薄煤層石灰?guī)r頂板下高水材料沿空留巷分析

仵振華

(國家能源投資集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

薄煤層的可開采量占煤礦總體可開采量的19%左右，基本所有的薄煤層都具有一定的開采價值。但薄煤層具有很大的開采局限性，本篇文章分析了石灰?guī)r頂板下高水材料沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用。

一、沿空留巷巷道的維護(hù)特點

(一)石灰?guī)r頂板的切落難度較大

通常，煤層上覆直接頂為軟弱巖層，煤層上的上覆巖層極易被巷旁支護(hù)體切落，但石灰?guī)r頂板的韌性強，強度較大，完整性好，而且石灰?guī)r頂板多為被動垮落。巷旁支護(hù)體很難切落足夠的石灰?guī)r頂板。如果不能在采空切落頂板，石灰?guī)r頂板在實煤體上方斷裂后，巖體會旋轉(zhuǎn)下沉，或是有少部分頂板出現(xiàn)冒落，而冒落部分不能使采空區(qū)域填滿，上覆巖層沒有相應(yīng)的支撐，巖層的荷載力都落在實煤體和巷旁支護(hù)體上，這就會導(dǎo)致巷道發(fā)生嚴(yán)重變形，實煤體幫片嚴(yán)重?fù)p壞，頂板快速下沉，充填體被壓壞，對礦井的安全造成較大的威脅[1]。

(二)巷旁支護(hù)體要具有高強度與高塑性

要切落石灰?guī)r頂板的難度較大，巷旁支護(hù)體變形具有較強的強度以及剛度才能把其切除，石灰?guī)r頂板的來壓步距大，荷載力的分布不均勻，極易引起工作面礦壓異常，而且石灰?guī)r頂板下沉?xí)r對巷旁填充體的沖擊力較高，為了避免其被損壞，那么巷旁支護(hù)體就必須具有較高的塑性，利用自身所具有的特點來緩解頂板下沉帶來的損壞情況。除此之外，巷旁支護(hù)體也要具有一定的剛度，這樣才能符合底座的力學(xué)承載特點，但剛度不易過高，否則容易導(dǎo)致底座在頂板強烈下降時受到損害，對上覆頂板也有較大的影響。

(三)幫部支護(hù)的強度要與頂板的力學(xué)特性相適應(yīng)

石灰?guī)r頂板具有較大的強度，隨著礦井的開采，采空區(qū)的頂板懸露的面積會逐漸增多，隨著時間的增長，頂板的能力也會隨之變大，支撐頂板壓力的范圍以及程度也會慢慢增大，頂板運動時所產(chǎn)生的荷載力會加之在巷旁支護(hù)體上，從而傳遞給支護(hù)體的底座，就是我們所說的巷道巖幫，這對支護(hù)體的底座有較大的危害。為了保證巷道的基本形狀和力學(xué)的承載結(jié)構(gòu)，必須對兩幫的水平位移以及垂直位移進(jìn)行限制，因此，需要增加這部分巖體的力學(xué)強度，提高其抗拉性能。

二、沿空留巷圍巖控制技術(shù)

(一)巷旁支護(hù)體材料的選擇以及力學(xué)性質(zhì)

高水速凝材料是一種具有較好性能的水泥，可以在水灰比較高的情況下迅速凝固，高水速凝材料有較高的輸送性，通過兩路管道分別輸送甲、乙兩種材料的漿液，甲、乙兩種材料在與水混合后不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，能夠保證一天一夜不會凝固，而當(dāng)被泵送到充填點之后一旦混合就會快速凝結(jié)并硬化?；旌蠞{液的粘稠度較高，這給泵送工作帶來了較大的阻礙，水灰比小，那么所需要的材料就多，成本也會隨之增加。在實際中，要達(dá)到既要保證固化體強度又要盡量降低成本、減少泵送的阻力，就需要有合適的水灰比。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，選擇水灰比為1.5：1的高水速凝材料既有較好的彈塑性也能達(dá)到減少成本的目的。研究發(fā)現(xiàn)，在彈性階段，隨應(yīng)力增強，應(yīng)變力的增加也較小，而在這一階段充填體可以有效的控制好頂板的下沉問題，并能夠?qū)敯暹M(jìn)行切頂和卸載，在荷載達(dá)到峰值之后，高水速凝材料會有較強的塑性變形，隨著應(yīng)力以及應(yīng)變的變大，承載力就會下降，但是這種破壞是緩慢的，并沒有承載力較大下降的情況，這說明，固結(jié)體在受到局部破壞時，對整體的承載性能的破壞較小，而且如果在不失水的前提下固結(jié)體還具有相應(yīng)的自我恢復(fù)能力[2]。在石灰?guī)r頂板條件下沿空留巷時，巷旁支護(hù)體必須具備相應(yīng)的塑性變形特點，而通過高水速凝材料構(gòu)筑而成的充填體符合這項標(biāo)準(zhǔn)。

(二)巷旁填充參數(shù)

巷旁充填體是構(gòu)筑在巖幫上面的，充填體的高度就是工作面的采高，都是1米，在其他的參數(shù)不改變的情況下對不同的巷旁充填體的寬度進(jìn)行模擬，通過反復(fù)試驗，找出巷道圍巖應(yīng)力應(yīng)變在不同的寬度下的情況，從而選擇最為合適的充填體寬度。實煤體幫向的擠壓變形量會隨著充填體的寬度變大而減小，充填體向巷內(nèi)擠壓變形量總體呈下降的趨勢。

試驗發(fā)現(xiàn)，盡管底鼓量隨著充填體的寬度變寬和增加，但這種變化很小，而且當(dāng)寬度到一定的數(shù)值之后這種情況就會消失，并且底鼓量會下降。因此一樣的環(huán)境下充填體的寬度越大，對于巷道圍巖的控制越容易。綜合各方面的因素考慮，巷旁充填體的寬度在1.2米最為合適。

(三)沿空留巷加強支護(hù)技術(shù)

為了保證充填工作的順利完成，減少工作面采空壓力對巷道產(chǎn)生的影響，保證留巷的指標(biāo)符合要求，就需要對工作面進(jìn)行超前加強支護(hù)。其次為了保證工作面在推進(jìn)的過程中，減少排頭支架對頂板的損害，就需要對裸露的頂板進(jìn)行支護(hù)，通常采取充填點臨時支護(hù)的方法。最后，為了保證充填體的承載力以及抗橫向變形能力，通常會對充填體內(nèi)布置相應(yīng)的對拉鋼筋對充填體進(jìn)行加強支護(hù)。

三、結(jié)語

本篇文章對薄煤層石灰?guī)r頂板下高水材料沿空留巷技術(shù)分析進(jìn)行了分析，并對相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行了闡述，希望對相關(guān)的施工有所幫助。