沿空留巷巷旁充填支護(hù)效果及經(jīng)濟(jì)效益分析

孫紅俊

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán) 水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300)

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

沿空留巷巷旁充填支護(hù)效果及經(jīng)濟(jì)效益分析

孫紅俊

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán) 水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300)

以某礦L4406工作面為研究對(duì)象，闡述了巷旁充填的工藝設(shè)計(jì)，從經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益分析了巷旁充填的優(yōu)越性，并對(duì)L4406工作面巷旁充填的支護(hù)效果進(jìn)行考察，巷道在經(jīng)歷了支承壓力和L4406工作面一次采動(dòng)影響后，留巷的整體效果良好，巷道斷面平均收縮率小，使得后期維護(hù)工程量小，完全滿足預(yù)期留巷的設(shè)計(jì)要求。

沿空留巷；巷旁充填；支護(hù)；礦壓

應(yīng)用礦用注漿袋泵柱混凝土技術(shù)建設(shè)人造巷幫是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工程，需要全方位考慮施工效果，在工程進(jìn)度中必須滿足施工安全的需要，還要求工程質(zhì)量達(dá)到一定要求。應(yīng)用礦用注漿袋混凝土技術(shù)的沿空留巷在混凝土剛性支護(hù)的同時(shí)，還必須有錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)。該技術(shù)的先進(jìn)性體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了切頂卸載，能夠?qū)崿F(xiàn)大產(chǎn)量生產(chǎn)需要，對(duì)以后的維護(hù)工作也有許多優(yōu)勢。

1 施工工藝簡介

1.1 施工流程

在該技術(shù)中，混凝土的使用量巨大，并需要進(jìn)行兩次的拌合才能在沿空留巷技術(shù)中應(yīng)用。第一次拌合在地面進(jìn)行，主要是對(duì)料進(jìn)行有效的攪拌，使其分布均勻。第二次拌合發(fā)生在井下，是濕料拌合。其中在首次拌合到第二次拌合的間隙必須保證混凝土干料的干燥程度，如果混凝土干料提前接觸到水分，有可能發(fā)生硬化現(xiàn)象，影響混凝土使用效果。

混凝土泵布置在運(yùn)輸巷，利用礦車干料被輸送到運(yùn)輸巷，通過上料機(jī)的鏈接作用，到達(dá)攪拌機(jī)后經(jīng)過充分拌合，攪拌均勻的混凝土被送到混凝土泵內(nèi)，通過混凝土泵的壓力將其注進(jìn)端頭聚丙烯充填袋內(nèi)。混凝土沿空留巷技術(shù)工藝比較復(fù)雜，基本的施工流程見圖1.

圖1 人造巷幫沿空留巷施工工藝流程圖

1.2 施工材料

泵注混凝土材料及沿空留巷技術(shù)主要的施工材料見表1.

1.3 施工過程

沿空留巷人造巷幫的施工過程見圖2.

2 礦壓觀測

礦井礦壓觀測是確保煤礦安全生產(chǎn)的重要手段。本文通過現(xiàn)場礦壓觀測對(duì)人造巷幫沿空留巷支護(hù)效果進(jìn)行分析，研究人造巷幫沿空留巷工程現(xiàn)場支護(hù)參

表1 人造巷幫施工主要材料表

圖2 人造巷幫生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖

數(shù)的改進(jìn)和修正。

2.1 觀測方法

1) 頂板離層監(jiān)測。

將頂板離層儀放于穩(wěn)定巖層，淺基點(diǎn)位于0.5～1.0 m，每30～50 m安裝1組離層儀。離層值大于安全值時(shí)及時(shí)采取措施。如測點(diǎn)損壞，重新布置離層儀。

2) 對(duì)混凝土墻體內(nèi)部壓力的觀測。

將測力計(jì)預(yù)埋在混凝土人造巷幫充填體內(nèi)對(duì)人造巷幫充填體的受壓狀況進(jìn)行觀測。

2.2 人造巷幫沿空留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

在L4406工作面上進(jìn)行采區(qū)掘進(jìn)以后，通過設(shè)置觀測站的方法檢測圍巖變形量，在充填體以內(nèi)布置至少5組以上的觀測站。最后選取其中比較有代表性的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1) 人造巷幫沿空留巷巷道變形規(guī)律。

通過對(duì)比得出在測站I-II處的巷道圍巖的變形情況具有代表性，并將其作為分析L4406工作面巷道圍巖變形規(guī)律的根據(jù)。沿空留巷巷道圍巖變形和回采工作面距離變化關(guān)系見圖3.

