充填開采沿空留巷技術研究

馮超 楊媛媛

摘 要：在分析充填開采以及沿空留巷技術特點的基礎上，提出了充填開采沿空留巷技術，榆林某礦作為首個試驗工作面進行了實施。FLAC3D數值模擬及工業應用均驗證了厚松散層淺埋深煤層進行充填開采沿空留巷的可行性。研究表明，該技術合理，沿空留巷穩定，地表沉降控制效果理想。

關鍵詞：充填開采;沿空留巷;數值模擬

中圖分類號：TD823.7;TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）04-0117-02

Research of Gob-side Entry Retaining in Backfill Mining

FENG Chao YANG Yuanyuan

（College of Civil and Architectural Engineering， Anyang Institute of Technology， Anyang Henan 455000）

Abstract： Based on the analysis of mining and filling along the goaf with technical features， the gob-side entry retaining and backfill mining was proposed at Yuyang mining area and applied firstly. FLAC3D numerical simulation and industrial application verified the feasibility of retaining roadway along goaf in filling mining in shallow and deep coal seam with thick loose seam. The results show that this technique is reasonable， gob-side roadway remained stable， ground surface settlement is effectively controlled.

Keywords： backfill mining;gob-side entry retaining;numerical simulation

充填開采沿空留巷技術是一種新型的無煤柱開采技術[1]，工作面后方的采空區被及時有效的充填，能抑制上覆巖層的垮落，控制地表變形，原巷道臨采空區側，利用有效的支擋結構，充填體硬化后，將原有巷道保留下來，實現無煤柱開采。該技術既具有充填開采控制地表變形的特點，又具有沿空留巷提高煤炭采出率、少掘巷道的優勢，已經成為現在采煤技術的首選[2，3]。榆林某礦采用風積砂作為充填骨料實施充填開采沿空留巷技術，對應上方地表一年內累計沉降量最大10mm。巷旁與采空區充填體一次施工，結構整體穩定性好，有效提高了井下結構的安全系數。

1 工程概況

工作面開采3號煤層，地質構造簡單，層位穩定，煤層平均傾角0.28°，煤層厚度為3.45～3.85m，平均厚度為3.6m，采厚3.0～3.6m，埋深166～230m，平均埋深190m。工作面推進長度1 149m，覆巖上部為風積砂松散層和黏土層，風積砂厚度為6.47～43.95m，平均厚度20m。由亞黏土、黏土（三趾馬紅土）組成的黏土層，平均厚度為11.37m。上覆巖層由中粒砂巖、細粒砂巖、粉砂巖和砂質泥巖組成，鉆孔揭露厚度為47～127m。

2 充填開采沿空留巷數值模擬

2.1 計算模型的建立

數值計算模型x方向400m，其中工作面傾向長100m;y方向260m，其中工作面推進長度200m;z方向高166.4m。模型的上邊界為地表，下邊界位移固定，左右邊界水平位移固定，研究范圍內的煤巖層采用莫爾-庫侖準則。

2.2 計算結果及分析

充填體與頂板覆巖相當于彈性地基板模型，充填體既能對頂板覆巖緩沖讓壓，從而使其釋放地壓，又能有效支護，防止其過度下沉，起到了柔性支護的作用，達到了良好的支護效果。與垮落式開采相比，覆巖下沉量明顯減小，頂板最大位移為120mm，地表最大下沉值為20mm。

3 充填開采沿空留巷支護參數

3.1 錨索補強支護

沿空巷道的補強支護采用Φ15.24mm×5 000mm錨索，1排2根，間排距1.8m×1.8m，錨索矩形布置，一排沿巷道中線布置，另一排布置在采空區側距巷道邊0.7m的位置，排距方向與錨桿相間布置。配鋼托板，規格300mm×300mm×15mm，2支Z2370樹脂錨固劑，預緊力為50kN。留巷錨桿、錨索布置見圖1所示。

3.2 礦壓觀測

3.2.1 沿空巷道位移。沿空留巷頂底板總移近量最大為27mm，滯后工作面30m以內時變形速度較快，頂底板移近量達最終移近量的80%以上;滯后工作面50m以外時頂底板趨于穩定，滯后工作面80m時，頂板穩定，變形不再發展。頂底板移近量與滯后工作面距離關系如圖2所示。

3.2.2 沿空巷道巷旁充填體壓力。距離工作面35m時，巷旁充填體載荷達到最大值52kN，即巷旁充填體內部垂直應力最大為1.3MPa;推采至115m即工作面推過監測點約35m后，巷旁充填體載荷趨于穩定。充填體載荷與距工作面距離關系如圖3所示。

3.2.3 充填體強度。由于前期充填試驗階段對充填材料配比的調整，充填體強度波動較大，不同充填位置的充填體28d單軸抗壓強度波動在4～7.8MPa，充填120m后充填體28d單軸抗壓強度穩定在4.8～5.5MPa。充填體強度增長速度較慢，充填體3d單軸抗壓強度為2MPa，達設計強度的40%。按照充填體強度設計要求，7d抗壓強度需達到設計值的50%以上，而實測7d強度3.2MPa，為設計強度的64%。不同充填位置巷旁充填體強度及充填體強度隨齡期的變化如圖4所示。

3.2.4 錨索拉力。距切眼50、150m和250m處各安裝錨索拉力監測儀一套，錨索預緊力50kN，50m和250m處監測儀為超前50m工作面安裝，150m處為滯后工作面30m時安裝。未受采動錨索影響時，錨索拉力變化幅度較小，當受采動影響時，錨索拉力最高達300kN，滯后工作面30m后錨索拉力趨于穩定，穩定后為150kN。滯后工作面30m處安裝的錨索拉力監測儀數據變化不大，說明滯后工作面30m安裝的錨索作用效果不明顯。因此，為了使錨索有效發揮作用，錨索及錨索拉力監測儀應盡量超前工作面施工安裝。

4 結論

①數值模擬結果顯示，充填開采沿空留巷與垮落式開采相比覆巖下沉量明顯減小，地表最大下沉值20mm。

②實踐表明，充填開采沿空留巷頂底板總移近量最大27mm，充填體壓力僅為1.3MPa，充填體強度達到設計值，礦壓顯現穩定，實踐效果良好。

參考文獻：

[1]錢鳴高，許家林，繆協興.煤礦綠色開采技術[J].中國礦業大學學報，2003（4）：343-347.

[2]龔軒，劉懷連，李松，等.充填開采技術在平煤股份十二礦的實踐應用[J].煤礦安全，2013（3）：153-155.

[3]王朋飛，惠慶波，王志強.巷內預置充填帶無煤柱覆巖離層充填開采技術優化研究[J].煤炭工程，2013（8）：86-88.