薄煤層石灰巖頂板下高水材料沿空留巷分析

仵振華

(國家能源投資集團神東煤炭集團有限責任公司大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

薄煤層的可開采量占煤礦總體可開采量的19%左右，基本所有的薄煤層都具有一定的開采價值。但薄煤層具有很大的開采局限性，本篇文章分析了石灰巖頂板下高水材料沿空留巷技術的應用。

一、沿空留巷巷道的維護特點

(一)石灰巖頂板的切落難度較大

通常，煤層上覆直接頂為軟弱巖層，煤層上的上覆巖層極易被巷旁支護體切落，但石灰巖頂板的韌性強，強度較大，完整性好，而且石灰巖頂板多為被動垮落。巷旁支護體很難切落足夠的石灰巖頂板。如果不能在采空切落頂板，石灰巖頂板在實煤體上方斷裂后，巖體會旋轉下沉，或是有少部分頂板出現冒落，而冒落部分不能使采空區域填滿，上覆巖層沒有相應的支撐，巖層的荷載力都落在實煤體和巷旁支護體上，這就會導致巷道發生嚴重變形，實煤體幫片嚴重損壞，頂板快速下沉，充填體被壓壞，對礦井的安全造成較大的威脅[1]。

(二)巷旁支護體要具有高強度與高塑性

要切落石灰巖頂板的難度較大，巷旁支護體變形具有較強的強度以及剛度才能把其切除，石灰巖頂板的來壓步距大，荷載力的分布不均勻，極易引起工作面礦壓異常，而且石灰巖頂板下沉時對巷旁填充體的沖擊力較高，為了避免其被損壞，那么巷旁支護體就必須具有較高的塑性，利用自身所具有的特點來緩解頂板下沉帶來的損壞情況。除此之外，巷旁支護體也要具有一定的剛度，這樣才能符合底座的力學承載特點，但剛度不易過高，否則容易導致底座在頂板強烈下降時受到損害，對上覆頂板也有較大的影響。

(三)幫部支護的強度要與頂板的力學特性相適應

石灰巖頂板具有較大的強度，隨著礦井的開采，采空區的頂板懸露的面積會逐漸增多，隨著時間的增長，頂板的能力也會隨之變大，支撐頂板壓力的范圍以及程度也會慢慢增大，頂板運動時所產生的荷載力會加之在巷旁支護體上，從而傳遞給支護體的底座，就是我們所說的巷道巖幫，這對支護體的底座有較大的危害。為了保證巷道的基本形狀和力學的承載結構，必須對兩幫的水平位移以及垂直位移進行限制，因此，需要增加這部分巖體的力學強度，提高其抗拉性能。

二、沿空留巷圍巖控制技術

(一)巷旁支護體材料的選擇以及力學性質

高水速凝材料是一種具有較好性能的水泥，可以在水灰比較高的情況下迅速凝固，高水速凝材料有較高的輸送性，通過兩路管道分別輸送甲、乙兩種材料的漿液，甲、乙兩種材料在與水混合后不產生化學反應，能夠保證一天一夜不會凝固，而當被泵送到充填點之后一旦混合就會快速凝結并硬化。混合漿液的粘稠度較高，這給泵送工作帶來了較大的阻礙，水灰比小，那么所需要的材料就多，成本也會隨之增加。在實際中，要達到既要保證固化體強度又要盡量降低成本、減少泵送的阻力，就需要有合適的水灰比。經過研究發現，選擇水灰比為1.5：1的高水速凝材料既有較好的彈塑性也能達到減少成本的目的。研究發現，在彈性階段，隨應力增強，應變力的增加也較小，而在這一階段充填體可以有效的控制好頂板的下沉問題，并能夠對頂板進行切頂和卸載，在荷載達到峰值之后，高水速凝材料會有較強的塑性變形，隨著應力以及應變的變大，承載力就會下降，但是這種破壞是緩慢的，并沒有承載力較大下降的情況，這說明，固結體在受到局部破壞時，對整體的承載性能的破壞較小，而且如果在不失水的前提下固結體還具有相應的自我恢復能力[2]。在石灰巖頂板條件下沿空留巷時，巷旁支護體必須具備相應的塑性變形特點，而通過高水速凝材料構筑而成的充填體符合這項標準。

(二)巷旁填充參數

巷旁充填體是構筑在巖幫上面的，充填體的高度就是工作面的采高，都是1米，在其他的參數不改變的情況下對不同的巷旁充填體的寬度進行模擬，通過反復試驗，找出巷道圍巖應力應變在不同的寬度下的情況，從而選擇最為合適的充填體寬度。實煤體幫向的擠壓變形量會隨著充填體的寬度變大而減小，充填體向巷內擠壓變形量總體呈下降的趨勢。

試驗發現，盡管底鼓量隨著充填體的寬度變寬和增加，但這種變化很小，而且當寬度到一定的數值之后這種情況就會消失，并且底鼓量會下降。因此一樣的環境下充填體的寬度越大，對于巷道圍巖的控制越容易。綜合各方面的因素考慮，巷旁充填體的寬度在1.2米最為合適。

(三)沿空留巷加強支護技術

為了保證充填工作的順利完成，減少工作面采空壓力對巷道產生的影響，保證留巷的指標符合要求，就需要對工作面進行超前加強支護。其次為了保證工作面在推進的過程中，減少排頭支架對頂板的損害，就需要對裸露的頂板進行支護，通常采取充填點臨時支護的方法。最后，為了保證充填體的承載力以及抗橫向變形能力，通常會對充填體內布置相應的對拉鋼筋對充填體進行加強支護。

三、結語

本篇文章對薄煤層石灰巖頂板下高水材料沿空留巷技術分析進行了分析，并對相關的內容進行了闡述，希望對相關的施工有所幫助。