充填开采沿空留巷技术研究

冯超 杨媛媛

摘 要：在分析充填開采以及沿空留巷技术特点的基础上，提出了充填开采沿空留巷技术，榆林某矿作为首个试验工作面进行了实施。FLAC3D数值模拟及工业应用均验证了厚松散层浅埋深煤层进行充填开采沿空留巷的可行性。研究表明，该技术合理，沿空留巷稳定，地表沉降控制效果理想。

关键词：充填开采;沿空留巷;数值模拟

中图分类号：TD823.7;TD353 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）04-0117-02

Research of Gob-side Entry Retaining in Backfill Mining

FENG Chao YANG Yuanyuan

（College of Civil and Architectural Engineering， Anyang Institute of Technology， Anyang Henan 455000）

Abstract： Based on the analysis of mining and filling along the goaf with technical features， the gob-side entry retaining and backfill mining was proposed at Yuyang mining area and applied firstly. FLAC3D numerical simulation and industrial application verified the feasibility of retaining roadway along goaf in filling mining in shallow and deep coal seam with thick loose seam. The results show that this technique is reasonable， gob-side roadway remained stable， ground surface settlement is effectively controlled.

Keywords： backfill mining;gob-side entry retaining;numerical simulation

充填开采沿空留巷技术是一种新型的无煤柱开采技术[1]，工作面后方的采空区被及时有效的充填，能抑制上覆岩层的垮落，控制地表变形，原巷道临采空区侧，利用有效的支挡结构，充填体硬化后，将原有巷道保留下来，实现无煤柱开采。该技术既具有充填开采控制地表变形的特点，又具有沿空留巷提高煤炭采出率、少掘巷道的优势，已经成为现在采煤技术的首选[2，3]。榆林某矿采用风积砂作为充填骨料实施充填开采沿空留巷技术，对应上方地表一年内累计沉降量最大10mm。巷旁与采空区充填体一次施工，结构整体稳定性好，有效提高了井下结构的安全系数。

1 工程概况

工作面开采3号煤层，地质构造简单，层位稳定，煤层平均倾角0.28°，煤层厚度为3.45～3.85m，平均厚度为3.6m，采厚3.0～3.6m，埋深166～230m，平均埋深190m。工作面推进长度1 149m，覆岩上部为风积砂松散层和黏土层，风积砂厚度为6.47～43.95m，平均厚度20m。由亚黏土、黏土（三趾马红土）组成的黏土层，平均厚度为11.37m。上覆岩层由中粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩和砂质泥岩组成，钻孔揭露厚度为47～127m。

2 充填开采沿空留巷数值模拟

2.1 计算模型的建立

数值计算模型x方向400m，其中工作面倾向长100m;y方向260m，其中工作面推进长度200m;z方向高166.4m。模型的上边界为地表，下边界位移固定，左右边界水平位移固定，研究范围内的煤岩层采用莫尔-库仑准则。

2.2 计算结果及分析

充填体与顶板覆岩相当于弹性地基板模型，充填体既能对顶板覆岩缓冲让压，从而使其释放地压，又能有效支护，防止其过度下沉，起到了柔性支护的作用，达到了良好的支护效果。与垮落式开采相比，覆岩下沉量明显减小，顶板最大位移为120mm，地表最大下沉值为20mm。

3 充填开采沿空留巷支护参数

3.1 锚索补强支护

沿空巷道的补强支护采用Φ15.24mm×5 000mm锚索，1排2根，间排距1.8m×1.8m，锚索矩形布置，一排沿巷道中线布置，另一排布置在采空区侧距巷道边0.7m的位置，排距方向与锚杆相间布置。配钢托板，规格300mm×300mm×15mm，2支Z2370树脂锚固剂，预紧力为50kN。留巷锚杆、锚索布置见图1所示。

3.2 矿压观测

3.2.1 沿空巷道位移。沿空留巷顶底板总移近量最大为27mm，滞后工作面30m以内时变形速度较快，顶底板移近量达最终移近量的80%以上;滞后工作面50m以外时顶底板趋于稳定，滞后工作面80m时，顶板稳定，变形不再发展。顶底板移近量与滞后工作面距离关系如图2所示。

3.2.2 沿空巷道巷旁充填体压力。距离工作面35m时，巷旁充填体载荷达到最大值52kN，即巷旁充填体内部垂直应力最大为1.3MPa;推采至115m即工作面推过监测点约35m后，巷旁充填体载荷趋于稳定。充填体载荷与距工作面距离关系如图3所示。

3.2.3 充填体强度。由于前期充填试验阶段对充填材料配比的调整，充填体强度波动较大，不同充填位置的充填体28d单轴抗压强度波动在4～7.8MPa，充填120m后充填体28d单轴抗压强度稳定在4.8～5.5MPa。充填体强度增长速度较慢，充填体3d单轴抗压强度为2MPa，达设计强度的40%。按照充填体强度设计要求，7d抗压强度需达到设计值的50%以上，而实测7d强度3.2MPa，为设计强度的64%。不同充填位置巷旁充填体强度及充填体强度随龄期的变化如图4所示。

3.2.4 锚索拉力。距切眼50、150m和250m处各安装锚索拉力监测仪一套，锚索预紧力50kN，50m和250m处监测仪为超前50m工作面安装，150m处为滞后工作面30m时安装。未受采动锚索影响时，锚索拉力变化幅度较小，当受采动影响时，锚索拉力最高达300kN，滞后工作面30m后锚索拉力趋于稳定，稳定后为150kN。滞后工作面30m处安装的锚索拉力监测仪数据变化不大，说明滞后工作面30m安装的锚索作用效果不明显。因此，为了使锚索有效发挥作用，锚索及锚索拉力监测仪应尽量超前工作面施工安装。

4 结论

①数值模拟结果显示，充填开采沿空留巷与垮落式开采相比覆岩下沉量明显减小，地表最大下沉值20mm。

②实践表明，充填开采沿空留巷顶底板总移近量最大27mm，充填体压力仅为1.3MPa，充填体强度达到设计值，矿压显现稳定，实践效果良好。

参考文献：

[1]钱鸣高，许家林，缪协兴.煤矿绿色开采技术[J].中国矿业大学学报，2003（4）：343-347.

[2]龚轩，刘怀连，李松，等.充填开采技术在平煤股份十二矿的实践应用[J].煤矿安全，2013（3）：153-155.

[3]王朋飞，惠庆波，王志强.巷内预置充填带无煤柱覆岩离层充填开采技术优化研究[J].煤炭工程，2013（8）：86-88.