大型混凝土砌块组装成墙沿空留巷技术研究

林恩军

摘要：以183上 04工作面为研究对象，分析了沿空留巷顶板破断规律，并采用FLAC3D对工作面不同混凝土支护材料进行数值模拟，通过料垂直应力等值线图判定采用C50混凝土效果最优。对大型混凝土砌块整体组装沿空留巷方案进行设计，确定了座块和墙块的参数，并具体分析了混凝土砌块组装成墙的施工方法。

关键词：沿空留巷;顶板破断;砌块

为了避免相邻工作面之间已采工作面采空区侧向支承压力对未采工作面影响，需要在相邻工作面之间设置一定宽度的煤柱，不仅造成资源的浪费，而且煤柱会对近距离开采的煤层产生较大的影响[l-2]。沿空留巷是一种无煤柱护巷的技术，变掘巷为留巷，减少巷道掘进，提高矿井的生产效力;不留设煤柱，避免由于煤柱影响出现应力集中，使巷道围岩受高集中应力影响，发生变形破坏，影响矿井的安全生产[3-4]。因此，对混凝土砌块成墙沿空留巷技术研究为矿井的安全高效生产提供保障，也为类似条件下矿井沿空留巷提供技术支撑。

1工作面概况

183 上 04 工作面位于十八采区，工作面地面标高+43.2m - 44.8m左右，井下标高-705m ～ -850m左右，埋深约750～900m左右，表土层厚度为580m左右。煤层厚度约2.Om～4.5m，平均厚度3.5m，煤层赋存稳定，煤层倾角为6°～10°。f=1.7左右。采用走向长壁法对工作面进行回采，工作面走此案够长度为480m，倾向长度为170m。183上04 工作面整体为南北高中间低的向斜构造，且工作面涌水量较大，为确保工作面顺利排水，施工 183上05胶顺作为泄水巷。183上04 工作面辅顺通过183 上 04泄水巷与183上05胶顺低洼处贯通，进行集中排水。

2不同支护材料对数值模拟

2.1模拟方案

采用FLAC3D对沿空巷道分别采用C40、C50、C60、LC50混凝土作为墙体材料进行数值模拟，通过不同支护材料垂直应力图来判定强度效果，从而选出更优的混凝土支护材料。根据183上04 工作面岩层性质设定模型参数，建立50m×50m×40m模型，模型上方施加20 MPa应力荷载，岩层力学参数如表1所示。

2.2模拟结果分析

采用FLAC3D对183上04工作面不同混凝土支护材料进行数值模拟，得到不同材料垂直应力等值线图，如图1所示。

由图1可知，采用不同的混凝土材料作为支护墙体时，其垂直应力主要集中在支护墙体和煤帮深部7～9m处，垂直应力的峰值大小也根据混凝土材料强度的不同而各部相同。对于分别采用C40、C50、C60三种混凝土支护材料时，其所能承载应力峰值大小分别为3lMPa、30MPa、29MPa。根据应力峰值大小可知，随着材料强度的增加，墙体所能承受的应力值逐渐增加，能够分担巷道两帮围岩的支撑力多。

由图表明，当采用C60材料时，墙体底部所承受的垂直应力大，容易形成应力集中区，影响支护墙体的稳定性。而对于C50与LC50混凝土材料，当采用LC50材料时，墙体所能承载的最大垂直应力为29MPa，比C50材料所能承载的最大垂直应力小3%。由于C50材料相对于LC50材料更经济。综上所诉，最终采用C50混凝土材料。

3混凝土块组装沿空留巷设计

砌块墙是一种传统的沿空留巷巷旁支护方式，根据183上04工作面地质条件和沿空留巷侧向支承压力分布规律，确定了预制座、墙二块式大型混凝土砌块组装成墙的沿空留巷方式。

整体组装砌块，整个墙体仅由座块和墙块组成，两种砌块组装在一起即形成留巷墙体，高效、快捷，墙体承载能力强。沿空留巷支护材料采用C50大型混凝土砌块，砌块主要有两种不同规格，其中座块长、宽、高分别为2.Om、1.3m、0.5m，重量为3.5t;墙块长、宽、高分别为2.Omm、1.3mm、2.05mm，重量为13t。

4混凝土砌块组装成墙

混凝土砌块共两块，分为1、2，砌块1与2重叠放置，具体施工方法为：

①运输砌块到达指定位置前，必须确保巷道净高不低于2.8m，不足2.8m时，必须先确保巷道高度和底板平整;

②运输砌块到位后，先由支架车运输砌块1至指定位置，调整好车厢方位后，通过车厢内的千斤顶将砌块顶出，摆放在巷道底板上;

③然后再次调整支架车车厢方位，使车厢底部高过砌块1（支架车自身无法调整至此高度时，可使用方木等物料垫好车轮，将车厢抬高），将砌块2的凹陷部位与砌块1的突起部位对正，使用40t链条或绳套连接砌块1与车厢或使用单体将砌块1顶牢，通过车厢内的千斤顶将砌块2顶出，使砌块2叠放在砌块1上，若千斤顶行程不足、推力不够或位置偏移时，可使用单体支柱、手拉葫芦或绞车协助操作;

④混凝土砌块卸车后，使用长度适中的单体、千斤顶或手拉葫芦进行调整，确保砌块长边平行巷道，砌块外沿距离183+ 04辅顺巷道偏中线1285mm。

5结论

①以183 上 04 工作面为研究对象，分析了沿空留巷顶板破断规律，并采用FLAC3D对工作面不同混凝土支护墙体材料进行数值模拟，通过料垂直应力等值线图判定采用C50混凝土效果最优;

②对大型混凝土块整体组装沿空留巷方案进行设计，确定了座块和墙块的参数。并对混凝土砌块组装成墙的施工方法进行了具体分析，开辟了沿空留巷的新思路。

参考文献：

[1]衡多，张九雨，薄煤层下短距离泵送混凝土充填沿空留巷技術研究[J].煤炭工程，2018，50（11）：10-13.

[2]李旭锋，沿空留巷顶板下沉规律与控制[J].能源与节能，2018（11）：9-10.

[3]王小国，梁家豪，切顶卸压留巷矿压显现规律[J].能源与环保，2018，40（10）：203-206.

[4]周长龙，李洪，大型混凝土砌块组装成墙沿空留巷技术研究[J].煤炭技术，2018，37（10）：133-136.