某煤礦堅(jiān)硬頂板巷旁充填沿空留巷工程實(shí)踐

李曉勇

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦)

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某煤礦堅(jiān)硬頂板巷旁充填沿空留巷工程實(shí)踐

李曉勇

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦)

摘要在充分考慮某煤礦8213工作面堅(jiān)硬頂板實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，配制了充填材料進(jìn)行巷旁充填，并對(duì)其在現(xiàn)場(chǎng)使用情況進(jìn)行了分析。現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)結(jié)果表明：充填體能夠較好地接頂，其強(qiáng)度滿足巷旁支護(hù)要求，對(duì)留巷側(cè)頂?shù)装逡平冃尉哂休^好的適應(yīng)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(shù)要求。

關(guān)鍵詞堅(jiān)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(qū)，地面標(biāo)高1 221.2～1 232.5 m，工作面標(biāo)高980～1 016 m，工作面由5213巷與2213巷圈成，北部為實(shí)體煤；南部為321皮、321軌、521回等3條盤區(qū)巷，東部為設(shè)計(jì)2211巷，西部緊鄰F2斷層。煤層可采指數(shù)為100%，賦存較穩(wěn)定，總厚0.8～1.42，平均厚1.11 m，煤層結(jié)構(gòu)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(nèi)及巷旁支護(hù)參數(shù)

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(wěn)定狀態(tài)，充填體與巷內(nèi)支護(hù)共同承載，維護(hù)直接頂，防止直接頂與基本頂之間產(chǎn)生離層，并切落采空區(qū)側(cè)直接頂板，該階段巷旁充填體主要作用對(duì)象為直接頂。充填體的相關(guān)承載強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算結(jié)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(hù)阻力的要求[7]。

表2　充填體后期承載強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

3巷旁充填沿空留巷圍巖變形規(guī)律

3.1巷道圍巖表面位移規(guī)律3.1.1工作面前方巷道表面位移

工作面前方巷道實(shí)體煤側(cè)頂?shù)装濉⒊涮铙w側(cè)頂?shù)装搴蛢蓭鸵平颗c移近速率的關(guān)系如圖1、圖2所示。由圖1、圖2可知：①測(cè)站距工作面50 m以外時(shí)，巷道圍巖基本未受到采動(dòng)的影響，保持在掘進(jìn)影響穩(wěn)定后的應(yīng)力平衡狀態(tài)；②在工作面前方25～50 m，巷道開始受到采動(dòng)影響，表面位移開始增大但位移量不大，生產(chǎn)幫側(cè)頂?shù)装逡平孔畲髢H10 mm；③進(jìn)入工作面前方25 m范圍之后，巷道開始受到采動(dòng)超前支承壓力的劇烈影響，頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤焖僭黾樱撾A段圍巖相對(duì)移近量占總移近量的88%以上；④生產(chǎn)幫側(cè)頂?shù)装逡平棵黠@大于非生產(chǎn)幫側(cè)，生產(chǎn)幫側(cè)頂?shù)装逡平孔畲筮_(dá)91 mm，而非生產(chǎn)幫側(cè)頂?shù)装逦灰屏績(jī)H為84 mm，兩幫移近量最大為53 mm，小于頂?shù)装逡平俊Ｓ纱丝梢姡^桿(索)支護(hù)對(duì)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(wěn)定性。

圖1　巷道圍巖相對(duì)移近量與測(cè)站距工作面距離的關(guān)系

3.1.2工作面后方巷道表面位移

工作面推過(guò)后繼續(xù)對(duì)巷道表面位移進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)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(gè)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(shí)有效地提供巷旁支護(hù)阻力，僅靠巷內(nèi)單體液壓支柱支撐，巷道頂?shù)装逡平枯^大，由于巷道未形成，該段缺乏兩幫相對(duì)移近量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；②第2階段，距工作面-7～-15 m，充填體已構(gòu)筑完成，接頂良好，早期強(qiáng)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(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，使得該范圍內(nèi)巷內(nèi)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(nèi)不論頂?shù)装逡平窟€是兩幫移近量增幅均較大，工作面每推進(jìn)1 m，充填體側(cè)頂板最大移近量達(dá)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(xiàn)波動(dòng)性；④第4階段，距工作面-56 m 以外，隨著基本頂在采空區(qū)觸矸、壓實(shí)，基本頂運(yùn)動(dòng)已趨穩(wěn)定，該階段巷道圍巖位移也逐漸趨于穩(wěn)定，巷道圍巖移近速度均達(dá)到留巷階段的最小值，工作面推進(jìn)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(cè)站距工作面距離的關(guān)系

圖3　巷道圍巖相對(duì)移近量與測(cè)站距工作面距離的關(guān)系

由圖2、圖3可進(jìn)一步分析得出：①0～-56 m，充填體側(cè)頂?shù)装逡平孔畲鬄?33 mm，實(shí)體煤側(cè)僅210 mm，相對(duì)充填體側(cè)較小；②前期充填體側(cè)頂?shù)装逡平俣却笥趯?shí)體煤側(cè)，而后期則相反，是由于前期基本頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主，致使充填體側(cè)頂?shù)装逡平俣却笥趯?shí)體煤側(cè)，后期基本頂運(yùn)動(dòng)以沉降運(yùn)動(dòng)為主，加之煤體的剛度較充填體小，使得后期實(shí)體煤側(cè)頂?shù)装逡平俣容^充填體側(cè)大，但最后充填體側(cè)和實(shí)體煤側(cè)的移近速度趨于一致，表明充填體對(duì)巷道圍巖整體變形有良好的適應(yīng)性。

圖4　工作面后方巷道圍巖移近速率與

3.2充填體應(yīng)力分布規(guī)律

采用鉆孔應(yīng)力計(jì)測(cè)量充填體內(nèi)部應(yīng)力，初始值固定為2 MPa，測(cè)點(diǎn)布設(shè)于充填體拆模之后的位置，因此在工作面后方10 m范圍內(nèi)，無(wú)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。巷旁充填體內(nèi)部的應(yīng)力分布與工作面推進(jìn)的關(guān)系如圖5所示。由圖5可知：隨著工作面的推進(jìn)，充填體內(nèi)部應(yīng)力逐漸增加，當(dāng)測(cè)站距工作面-43 m時(shí)，充填體內(nèi)部應(yīng)力達(dá)到最大，為6.4 MPa，然后隨著基本頂巖層在采空區(qū)觸矸、形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，充填體內(nèi)部應(yīng)力開始回落，最后穩(wěn)定于5.6 MPa。

圖5　巷旁充填體應(yīng)力分布與測(cè)站距工作面距離的關(guān)系

4結(jié)語(yǔ)

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(yīng)用于工程實(shí)踐，結(jié)果表明，充填體可有效接頂，其強(qiáng)度滿足巷旁支護(hù)要求，可有效限制圍巖變形。

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(收稿日期2016-04-15)

李曉勇(1977—)，男，助理工程師，033300 山西省柳林縣。