圖3 L4406工作面I-II測站圍巖變化曲線圖

通過圖3可以得到：

a) 在距離工作面5～50 m，頂?shù)装宓囊平俣瓤梢赃_(dá)到5 mm/d，在巷道的中部位置移近量比較大，可以達(dá)到26 mm以上。

b) 在超前工作面10 m外，頂?shù)装逡平俣葹?～2 mm/d.

c) 在采空區(qū)側(cè)頂?shù)装逦恢玫囊平勘憩F(xiàn)很突出，可以達(dá)到8 mm.

通過對(duì)現(xiàn)場情況進(jìn)行分析可以得出：

a) 為減小人造巷幫沿空留巷圍巖變形，其超前支護(hù)、巷旁支護(hù)和巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)均很重要。

b) 人造巷幫沿空留巷圍巖變形量較小，其巷旁支護(hù)尤為重要。

2) 人造巷幫充混凝土材料的變形規(guī)律。

混凝土材料的變形方式包括橫向變形和垂直變形，變形的區(qū)域主要出現(xiàn)在3個(gè)地方：

a) 存在混凝土支護(hù)墻體的劇烈變形區(qū)域，主要是在順槽后方10 m以內(nèi)的位置，這一區(qū)域支護(hù)墻變形非常劇烈，存在劇烈的圍巖活動(dòng)，其中垂直變形速度可以達(dá)到2 mm/d，橫向變形速度可以達(dá)到3 mm/d.

b) 在順槽后方10～20 m，是支護(hù)墻體變形的緩和區(qū)域，在這一區(qū)域，支護(hù)墻體的垂直變形速度平均水平是1 mm/d，而橫向的變形平均水平是1.5 mm/d.

c) 在順槽后方20 m以后，墻體的變形比較穩(wěn)定，基本頂?shù)幕顒?dòng)比較平穩(wěn)，所以支護(hù)墻體的變形很小。

通過長期的觀測可以知道，周期來壓情況下實(shí)踐觀測中，混凝土的支護(hù)墻體可以承受足夠的強(qiáng)度，沒有產(chǎn)生非常大的變形。

人造巷幫充填體變形與距離順槽關(guān)系見圖4.

圖4 充填體隨回采面推進(jìn)變形曲線圖

3) 混凝土支護(hù)墻的載荷變化規(guī)律研究。

混凝土支護(hù)墻所受荷載的變化可以分為兩個(gè)主要階段：在第1階段，位于順槽的后方30 m范圍內(nèi)，混凝土支護(hù)墻體所承受的荷載很小，但是采空區(qū)形成很大的側(cè)向壓力，出現(xiàn)在順槽后方10 m處的側(cè)向壓力為1.4 MPa，出現(xiàn)在順槽后方20 m處的側(cè)向壓力為2.3 MPa，出現(xiàn)了很大的波動(dòng)范圍。在第2階段出現(xiàn)在順槽后方30 m的地方，混凝土材料墻體的承受載荷迅速降低，采空區(qū)側(cè)向壓力只有4.5 MPa，留巷側(cè)壓力在3 MPa以下。

通過這樣的觀測結(jié)果，可以得到：用泵注混凝土技術(shù)構(gòu)筑的混凝土墻體具有足夠的強(qiáng)度，能夠有效的控制巷道支架變形和由于壓力作用產(chǎn)生的斷面收縮變形。

混凝土墻體完全能夠滿足要求，這樣就可以為沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用提供有力的保障?；炷翂w承受荷載跟順槽距離的數(shù)值關(guān)系見圖5.

圖5 巷旁充填體承受載荷與回采面推進(jìn)距離的關(guān)系圖

4) 留巷頂板離層情況。

針對(duì)L4406工作面的特點(diǎn)，對(duì)其順槽進(jìn)行錨桿支護(hù)。但是在錨桿支護(hù)的情況下很難判斷圍巖破壞失穩(wěn)的征兆，所以有時(shí)會(huì)出現(xiàn)頂板破斷失穩(wěn)的情況，并快速發(fā)展。

在工程中采用頂板離層指示儀來觀測頂板的離層情況，有效地控制安全隱患的發(fā)生。

在L4406工作面上順槽位置安裝了3個(gè)頂板離層指示儀，用測量的數(shù)據(jù)來分析頂板錨桿支護(hù)的情況，得到了頂板離層變化曲線圖，見圖6.

