膏體充填沿空留巷巷道支護設(shè)計研究

蘭曉江

(山西西山晉興能源有限公司 斜溝煤礦，山西 呂梁 033000)

1 概 況

山西西山晉興能源有限公司斜溝煤礦8號煤層平均厚度4.87 m，目前，工作面回采時區(qū)段間留設(shè)20 m煤柱，為了提高礦井煤炭資源的采出率，緩解工作面的接續(xù)困難，并防止因留設(shè)大量煤柱而造成的地面波浪形下沉，在18503綜采工作面材料巷實施沿空留巷，作為18505工作面的運輸巷。膏體充填沿空留巷技術(shù)在很多采深相對較淺，礦山壓力相對穩(wěn)定的礦井中得到了較好的推廣與應(yīng)用，但是隨著礦井采掘深度不斷增加，膏體充填沿空留巷巷道支護強度有待提高。本文研究不同支護條件下，膏體充填沿空留巷成巷穩(wěn)定性問題。

2 0401工作面膏體充填概況

充填泵：HBMD-40/10-110S礦用充填泵，充填量>15～20 m3/h.

充填材料：水泥、石子、外加劑、黃沙、粉煤灰等。設(shè)計充填材料強度指標(單軸抗壓值)見表1，膏體充填工藝示意圖見圖1.

表1 設(shè)計充填材料強度指標(單軸抗壓值)表

圖1 膏體充填工藝示意圖

3 巷道支護設(shè)計研究

3.1 巷道加固方案與支護參數(shù)

結(jié)合相關(guān)礦山壓力理論，建立了相似模擬物理模型并利用FLAC3D數(shù)值軟件進行模擬與驗證。通過比較分析該礦采用膏體充填沿空留巷技術(shù)，所成巷道在采用不同的支護參數(shù)、支護方案的條件下，巷道圍巖應(yīng)力分布規(guī)律以及頂?shù)装逡七M量，以確定合理的巷道支護方案，支護方案的具體參數(shù)見表2.

表2 支護方案的具體參數(shù)表

3.2 數(shù)值模擬分析

本文對FLAC3D數(shù)值相似模擬的結(jié)果進行了切片處理，模擬結(jié)果如下：

巷道圍巖應(yīng)力分布規(guī)律見圖2，圖3.

圖2 原有方案巷道周邊應(yīng)力分布圖

圖3 加固方案巷道周邊應(yīng)力分布圖

通過圖2和圖3可知，相較于原有巷道支護方案，采用加固方案巷道圍壓逐漸增加，錨桿(索)支護起到了很好的效果，使巷道圍巖重新維持了三維應(yīng)力狀態(tài)，有效保障了圍巖的穩(wěn)定性。綜合考慮，加固方案優(yōu)于原有方案。

巷道圍巖變形規(guī)律見圖4，圖5.

通過圖4和圖5可知，原有方案留巷穩(wěn)定后，回采幫與非回采幫的變形量分別為580 mm和800 mm，頂板下沉量521 mm,而底板鼓起量是240 mm. 采取加固方案的支護形式后，留巷穩(wěn)定時回采幫與非回采幫的變形量為282 mm和243 mm，頂板下沉量和底板鼓起量分別為295 mm和630 mm，可以看出，加固方案優(yōu)于原有方案。

圖5 加固方案巷道圍巖變形特征圖

4 結(jié) 論

1) 從原有方案到加固方案，不管是應(yīng)力集中還是應(yīng)力峰值的位置都在向巷道圍巖深部轉(zhuǎn)移，應(yīng)力集中系數(shù)逐漸減小，加固方案的改進能有效地減小和控制巷道周圍破碎區(qū)和巷道表面位移，且對圍巖的穩(wěn)定有較大的影響。

2) 加固方案強調(diào)對頂板與非回采幫的整體穩(wěn)定性的維護，支護結(jié)構(gòu)能夠有效適應(yīng)頂板巖層的劇烈運動，控制圍巖的變形量。留巷穩(wěn)定后，相較于原有方案，加固方案的兩幫移近量縮小一多半只占原來的38%，頂?shù)滓平恐粸樵蟹桨傅?3%.