金達礦柔模混凝土沿空留巷巷旁支護技術應用研究

龐啟云

（山西煤炭運銷集團金達煤業有限公司 山西孝義032300）

隨著開采強度的不斷增大，煤炭資源越來越少，為提高礦井服務年限，越來越多礦區開始使用沿空留巷工藝[1-3]。為進一步提高煤炭資源的采出率，延長礦井服務年限，山西煤炭運銷集團金達煤業采用柔模混凝土隔離墻體沿空留巷技術，代替傳統的區段煤柱護巷方案，本文以10401運輸順槽為預留巷道為研究背景，校核了沿空留巷巷旁支護強度，并通過工程實踐進行驗證性研究。

1 工作面概況

10401綜放工作面回采巷道位于四采區南翼軌道巷東側，工作面所采煤層屬石炭系下統太原組10號煤層，煤層平均埋深452 m，平均厚度為7.4 m，含多層夾矸，工作面走向長度1 020 m，切眼長164 m，煤層頂板為泥巖、砂質泥巖，抗壓強度21.10 MPa，厚度6.9 m～8.5 m；煤層底板為泥巖、砂質泥巖，抗壓強度16.85 MPa，厚度6.6 m。

10401運輸順槽為預留巷道，巷道設計為矩形斷面，沿底掘進，巷道寬5.4 m，高2.8 m，留巷長度為1 020 m，隔離墻體寬度為1 m。頂板采用?20×2 400 mm型左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每排布置5根，間距及排距均為1 000 mm，垂直于頂板打設；兩幫采用?20×2 000 mm型左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間距為1 200 mm，排距為1 000 mm。錨索采用?17.8×5 300 mm型高強度鋼絞線，每排布置2根錨索，間距為1 800 mm，排距為2 000 mm，垂直于頂板打設。

圖1巷道支護斷面圖

2 巷旁支護載荷分析

采用柔?；炷粮綦x墻體沿空留巷技術時，混凝土隔離墻體支護強度對留巷圍巖穩定性具有十分重要的意義，根據金達煤礦10401運輸順槽頂板巖層賦存情況，建立如下力學模型：

圖2巷旁支護載荷計算模型

隔離墻體支護載荷可按照下式計算：

式中：p為支護體載荷；h為采高，取2.4 m，θ為剪切角，根據測量，取26°；x為支護體的寬度，可有效支護沿空巷道的充填體寬度，取1 m；bB為支護體內側到煤壁的距離，取留巷寬度，3.3 m；bC為支護體外側懸頂距，取0.3 m；γs為巖塊重度，取24 kN/m3；α為煤層傾角，取4°。

將各參數帶入式(1)，得，留巷寬為3.3 m、支護厚度為1 m時支護體的載荷為：p=1 271.65 kN/m

考慮到工作面回采動壓的影響系數2～4，這里取3，沿空留巷期間，頂板作用在柔?；炷辽系淖畲笾ёo載荷為p=3 814.96 kN/m。

3 隔離墻體支護載荷

沿空留巷隔離墻體采用柔模混凝土，是一種纖維包裹加筋的預應力復合材料結構體。在軸向壓力作用下，被約束的核心混凝土產生橫向擴容變形，使得錨栓產生拉伸變形，從而形成了作用于核心混凝土的橫向約束力，核心混凝土處于三向受壓應力狀態[4-5]。柔?；炷翂w的承載力計算公式為：

隔離墻體側向約束力按下式計算：

式中：N為巷旁支護的承載能力，kN/m；σr為錨栓套箍作用產生的有效約束力；Acor為環向包裹內混凝土面積，矩形截面Acor=b?h；fc為混凝土抗壓強度設計值，按C30混凝土設計值為15 N/mm2；d為錨桿直徑，取20 mm；σb為鋼筋抗拉強度，取435 N/mm；a1，a2為錨桿間排距，均取1 000 mm。

代入各參數得，σr=0.67 MPa；N=16 832 kN/m。

根據上述分析，沿空留巷所需的巷旁支護載荷為3 814.96 kN/m，采用柔模混凝土隔離墻體進行巷旁支撐時墻體可以承載的載荷為15 912 kN/m，為巷旁支護所需載荷的4.2倍，可以滿足巷旁支護要求。

4 隔離墻體抗滑穩定性分析

采空區冒落矸石堆積在柔?；炷翂w的側邊，對柔模混凝土墻體有一定的側壓力，垮落矸石對隔離墻體的側向壓力按下式計算[6]：

式中：Ea為矸石對巷旁支護的側壓力；γ為松散矸石的重度，取15 kN/m3；H為散落矸石的高度，取2倍的有效采高，即11 m；φ為散落矸石的內摩擦角，取45°。

代入各參數，得Ea=236.5 kN/m。

工作面為靜水平開采，柔?；炷粮綦x墻體抗滑穩定性系數按下式計算：

式中：K為抗滑安全系數；G為隔離墻體自重，取107.5 kN/m；F為沿空留巷頂板壓力，取為頂板充分垮落后形成的壓力，3 814.96 kN/m；μ為隔離墻體與底板之間的摩擦系數，取0.3.

代入各參數，得K=4.98。

根據重力式擋土墻設計規范，墻體抗滑系數不低于1.6，10401運輸順槽隔離墻體抗滑系數為K=4.98，遠高于1.6，因此混凝土柔模隔離墻體可以滿足抗滑穩定性要求。

5 工程實踐

10401運輸順槽采用沿空留巷，巷旁支護采用柔?；炷翂w，柔性模板由外部加筋纖維布和內部拉筋組成，采用自密實、早強、高強等要求的礦用高性能混凝土，正常地質段采用C30級混凝土，隔離墻體厚度為1 m，煤柱影響區等復雜地段采用C40級混凝土，隔離墻體厚度為1.2 m。目前已留巷400余米，成巷過程中混凝土隔離墻體可基本保持穩定，未發生嚴重變形破壞，成巷后隔離墻體未發生嚴重變形破壞，巷旁支護側最大變形量為236 mm，表明沿空留巷巷旁支護設計合理，可以滿足實際生產要求。

6 結語

本文分析校核了金達煤礦10401運輸順槽沿空留巷柔模混凝土墻體巷旁支護的支護強度及抗滑移強度，并通過工程實踐進行驗證性研究，研究表明沿空留巷柔模混凝土隔離墻體設計合理，留巷期間及成巷后期未發生嚴重破壞變形，可以滿足實際安全生產要求。