浅析沿空留巷充填墙体几何尺寸及位置的选择

孙军

（淮南矿业集团朱集东矿，安徽 淮南 232087）

沿空留巷以其能够提高回采率、解决瓦斯超限、实现Y形通风等特点，在煤矿开采中被普遍应用。目前，沿空留巷时普遍采用膏体或混凝土构筑巷旁充填体，隔绝采空区瓦斯、水和其他有害气体，并实现对顶板的支护。充填体高度一般与回采高度一致，充填工艺也基本确定，因此，能否在施工之前设计合理的充填体几何尺寸及位置，成为制约沿空留巷成功与否的重要因素。

1 工程概况

主集矿1111（1）工作面主采11-2煤，煤层平均厚度为1.26 m，沿11-2煤顶板回采高度为1.8 m，平均开采深度910 m。煤层直接顶板为泥岩，厚度0.79～34.80 m，平均9.87；老顶为细砂岩，厚度0.78～6.55 m，平均3.67 m。直接底为泥岩、砂质泥岩及11-1煤，厚1.3～16.4 m，平均厚10.5 m；老底为0.8～2.3 m平均厚度1.5 m的砂岩。为实现工作面Y形通风，缓解接替紧张、解决瓦斯超限等问题，工作面轨道顺槽拟采用沿空留巷。

巷道开挖后采用锚梁网的支护形式，支护参数为：顶锚杆7根，长2.8 m，锚杆直径22 mm，锚索两根，直径21.8 mm，帮部5根锚杆，长2 m，直径22 mm。

2 充填墙体几何尺寸的确定

充填墙体的几何尺寸包括墙体的宽度、高度和单垛墙体的长度。充填墙体的高度一般与采高一致，但一般可在预砌筑充填墙体的位置降低开采高度，避免墙体高宽比过大，防止留巷后墙体出现歪斜、回转或倾倒。因此，墙体高度的取值一般小于3.5 m。

2.1 充填墙体的宽度

充填墙体的宽度和高度受开采强度影响最大，也受到埋藏、煤层倾角、开采高度和顶底板岩性的影响，开采强度越大、采高越大或者煤层倾角越大，充填墙体的宽度应随之增大，其取值一般在1.5～4.0 m。根据朱集矿1111（1）工作面轨道顺槽与采高的关系（前者为2.8 m，后者为1.8 m），首采面采用沿空留巷时，墙体的有效宽度应在2.0 m以上。

通过大量现场实测，墙体的有效宽度一般比设计宽度小0.5～1.0 m，比如设计宽度为2.5 m的墙体，其有效承载范围一般仅为1.5 m，主要原因有墙体接顶不实、墙体楞边易应力集中损毁、直接顶岩性过差、煤层倾角大且采用走向长壁采煤时易抽冒。根据朱集1111（1）首采面顶板岩性，其墙体有效宽度应在2.0 m以上，设计宽度应在3.0 m以上。

2.2 单垛充填墙体的长度

单垛充填墙体的长度与充填支架规格、充填设备工作能力、立模方式、充填材料的早强特性以及工作面推进速度相关，从各综采面的日推进度来看，一般为3～10 m，充填材料浇筑3 h后即可拆模，如果采用充填支架单垛墙体长度可达3.5 m，使用人工立模或改进后的充填车单垛墙体长度也能够达到3.5 m，甚至4.0 m以上，朱集1111（1）首采面日推进度平均6 m，可采用单垛3 m，日充填两班，准备检修班一班的“三八”制作业形式。综上所述，朱集矿1111（1）首采面充填墙体宽度确定为3.0 m，单垛充填墙体长度3 m，高度与回采高度一致，均为1.8 m。

3 充填墙体的初始位置选择

根据墙体与巷道相对位置的留巷方式有原位、半原位、巷内和靠帮四种方式，这几种方式在现场均有使用，各方式的优缺点及适用条件如下。

3.1 原位留巷

优点为初始留巷宽度大，基本与巷道原宽一致，理论上预留变形空间大；缺点为过宽的初始断面反而易造成更强的矿压显现，实际的巷道空间反而更小。

适用条件：无伪顶，顶板岩性好、完整性好，如直接顶厚度10 m以上的整层砂层（谢桥矿12418工作面轨道顺槽）。

3.2 半原位留巷

优点为留巷跨度适当减少，易降低矿压显现程度，墙体顶板与巷道掘进期间的支护构件易发挥组合作用，初始跨度可取3.5～4.0 m；缺点为非回采侧煤壁加固必须到位，否则过大的帮部变形易导致巷道断面急剧减少，为下一工作面回采时必须刷帮处理。

适用条件：开采强度大、留巷时间长，有完善尾巷修复系统的工程条件。

3.3 巷内留巷

优点为初始断面宽度小，容易维护，留巷帮顶及墙体整体性好；缺点为如果非回采侧帮部变形不能有效控制或底鼓修复过于滞后，留巷断面难以保持。

适用条件：顶板岩性及完整性好，留巷后不需要瓦斯治理，断面要求低。

3.4 靠帮留巷

优点为充填墙体砌筑时直接与非回采侧帮部相接，充填墙体的易构筑，非回采侧煤壁及顶板完整性保持稳定，墙体上方即为原巷道顶板支护，不需要另外施工支护方式，充填墙体完整性易保持，不易发生旋转或倾倒；缺点为相邻工作面回采时必须完成沿小煤柱或沿充填墙体进行重新掘巷。

适用条件：瓦斯储量低、煤层坚固性系数或厚煤层（综放或大采高）条件。

图1 充填墙体尺寸及留设位置示意图

由于1111（1）工作面埋深大，回采过程中矿压显现比较强烈，顺槽长度大，留巷需要长时间维护，且后期需对非回采侧煤柱进行及时扩刷，保证两阶段留巷技术的成功。因此，构筑充填墙体时应采取半原位留巷方式，即充填墙体适当进入巷道内部，墙体宽度为3.0 m，骑入巷道的宽度Δh=800（巷道掘进期间设计宽度为4 600 mm）或1 000 mm（巷道掘进期间设计宽度为4 800 mm），即初始留巷宽度均为3 800 mm，如图1所示。

4 结束语

充填墙体几何尺寸的不同影响到了墙体顶板和墙体本身的应力分布，选择合适的宽度可以避开顶板浅部及墙体本身出现应力集中。充填墙体位置不当是造成巷道面积，尤其是巷道宽度急剧减小的一个重要因素。因此，在工程实践之前应针对工程特点进行深入调研、观测及分析，确定合适的充填墙体几何尺寸及位置。

参考文献：

［1］张吉雄，姜海强，缪协兴，等.密实充填采煤沿空留巷巷旁支护体合理宽度研究［J］.采矿与安全工程学报，2013，30（02）：159-164.

［2］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（05）：4-7.

［3］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（04）：1134-1140.