沿空留巷巷旁充填体合理宽度研究

冯建斌

（1.太原理工大学矿业工程学院，太原 030024；2.吕梁市离石区煤炭局，山西 吕梁 033000）

沿空留巷巷旁充填体合理宽度研究

冯建斌1，2

（1.太原理工大学矿业工程学院，太原 030024；2.吕梁市离石区煤炭局，山西 吕梁 033000）

以金晖荣泰煤业10106工作面回风顺槽作为工程应用试点对象，运用数值模拟软件分析沿空留巷围岩变形特征。通过对不同宽高比的比较，根据留巷巷道围岩的变形量特征，确定试验巷道巷旁支护体适宜的宽高比。研究结果表明，当支护体宽高比不低于1.0时，沿空留巷巷道维护状况改善明显。该研究可为同类型的工程实践提供参考价值。

沿空留巷；数值模拟；围岩控制；合理宽度

沿空留巷技术可以在下一工作面继续使用上一工作面留下的巷道，大大减少了巷道掘进、取消了区段煤柱、避免了下部工作面受煤柱集中应力以及残留煤柱自燃发火的影响、提高了资源回收率、缓解了采掘接替紧张、降低能耗、同时实现“Y”型通风、解决了矿井透气性差、上隅角瓦斯积聚、高瓦斯难抽放煤层开采的瓦斯超限等难题[1]。目前已广泛应用于中厚及薄煤层，是一项高效、绿色、安全的开采技术。但是沿空留巷要经历多次动压影响，巷道变形量大，维护困难，若采空区密闭不严会导致采空区进风自燃和有毒有害气体扩散[2-3]。

本文以山西金晖荣泰煤业10106工作面回风顺槽作为经历两次采动影响的沿空留巷巷道，在数值模拟基础上分析巷旁充填体占沿空留巷宽度不同比例情况下对围岩变形的控制效果关系。根据巷道宽度，通过选择合理充填体宽度控制围岩变形

1 工程地质概况

山西组10号煤层为山西金晖荣泰煤矿主要开采煤层。10号煤层整体处于太原组煤层下方，底板主要为页岩和泥岩，顶板主要为石灰岩和泥岩。煤层含1层夹矸，平均厚度为2.67 m，属于中厚煤层。煤层赋存结构简单，厚度相对稳定，为主要赋存的可采稳定煤层。通过对10号煤层顶底板岩石进行试验，发现其力学性质如下：顶板抗压强度平均为74.4 MPa；抗拉强度4.0～4.45 MPa，平均为4.3 MPa。底板抗压强度为61.6～76.8 MPa，平均为71.2 MPa；抗拉强度3.2～4.1 MPa，平均为3.6 MPa。10号煤层顶板在顶板稳定分类中属中等稳定顶板（Ⅱ类）；因其底板为坚硬岩石，所以一般情况不会出现巷道底鼓现象。

2 沿空留巷支护数值模拟分析

工程应用试验巷道选用山西吕梁离石金晖荣泰煤业10106工作面回风顺槽。巷道宽度4.0 m，高度3.0 m。研究在坚硬顶板沿空留巷的情况下，巷旁支护体宽度占所留巷道的比例为0.5、0.8、1.0、1.5时（对应充填体宽度分别为1.5 m、2.4 m、3.0 m和4.5 m）巷道围岩的变形特点。其顶底板围岩参数如表1所示。

根据该煤矿所处的地质状况及试验巷道顶底板岩层分布情况，选定模型尺寸为140 m×80 m× 30 m(长×宽×高)。应用模拟镜像原则，可将工作面开采宽度设为100 m，选用高强度膏体作为巷旁支护充填材料，充填材料7 d抗压强度为15 MPa，充填体高度确定为为3.0 m，宽度分别为1.5 m、2.4 m、3.0 m和4.5 m，紧随工作面开采充填。巷道宽度为4.0 m，高度3.0 m。

在距开切眼的前方巷道20 m处将设置监测控制点，以记录随采场开挖不同宽度巷旁支护体对沿空留巷围岩变化量的影响。在巷道中心顶板上方0.5 m处布置顶板监测点、在底板下方0.5 m处布置底板监测点，在充填体中部设置充填体内监测点，在距离煤帮中部1.0 m处设置煤帮应力监测点。监测点布置状况图，见图1。

记录留巷过程中不同支护宽度比对应二次围岩变形及受力变化。为了达到更好的模拟效果，所建模型应尽量符合井下实际开采情况，故采用分步开挖，模拟井下三八制采煤作业循环，推进速度为3.6 m/d，即模型每次开挖1.2 m。所建立的模型结构示意图，见图2。

3 数值模拟结果

巷旁充填宽高比不同时，巷道围岩位移与距回采工作面距离的关系见图3-图5。

在垂直方向上，充填体中部垂直位移和巷道顶底板移近量与距回采工作面距离的关系在理论及实践方面均类似。随着工作面的推进不同巷旁充填体位移量增加，并且位移加速度也在增加。表明随着工作面推进，基本顶在直接顶垮落后，发生断裂下沉。当回采工作面超过监测点5 m左右时，垂直位移量仍然增加但位移加速度较上一阶段明显减小甚至可视为匀速下沉。表明此阶段监测点上方的基本顶一端已经触矸，而另一端仍与回采工作面上覆岩层铰接。当回采工作面超过监测点40 m左右时，充填体宽度大于3 m的监测点显示其位移量基本不再增加。表明监测点上方岩层已经整体垮落触矸，变形趋于稳定[6-7]。

