆或絞車協(xié)助操作;

④混凝土砌塊卸車后，使用長度適中的單體、千斤頂或手拉葫蘆進行調(diào)整，確保砌塊長邊平行巷道，砌塊外沿距離183+ 04輔順巷道偏中線1285mm。

5結(jié)論

①以183 上 04 工作面為研究對象，分析了沿空留巷頂板破斷規(guī)律，并采用FLAC3D對工作面不同混凝土支護墻體材料進行數(shù)值模擬，通過料垂直應(yīng)力等值線圖判定采用C50混凝土效果最優(yōu);

②對大型混凝土塊整體組裝沿空留巷方案進行設(shè)計，確定了座塊和墻塊的參數(shù)。并對混凝土砌塊組裝成墻的施工方法進行了具體分析，開辟了沿空留巷的新思路。

參考文獻：

[1]衡多，張九雨，薄煤層下短距離泵送混凝土充填沿空留巷技術(shù)研究[J].煤炭工程，2018，50（11）：10-13.

[2]李旭鋒，沿空留巷頂板下沉規(guī)律與控制[J].能源與節(jié)能，2018（11）：9-10.

[3]王小國，梁家豪，切頂卸壓留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律[J].能源與環(huán)保，2018，40（10）：203-206.

[4]周長龍，李洪，大型混凝土砌塊組裝成墻沿空留巷技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù)，2018，37（10）：133-136.