通過對(duì)圖6的分析可以得到：

a) 在工作面8 m以后的位置沿空留巷頂板離層情況不突出，離層累積量很小。

b) 在8～4 m，離層速度約為2 mm/d，如果受采動(dòng)影響充填不及時(shí)出現(xiàn)離層情況很難控制。

c) 從4 m位置到工作面，錨固外離層量是14 mm，而內(nèi)離層量的變化是8 mm，頂板離層量比較明顯。

d) 在10 m以內(nèi)的位置，受采動(dòng)影響較小，頂板基本能夠保持穩(wěn)定。

e) 在20 m開外的位置，頂板保持較好的穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 頂板離層變化曲線圖

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

1) 少掘一條巷道效益。以某礦L4406工作面為例，沿空留巷長度為610 m，掘巷成本為5 300元/m，少掘1條巷道可以減少323.3萬元施工費(fèi)用。

2) 降低了矸石處理費(fèi)用。L4406工作面機(jī)巷掘進(jìn)矸石量9 882 m3，矸石處理費(fèi)用大約為25元/m3，少掘一條巷道可減少24.7萬元矸石處理費(fèi)用。

3) 回收護(hù)巷煤柱效益。沿空留巷后，L4406工作面回收了16 m寬煤柱。礦井平均煤厚1.75 m，煤密度1.35 t/m3，沿空留巷長度610 m，則煤炭回收量1.58萬t，噸煤效益200元，收入增加316萬元，煤炭資源回收率提高了8%.

4) 沿空留巷工程投入費(fèi)用。L4406工作面采用人造巷幫沿空留巷技術(shù)進(jìn)行沿空留巷的機(jī)械費(fèi)用為63.4元/m，材料費(fèi)用為1 486元/m，人工費(fèi)用1 067元/m，輔助費(fèi)用為110元/m，合計(jì)費(fèi)用為2 727元/m. 工作面沿空留巷長度為610 m，則沿空留巷工程費(fèi)用為167萬元。

若不計(jì)沿空留巷改善巷道維護(hù)、提高礦井安全生產(chǎn)和改善礦區(qū)環(huán)境等帶來的效益，僅少掘一條巷道、減少矸石升井和回收煤柱就可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益664萬元，減去沿空留巷工程投資費(fèi)用167萬元，實(shí)際創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益497萬元。

3.2 社會(huì)效益分析

1) L4406工作面將原區(qū)段機(jī)巷保留下來，作為L4406工作面的風(fēng)巷。這樣L4406工作面可以少掘進(jìn)一條巷道，降低了礦井巷道掘進(jìn)率，緩解了礦井采掘矛盾，有助于礦井增產(chǎn)增效。

2) 與留煤柱護(hù)巷相比，L4406工作面機(jī)巷實(shí)行沿空留巷以后，可以回收16 m寬煤柱，實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，提高煤炭資源回收率8%，相當(dāng)于增加了礦井可采儲(chǔ)量，延長了礦井壽命，有助于礦井可持續(xù)發(fā)展。

3) 少掘進(jìn)一條巷道，可以減少礦井出矸量，降低運(yùn)輸系統(tǒng)壓力。同時(shí)，減少矸石升井以后，節(jié)省了矸石山占地面積，降低了矸石山租地費(fèi)用。地面矸石山減少以后，可以降低矸石山自燃幾率和粉塵濃度，有助于改善礦區(qū)環(huán)境。

4) L4406工作面實(shí)行沿空留巷以后可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益497萬元，顯著改善了礦井的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，增加了職工收入，有助于礦區(qū)和諧穩(wěn)定。

4 結(jié) 論

1) 對(duì)人造巷幫沿空留巷進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析，人造巷幫沿空留巷成本遠(yuǎn)小于重新掘巷成本，經(jīng)濟(jì)效益可觀，社會(huì)效益顯著。

2) 將沿空留巷技術(shù)成功地應(yīng)用于高瓦斯突出礦井。介紹了沿空留巷施工工藝并進(jìn)行了礦壓觀測。巷道在經(jīng)歷了支承壓力和L4406工作面一次采動(dòng)影響后，留巷的整體效果良好，巷道斷面平均收縮率小，使得后期維護(hù)工程量小，完全滿足預(yù)期留巷的設(shè)計(jì)要求。

AnalysisonSupportEffectandEconomicBenefitofGob-sideEntryRetainingRoadsideFilling

SUNHongjun

Taking L4406 working face of a mine as the research object, the process design of stowing Adjacent gob is introduced both economically and socially. And the effect of the support is also evaluated. The experience shows that the overall effect of the retaining roadway remains perfect with the roadway average shrinkage being very small while mining in L4406 working face, the post-mining maintenance cost keeps in lower level, fully meets the expectance.

Gob-side entry retaining; Roadside filling; Support; Rock pressure

TD353

：B

：1672-0652(2017)07-0046-04

2017-06-08

孫紅俊(1969—)，男，山西介休人，2016年畢業(yè)于東北大學(xué)，工程師，主要從事采煤技術(shù)管理工作(E-mail)zfg3259@163.com