沿空留巷巷旁支护效果让压控制

姜合青 王衍青 崔建忠

（肥城曹庄煤矿有限公司，山东肥城271601）

0 前言

沿空留巷作为新的巷道布置方式在肥城矿业集团曹庄煤矿实验成功，将作为新技术加以推广，巷旁充填体宽度是设计巷旁支护的一个重要参数，它不仅影响着巷旁充填体的稳定性，而且涉及到巷旁支护的劳动强度和经济效果。沿空留巷充填体的破坏主要受到老顶旋转下沉产生应力集中的破坏，充填体的可缩量不能满足沿空留巷整体变形量而产生较高的应力而破坏，或者被冒落矸石的冲击等因素破坏。

1 工作面概况

实验巷道为9503工作面为采区式布置走向长壁布置工作面，工作面位于曹庄煤矿井下东三采区九层煤东翼第二区段。该面煤9两极厚1.32m～1.50m，平均厚1.41m，f=1.5，局部含一层炭质粉砂岩夹石，f=4，属结构简单的稳定中厚煤层，上距煤8平均16.36m，至煤10-2平均层间距2.35m，煤10-2下距五灰平均层间距23.51m，五灰下距奥灰平均层间距16.55m。

工作面两巷顶板支护：采用金属锚杆挂冷拔钢丝网、钢筋梯作永久支护。本面采用综合机械化采煤工艺。

2 沿空留巷设计与实施

设计沿空留巷充填体为厚度1m混凝土墙加矸石带保护巷旁支护形式，支护方式如图1所示，混凝土接顶喷实，巷道经初压开始出现喷体开裂，充填体变形后留巷顶板有裂隙产生。

图1 沿空留巷支护断面

充填体稳定性分析，首先要了解保持沿空留巷系统稳定需要充填体提供多少支护阻力。根据公式沿空留巷每米充填体合理的巷旁支护阻力为：

式中：P为巷旁支护体需要最小的支护阻力，MN；n为垮落层数；a为巷道维护宽度，m；h为切顶岩层的分层厚度，11m；r为第1～n层的岩层平均容重，MN/m3；α为切顶岩层垮落角的余角；Rt为第n层岩层的抗拉强度，MPa。Ln为第n层岩层的垮落顶板岩块长度，m。

根据工作面的地质条件，取工作面切顶总高度为6m计算，将巷道顶板岩层r、h、a等参数代入公式（1）可得：ΣP=1.5MN/m。

根据水泥：沙：石子=1：2：2，微量掺入速干剂的混凝土强度实验，其有效支护强度为不低于15Mpa。确定沿空留巷的巷旁支护强度后，就可根据所需的巷旁支护强度和巷旁支护材料的力学性能，由公式（2）设计巷旁支护宽度。

式中：a1为巷旁支护平均宽度，m；F为沿空留巷所需的巷旁支护强度，MN/m；p为巷旁支护体成型后1d的抗压强度，MPa；K为安全系数，一般K=1.1～1.2。代入相关参数则充填体宽度不小于A=1.2×1.52/15＝0.12m，那么选择主充填体宽度为1m具有足够的强度和安全系数。

根据沿空留巷矿压模型如图2所示，老顶到巷道底板整体变形量为：

式中：h1为老顶回转后触矸高度h1=k(h-m)，a为巷道宽度，a1为充填体宽度，k为碎胀岩石压实系数，k取1.25，l1为关键块超前断裂位置，l为断裂块长度。

根据工作面实际，取h=7m，m=1m，l=18m，l1=3m，a=3m，a1=0.5m，b=2.2m。

则根据公式计算得：△h＝0．154m

图2 沿空留巷矿压模型

根据公式（1）计算结果，顶板加载在充填体上的平均应力为：σ＝F/A=1.522MN/m/0.5m=3.04MPa

式中：εb为充填体应变,A为充填体墙宽度，Eb为矸石混凝土弹性模量,σ为充填体内平均应力,△b为充填体纵向变形量。

以上结果可以看出，如果仅靠矸石混凝土本身的变形量是不能满足留巷顶板下沉量的要求，必须采取必要措施，否则老顶下沉产生的应力集中将破坏矸石混凝土充填体完整性而导致支护失效。

经过分析查阅资料表明，混凝土墙强度虽高，但适应能力差，凝固快，塑性变形能力差，混凝土墙体开裂变形明显，现场无安全感，根据采空区来压给定变形量分析，改变了巷旁支护方案，在混凝土充填体上方采用方木或者放置矸石袋接顶，可为老顶旋转下沉对充填体造成的侧向推力以及直接顶弯曲下沉留下横向变形的空间。巷道来压为充填体形成缓冲区，巷旁支护开裂状况得到明显改善。充填放置0.2m厚矸石袋接顶后效果最好，巷旁基本无开裂体产生。

3 结论

（1）采用混凝土作为充填主要材料具备早期强度较高，增阻速度快的力学特性，能够及时支护直接顶，控制巷道围岩的变形，有利于留巷围岩的稳定。

（2）因老顶回转下沉以及直接顶弯曲下沉造成充填体上部受力不均匀，出现应力集中。直接刚性抗拒老空来压不现实，由于实践中采用可让压变形材料在充填体上部与顶板之间接顶，采取让压的方法避免应力集中对充填体的破坏，其效果较好。

［1] 张东升,等.充填体接顶质量对综放沿空留巷围岩变形的影响[J] .矿山压力与顶板管理,2001(3).