李曉勇
(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦)
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某煤礦堅(jiān)硬頂板巷旁充填沿空留巷工程實(shí)踐
李曉勇
(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦)
摘要在充分考慮某煤礦8213工作面堅(jiān)硬頂板實(shí)際情況的基礎(chǔ)上,配制了充填材料進(jìn)行巷旁充填,并對(duì)其在現(xiàn)場(chǎng)使用情況進(jìn)行了分析?,F(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)結(jié)果表明:充填體能夠較好地接頂,其強(qiáng)度滿足巷旁支護(hù)要求,對(duì)留巷側(cè)頂?shù)装逡平冃尉哂休^好的適應(yīng)性,有效限制了圍巖變形,留巷效果良好,斷面收縮小,可滿足沿空留巷的技術(shù)要求。
關(guān)鍵詞堅(jiān)硬頂板充填材料巷旁充填沿空留巷
1工作面概況
某煤礦8213工作面位于7-2#煤層盤區(qū),地面標(biāo)高1 221.2~1 232.5 m,工作面標(biāo)高980~1 016 m,工作面由5213巷與2213巷圈成,北部為實(shí)體煤;南部為321皮、321軌、521回等3條盤區(qū)巷,東部為設(shè)計(jì)2211巷,西部緊鄰F2斷層。煤層可采指數(shù)為100%,賦存較穩(wěn)定,總厚0.8~1.42,平均厚1.11 m,煤層結(jié)構(gòu)單一,煤層傾角坡度較大,傾角5°~20°,平均9.5°,與3#煤層的層間距為32~36 m,與11#煤層的層間距約60 m。
2巷內(nèi)及巷旁支護(hù)參數(shù)
本研究充填材料組分含量見表1[1-6]。
表1 充填材料各組分含量 kg/t
巷旁充填體形成初期,基本頂巖層處于穩(wěn)定狀態(tài),充填體與巷內(nèi)支護(hù)共同承載,維護(hù)直接頂,防止直接頂與基本頂之間產(chǎn)生離層,并切落采空區(qū)側(cè)直接頂板,該階段巷旁充填體主要作用對(duì)象為直接頂。充填體的相關(guān)承載強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。由表2可知:采用寬為1.5 m的巷旁充填體即可滿足巷旁支護(hù)阻力的要求[7]。
表2 充填體后期承載強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果
3巷旁充填沿空留巷圍巖變形規(guī)律
3.1巷道圍巖表面位移規(guī)律3.1.1工作面前方巷道表面位移
工作面前方巷道實(shí)體煤側(cè)頂?shù)装濉⒊涮铙w側(cè)頂?shù)装搴蛢蓭鸵平颗c移近速率的關(guān)系如圖1、圖2所示。由圖1、圖2可知:①測(cè)站距工作面50 m以外時(shí),巷道圍巖基本未受到采動(dòng)的影響,保持在掘進(jìn)影響穩(wěn)定后的應(yīng)力平衡狀態(tài);②在工作面前方25~50 m,巷道開始受到采動(dòng)影響,表面位移開始增大但位移量不大,生產(chǎn)幫側(cè)頂?shù)装逡平孔畲髢H10 mm;③進(jìn)入工作面前方25 m范圍之后,巷道開始受到采動(dòng)超前支承壓力的劇烈影響,頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤焖僭黾?,該階段圍巖相對(duì)移近量占總移近量的88%以上;④生產(chǎn)幫側(cè)頂?shù)装逡平棵黠@大于非生產(chǎn)幫側(cè),生產(chǎn)幫側(cè)頂?shù)装逡平孔畲筮_(dá)91 mm,而非生產(chǎn)幫側(cè)頂?shù)装逦灰屏績(jī)H為84 mm,兩幫移近量最大為53 mm,小于頂?shù)装逡平?。由此可見,錨桿(索)支護(hù)對(duì)圍巖變形起到了很好的控制作用,圍巖總體變形量較小,保證了后期留巷圍巖的完整性和穩(wěn)定性。
圖1 巷道圍巖相對(duì)移近量與測(cè)站距工作面距離的關(guān)系
3.1.2工作面后方巷道表面位移
