大型混凝土砌塊組裝成墻沿空留巷技術研究

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律，并采用FLAC3D對工作面不同混凝土支護材料進行數值模擬，通過料垂直應力等值線圖判定采用C50混凝土效果最優。對大型混凝土砌塊整體組裝沿空留巷方案進行設計，確定了座塊和墻塊的參數，并具體分析了混凝土砌塊組裝成墻的施工方法。

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

1工作面概況

183 上 04 工作面位于十八采區，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值模擬，通過不同支護材料垂直應力圖來判定強度效果，從而選出更優的混凝土支護材料。根據183上04 工作面巖層性質設定模型參數，建立50m×50m×40m模型，模型上方施加20 MPa應力荷載，巖層力學參數如表1所示。

2.2模擬結果分析

采用FLAC3D對183上04工作面不同混凝土支護材料進行數值模擬，得到不同材料垂直應力等值線圖，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，其垂直應力主要集中在支護墻體和煤幫深部7～9m處，垂直應力的峰值大小也根據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，其所能承載應力峰值大小分別為3lMPa、30MPa、29MPa。根據應力峰值大小可知，隨著材料強度的增加，墻體所能承受的應力值逐漸增加，能夠分擔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力大，容易形成應力集中區，影響支護墻體的穩定性。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力為29MPa，比C50材料所能承載的最大垂直應力小3%。由于C50材料相對于LC50材料更經濟。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計

砌塊墻是一種傳統的沿空留巷巷旁支護方式，根據183上04工作面地質條件和沿空留巷側向支承壓力分布規律，確定了預制座、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，調整好車廂方位后，通過車廂內的千斤頂將砌塊頂出，擺放在巷道底板上;

③然后再次調整支架車車廂方位，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律，并采用FLAC3D對工作面不同混凝土支護墻體材料進行數值模擬，通過料垂直應力等值線圖判定采用C50混凝土效果最優;

②對大型混凝土塊整體組裝沿空留巷方案進行設計，確定了座塊和墻塊的參數。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律與控制[J].能源與節能，2018（11）：9-10.

[3]王小國，梁家豪，切頂卸壓留巷礦壓顯現規律[J].能源與環保，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研究[J].煤炭技術，2018，37（10）：133-136.