充填開采沿空留巷技術(shù)研究

馮超 楊媛媛

摘 要：在分析充填開采以及沿空留巷技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了充填開采沿空留巷技術(shù)，榆林某礦作為首個(gè)試驗(yàn)工作面進(jìn)行了實(shí)施。FLAC3D數(shù)值模擬及工業(yè)應(yīng)用均驗(yàn)證了厚松散層淺埋深煤層進(jìn)行充填開采沿空留巷的可行性。研究表明，該技術(shù)合理，沿空留巷穩(wěn)定，地表沉降控制效果理想。

關(guān)鍵詞：充填開采;沿空留巷;數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：TD823.7;TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

充填開采沿空留巷技術(shù)是一種新型的無(wú)煤柱開采技術(shù)[1]，工作面后方的采空區(qū)被及時(shí)有效的充填，能抑制上覆巖層的垮落，控制地表變形，原巷道臨采空區(qū)側(cè)，利用有效的支擋結(jié)構(gòu)，充填體硬化后，將原有巷道保留下來(lái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開采。該技術(shù)既具有充填開采控制地表變形的特點(diǎn)，又具有沿空留巷提高煤炭采出率、少掘巷道的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為現(xiàn)在采煤技術(shù)的首選[2，3]。榆林某礦采用風(fēng)積砂作為充填骨料實(shí)施充填開采沿空留巷技術(shù)，對(duì)應(yīng)上方地表一年內(nèi)累計(jì)沉降量最大10mm。巷旁與采空區(qū)充填體一次施工，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性好，有效提高了井下結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。

1 工程概況

工作面開采3號(hào)煤層，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，層位穩(wěn)定，煤層平均傾角0.28°，煤層厚度為3.45～3.85m，平均厚度為3.6m，采厚3.0～3.6m，埋深166～230m，平均埋深190m。工作面推進(jìn)長(zhǎng)度1 149m，覆巖上部為風(fēng)積砂松散層和黏土層，風(fēng)積砂厚度為6.47～43.95m，平均厚度20m。由亞黏土、黏土（三趾馬紅土）組成的黏土層，平均厚度為11.37m。上覆巖層由中粒砂巖、細(xì)粒砂巖、粉砂巖和砂質(zhì)泥巖組成，鉆孔揭露厚度為47～127m。

2 充填開采沿空留巷數(shù)值模擬

2.1 計(jì)算模型的建立

數(shù)值計(jì)算模型x方向400m，其中工作面傾向長(zhǎng)100m;y方向260m，其中工作面推進(jìn)長(zhǎng)度200m;z方向高166.4m。模型的上邊界為地表，下邊界位移固定，左右邊界水平位移固定，研究范圍內(nèi)的煤巖層采用莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則。

2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

充填體與頂板覆巖相當(dāng)于彈性地基板模型，充填體既能對(duì)頂板覆巖緩沖讓壓，從而使其釋放地壓，又能有效支護(hù)，防止其過(guò)度下沉，起到了柔性支護(hù)的作用，達(dá)到了良好的支護(hù)效果。與垮落式開采相比，覆巖下沉量明顯減小，頂板最大位移為120mm，地表最大下沉值為20mm。

3 充填開采沿空留巷支護(hù)參數(shù)

3.1 錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

沿空巷道的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)采用Φ15.24mm×5 000mm錨索，1排2根，間排距1.8m×1.8m，錨索矩形布置，一排沿巷道中線布置，另一排布置在采空區(qū)側(cè)距巷道邊0.7m的位置，排距方向與錨桿相間布置。配鋼托板，規(guī)格300mm×300mm×15mm，2支Z2370樹脂錨固劑，預(yù)緊力為50kN。留巷錨桿、錨索布置見圖1所示。

3.2 礦壓觀測(cè)

3.2.1 沿空巷道位移。沿空留巷頂?shù)装蹇傄平孔畲鬄?7mm，滯后工作面30m以內(nèi)時(shí)變形速度較快，頂?shù)装逡平窟_(dá)最終移近量的80%以上;滯后工作面50m以外時(shí)頂?shù)装遐呌诜€(wěn)定，滯后工作面80m時(shí)，頂板穩(wěn)定，變形不再發(fā)展。頂?shù)装逡平颗c滯后工作面距離關(guān)系如圖2所示。

3.2.2 沿空巷道巷旁充填體壓力。距離工作面35m時(shí)，巷旁充填體載荷達(dá)到最大值52kN，即巷旁充填體內(nèi)部垂直應(yīng)力最大為1.3MPa;推采至115m即工作面推過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)約35m后，巷旁充填體載荷趨于穩(wěn)定。充填體載荷與距工作面距離關(guān)系如圖3所示。

3.2.3 充填體強(qiáng)度。由于前期充填試驗(yàn)階段對(duì)充填材料配比的調(diào)整，充填體強(qiáng)度波動(dòng)較大，不同充填位置的充填體28d單軸抗壓強(qiáng)度波動(dòng)在4～7.8MPa，充填120m后充填體28d單軸抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定在4.8～5.5MPa。充填體強(qiáng)度增長(zhǎng)速度較慢，充填體3d單軸抗壓強(qiáng)度為2MPa，達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的40%。按照充填體強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，7d抗壓強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)值的50%以上，而實(shí)測(cè)7d強(qiáng)度3.2MPa，為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的64%。不同充填位置巷旁充填體強(qiáng)度及充填體強(qiáng)度隨齡期的變化如圖4所示。

3.2.4 錨索拉力。距切眼50、150m和250m處各安裝錨索拉力監(jiān)測(cè)儀一套，錨索預(yù)緊力50kN，50m和250m處監(jiān)測(cè)儀為超前50m工作面安裝，150m處為滯后工作面30m時(shí)安裝。未受采動(dòng)錨索影響時(shí)，錨索拉力變化幅度較小，當(dāng)受采動(dòng)影響時(shí)，錨索拉力最高達(dá)300kN，滯后工作面30m后錨索拉力趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后為150kN。滯后工作面30m處安裝的錨索拉力監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)變化不大，說(shuō)明滯后工作面30m安裝的錨索作用效果不明顯。因此，為了使錨索有效發(fā)揮作用，錨索及錨索拉力監(jiān)測(cè)儀應(yīng)盡量超前工作面施工安裝。

4 結(jié)論

①數(shù)值模擬結(jié)果顯示，充填開采沿空留巷與垮落式開采相比覆巖下沉量明顯減小，地表最大下沉值20mm。

②實(shí)踐表明，充填開采沿空留巷頂?shù)装蹇傄平孔畲?7mm，充填體壓力僅為1.3MPa，充填體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值，礦壓顯現(xiàn)穩(wěn)定，實(shí)踐效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤礦綠色開采技術(shù)[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（4）：343-347.

[2]龔軒，劉懷連，李松，等.充填開采技術(shù)在平煤股份十二礦的實(shí)踐應(yīng)用[J].煤礦安全，2013（3）：153-155.

[3]王朋飛，惠慶波，王志強(qiáng).巷內(nèi)預(yù)置充填帶無(wú)煤柱覆巖離層充填開采技術(shù)優(yōu)化研究[J].煤炭工程，2013（8）：86-88.