工作面推過后繼續(xù)對(duì)巷道表面位移進(jìn)行觀測(cè),結(jié)果如圖3、圖4所示。由圖3、圖4可知,工作面后方巷道圍巖表面位移變化明顯呈4個(gè)階段:①第1階段,距工作面0~-7 m,該范圍緊靠工作面端頭,斷面較大,而且巷旁充填體剛形成,未能及時(shí)有效地提供巷旁支護(hù)阻力,僅靠巷內(nèi)單體液壓支柱支撐,巷道頂?shù)装逡平枯^大,由于巷道未形成,該段缺乏兩幫相對(duì)移近量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);②第2階段,距工作面-7~-15 m,充填體已構(gòu)筑完成,接頂良好,早期強(qiáng)度高,增阻速度快,有效控制了直接頂板的早期變形,且巷道處于工作面端頭弧形三角板下方,基本頂結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定,使得該范圍內(nèi)巷內(nèi)表面位移增幅較小,變化較緩和;③第3階段,距工作面-15~-56 m,由于弧形三角頂板不斷彎曲、下沉、破斷,致使該范圍內(nèi)不論頂?shù)装逡平窟€是兩幫移近量增幅均較大,工作面每推進(jìn)1 m,充填體側(cè)頂板最大移近量達(dá)9 mm,由于頂板自重及充填體提供的切頂阻力作用,一定高度的頂板依次被切落,因此,巷道表面位移移近速度呈現(xiàn)波動(dòng)性;④第4階段,距工作面-56 m 以外,隨著基本頂在采空區(qū)觸矸、壓實(shí),基本頂運(yùn)動(dòng)已趨穩(wěn)定,該階段巷道圍巖位移也逐漸趨于穩(wěn)定,巷道圍巖移近速度均達(dá)到留巷階段的最小值,工作面推進(jìn)1 m巷道圍巖表面位移量均在1 mm以下。
圖2 巷道圍巖移近速度與測(cè)站距工作面距離的關(guān)系
圖3 巷道圍巖相對(duì)移近量與測(cè)站距工作面距離的關(guān)系
由圖2、圖3可進(jìn)一步分析得出:①0~-56 m,充填體側(cè)頂?shù)装逡平孔畲鬄?33 mm,實(shí)體煤側(cè)僅210 mm,相對(duì)充填體側(cè)較小;②前期充填體側(cè)頂?shù)装逡平俣却笥趯?shí)體煤側(cè),而后期則相反,是由于前期基本頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主,致使充填體側(cè)頂?shù)装逡平俣却笥趯?shí)體煤側(cè),后期基本頂運(yùn)動(dòng)以沉降運(yùn)動(dòng)為主,加之煤體的剛度較充填體小,使得后期實(shí)體煤側(cè)頂?shù)装逡平俣容^充填體側(cè)大,但最后充填體側(cè)和實(shí)體煤側(cè)的移近速度趨于一致,表明充填體對(duì)巷道圍巖整體變形有良好的適應(yīng)性。
圖4 工作面后方巷道圍巖移近速率與
3.2充填體應(yīng)力分布規(guī)律
采用鉆孔應(yīng)力計(jì)測(cè)量充填體內(nèi)部應(yīng)力,初始值固定為2 MPa,測(cè)點(diǎn)布設(shè)于充填體拆模之后的位置,因此在工作面后方10 m范圍內(nèi),無監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。巷旁充填體內(nèi)部的應(yīng)力分布與工作面推進(jìn)的關(guān)系如圖5所示。由圖5可知:隨著工作面的推進(jìn),充填體內(nèi)部應(yīng)力逐漸增加,當(dāng)測(cè)站距工作面-43 m時(shí),充填體內(nèi)部應(yīng)力達(dá)到最大,為6.4 MPa,然后隨著基本頂巖層在采空區(qū)觸矸、形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),充填體內(nèi)部應(yīng)力開始回落,最后穩(wěn)定于5.6 MPa。
圖5 巷旁充填體應(yīng)力分布與測(cè)站距工作面距離的關(guān)系
4結(jié)語(yǔ)
以某煤礦巷旁充填沿空留巷為工程背景,配制了巷旁充填材料,并將其應(yīng)用于工程實(shí)踐,結(jié)果表明,充填體可有效接頂,其強(qiáng)度滿足巷旁支護(hù)要求,可有效限制圍巖變形。
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(收稿日期2016-04-15)
李曉勇(1977—),男,助理工程師,033300 山西省柳林縣。