某煤矿坚硬顶板巷旁充填沿空留巷工程实践

李晓勇

(山西汾西矿业集团贺西煤矿)



某煤矿坚硬顶板巷旁充填沿空留巷工程实践

李晓勇

(山西汾西矿业集团贺西煤矿)

摘要在充分考虑某煤矿8213工作面坚硬顶板实际情况的基础上，配制了充填材料进行巷旁充填，并对其在现场使用情况进行了分析。现场矿压观测结果表明：充填体能够较好地接顶，其强度满足巷旁支护要求，对留巷侧顶底板移近变形具有较好的适应性，有效限制了围岩变形，留巷效果良好，断面收缩小，可满足沿空留巷的技术要求。

关键词坚硬顶板充填材料巷旁充填沿空留巷

1工作面概况

某煤矿8213工作面位于7-2#煤层盘区，地面标高1 221.2～1 232.5 m，工作面标高980～1 016 m，工作面由5213巷与2213巷圈成，北部为实体煤；南部为321皮、321轨、521回等3条盘区巷，东部为设计2211巷，西部紧邻F2断层。煤层可采指数为100%，赋存较稳定，总厚0.8～1.42，平均厚1.11 m，煤层结构单一，煤层倾角坡度较大，倾角5°～20°，平均9.5°，与3#煤层的层间距为32～36 m，与11#煤层的层间距约60 m。

2巷内及巷旁支护参数

本研究充填材料组分含量见表1[1-6]。

表1　充填材料各组分含量　kg/t

巷旁充填体形成初期，基本顶岩层处于稳定状态，充填体与巷内支护共同承载，维护直接顶，防止直接顶与基本顶之间产生离层，并切落采空区侧直接顶板，该阶段巷旁充填体主要作用对象为直接顶。充填体的相关承载强度参数计算结果见表2。由表2可知：采用宽为1.5 m的巷旁充填体即可满足巷旁支护阻力的要求[7]。

表2　充填体后期承载强度计算结果

3巷旁充填沿空留巷围岩变形规律

3.1巷道围岩表面位移规律3.1.1工作面前方巷道表面位移

工作面前方巷道实体煤侧顶底板、充填体侧顶底板和两帮移近量与移近速率的关系如图1、图2所示。由图1、图2可知：①测站距工作面50 m以外时，巷道围岩基本未受到采动的影响，保持在掘进影响稳定后的应力平衡状态；②在工作面前方25～50 m，巷道开始受到采动影响，表面位移开始增大但位移量不大，生产帮侧顶底板移近量最大仅10 mm；③进入工作面前方25 m范围之后，巷道开始受到采动超前支承压力的剧烈影响，顶底板及两帮移近量均快速增加，该阶段围岩相对移近量占总移近量的88%以上；④生产帮侧顶底板移近量明显大于非生产帮侧，生产帮侧顶底板移近量最大达91 mm，而非生产帮侧顶底板位移量仅为84 mm，两帮移近量最大为53 mm，小于顶底板移近量。由此可见，锚杆(索)支护对围岩变形起到了很好的控制作用，围岩总体变形量较小，保证了后期留巷围岩的完整性和稳定性。

图1　巷道围岩相对移近量与测站距工作面距离的关系

3.1.2工作面后方巷道表面位移

工作面推过后继续对巷道表面位移进行观测，结果如图3、图4所示。由图3、图4可知，工作面后方巷道围岩表面位移变化明显呈4个阶段：①第1阶段，距工作面0～-7 m，该范围紧靠工作面端头，断面较大，而且巷旁充填体刚形成，未能及时有效地提供巷旁支护阻力，仅靠巷内单体液压支柱支撑，巷道顶底板移近量较大，由于巷道未形成，该段缺乏两帮相对移近量监测数据；②第2阶段，距工作面-7～-15 m，充填体已构筑完成，接顶良好，早期强度高，增阻速度快，有效控制了直接顶板的早期变形，且巷道处于工作面端头弧形三角板下方，基本顶结构相对稳定，使得该范围内巷内表面位移增幅较小，变化较缓和；③第3阶段，距工作面-15～-56 m，由于弧形三角顶板不断弯曲、下沉、破断，致使该范围内不论顶底板移近量还是两帮移近量增幅均较大，工作面每推进1 m，充填体侧顶板最大移近量达9 mm，由于顶板自重及充填体提供的切顶阻力作用，一定高度的顶板依次被切落，因此，巷道表面位移移近速度呈现波动性；④第4阶段，距工作面-56 m 以外，随着基本顶在采空区触矸、压实，基本顶运动已趋稳定，该阶段巷道围岩位移也逐渐趋于稳定，巷道围岩移近速度均达到留巷阶段的最小值，工作面推进1 m巷道围岩表面位移量均在1 mm以下。

图2　巷道围岩移近速度与测站距工作面距离的关系

图3　巷道围岩相对移近量与测站距工作面距离的关系

由图2、图3可进一步分析得出：①0～-56 m，充填体侧顶底板移近量最大为233 mm，实体煤侧仅210 mm，相对充填体侧较小；②前期充填体侧顶底板移近速度大于实体煤侧，而后期则相反，是由于前期基本顶的运动以旋转运动为主，致使充填体侧顶底板移近速度大于实体煤侧，后期基本顶运动以沉降运动为主，加之煤体的刚度较充填体小，使得后期实体煤侧顶底板移近速度较充填体侧大，但最后充填体侧和实体煤侧的移近速度趋于一致，表明充填体对巷道围岩整体变形有良好的适应性。

图4　工作面后方巷道围岩移近速率与

3.2充填体应力分布规律

采用钻孔应力计测量充填体内部应力，初始值固定为2 MPa，测点布设于充填体拆模之后的位置，因此在工作面后方10 m范围内，无监测数据。巷旁充填体内部的应力分布与工作面推进的关系如图5所示。由图5可知：随着工作面的推进，充填体内部应力逐渐增加，当测站距工作面-43 m时，充填体内部应力达到最大，为6.4 MPa，然后随着基本顶岩层在采空区触矸、形成稳定的结构，充填体内部应力开始回落，最后稳定于5.6 MPa。

图5　巷旁充填体应力分布与测站距工作面距离的关系

4结语

以某煤矿巷旁充填沿空留巷为工程背景，配制了巷旁充填材料，并将其应用于工程实践，结果表明，充填体可有效接顶，其强度满足巷旁支护要求，可有效限制围岩变形。

参考文献

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(收稿日期2016-04-15)

李晓勇(1977—)，男，助理工程师，033300 山西省柳林县。