充填体中部垂直位移量方面。落后工作面3 m处充填体变形剧烈，同宽高比例为1的充填体相比，宽高比＜1的充填体垂直位移变化量较大，而在本实验内宽高比＞1的充填体垂直位移量基本相同。当工作面超过监测点39 m时位移量开始趋于缓和，充填体宽高比不超过1时，变形速度大大降低，充填体变形量增加值较明显，比4.5 m宽充填体增加180 mm、80 mm、20 mm。

手术室护理始终是护理工作的研究热点,因手术室护理质量直接关乎患者生命健康,尤其是手术实施过程中,任何手术失误会影响手术效果、预后效果,不仅会增加患者的住院时间,增加患者经济负担,还会增加医生、患者的精神压力,引发医患纠纷[3]。因此提升手术室护理,规避风险,提高手术室质量,具有重要意义。

顶底板位移量方面。工作面从距监测点10 m开始至超过监测点3 m时巷道围岩变形量逐渐加快。充填体宽高比不超过1时，与充填体宽高比＞1时相比，巷道垂直位移增长量较大。在距工作面42 m时，充填体宽高比不超过1时，顶底板变形量增加明显，分别比4.5 m宽充填体增加600 mm、300 mm、200 mm。

巷帮位移量方面。距工作面4 m左右时，充填体宽高比＜1时，与充填体宽高比为1时相比巷道帮位移量分别增长了300%、100%，充填体宽高比＞1时，巷帮位移量基本相同。在距工作面40 m左右，充填体宽高比≤1时，顶底板变形量分别比4.5 m宽充填体增加150 mm、90 mm、30 mm。

综上所述，从图中3-图5可以看出，一定范围内随着巷旁支护宽度的增加，宽高比的增大，巷道围岩变形量减小。

当充填体宽高比从0.5增加到0.8时，充填体内部垂直位移减小75%，顶底板移近量减小36%，两帮移近量减小50%。

当充填体宽高比从0.8增加到1时，充填体内部垂直位移减小66%，顶底板移近量减小25%，两帮移近量减小46%。充填体支护状况改善显著。

当充填体宽高比从1增加到1.5时，充填体内部垂直位移减小33%，顶底板移近量减小180%，两帮移近量减小71%。顶底板维护状况改善显著。

巷道变形量趋于缓和的稳定阶段位于巷道围岩在工作面后方42 m处，其中充填体宽高比为0.8和1时，虽然变形加速度减小，但是变形仍在继续，呈现低速增长特性。当充填体宽度占巷道宽度比例比超过1时，巷道变形量基本趋于稳定。由此可以看出，对于坚硬顶板沿空留巷来说，巷旁支护宽高比不宜小于1.0。

4 结束语

1）适宜的巷旁充填体宽高比直接影响着沿空留巷围岩的稳定性。2）顶板下沉不可避免，因此应保证支护预留一定的可缩性以适应顶板垮落。3）对于坚硬顶板沿空留巷，比较其各个位移量发现，当巷旁支护体宽度为3.0 m时，巷道围岩变形量状况明显改善，因此巷旁支护宽高比不宜小于1.0。

[1]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社，2004.

[2]康红普，牛多龙，张镇，等.深部沿空留巷围岩变形特征与支护技术[J].岩石力学与工程学报，2010，29(10)：1977-1987.

[3]陈勇，柏建彪，朱涛垒，等沿空留巷巷内支护技术研究与应用[J].煤炭学报，2012，37(6)：903-910.

[4]李迎富，华心祝.沿空留巷上覆岩层关键块稳定性力学分析及巷旁充填体宽度确定[J].岩土力学，2012，33(4)：1134-1139.

[5]张吉雄，姜海强，缪协兴，等.密实充填采煤沿空留巷巷旁支护合理宽度研究[J].采矿与安全工程学报，2013,30(2)：159-164.

[6]陈勇，柏建彪，徐营，等.沿空留巷巷旁支护体宽度的合理确定[J].煤炭工程，2012（5）：4-7.

[7]白兰永.冒落矸石自行充填沿空巷道矿压显现规律研究[J].金属矿山，2011，420（6）：63-66.

Reasonable Width of Sideward Backfilling in Gob-side Entry Retaining

FENG Jianbin1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Lishi Bureau of Coal,Lvliang 033000,China)

Taking the return air crossheading of No.10106 mining face in Jinhui Rongtai Coal Co., Ltd.as pilot study of engineering application,numerical simulation was used to study the deformation features of surrounding rock in gob-side entry retaining.By comparing different width-height ratios and basing on deformation of the surrounding rock,a suitable width-height ratio of sideward support in the testing gallery was determined.The results showed that when the width-height ration of the support was not less than 1.0,the maintenance of the gob-side entry retaining was significantly improved.The study could provide reference for similar engineering practice.

gob-side entry retaining;numerical simulation;surrounding rock control;reasonable width

TD353

A

1672-5050（2015）01-0055-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.018

（编辑：武晓平）

2014-12-17

冯建斌（1969-），男，山西吕梁人，大学本科，工程师，从事煤炭安全管理工作。