2-118C1 回風(fēng)巷沿空留巷技術(shù)研究

楊星亮

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 洪洞 031400）

1 工程背景

山西霍寶干河煤礦主采2#煤層，賦存深度540～680 m，煤層傾角6°～10°，平均為8°，煤層平均厚度3.72 m，煤層硬度（f）為1.5，屬于穩(wěn)定性煤層。如表1 所示，2#煤層上方依次為0.15 m的粉砂巖、1.2 m 的中粒砂巖及1.5 m 的細(xì)粒砂巖，底板巖層依次為2.4 m 的細(xì)粒砂巖和4.55 m 的中粒砂巖，頂板裂隙發(fā)育，底板遇水不膨脹。

2 方案設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬分析

2.1 方案設(shè)計(jì)

（1）原支護(hù)方案

為提高煤炭資源回收率，提出采用巷道加強(qiáng)支護(hù)+巷旁充填的方式進(jìn)行沿空留巷，取消區(qū)段煤柱的留設(shè)，實(shí)現(xiàn)無煤柱開采[1-4]。如圖1 所示，2-118C1回風(fēng)巷為矩形巷道，巷道尺寸為寬× 高=4.8 m×3.5 m，頂板錨桿選用Ф18 mm×2000 mm 的螺紋鋼錨桿，間排距為1000 mm×1000 mm，錨索為Ф17.8 mm×6500 mm，間排距為1000 mm×2000 mm。巷幫采用Ф18 mm×1600 mm 的螺紋鋼錨桿，間排距為1000 mm×1000 mm。

圖1 巷道原始支護(hù)方案（mm）

（2）沿空留巷方案設(shè)計(jì)

考慮到沿空巷道受多次采動(dòng)影響，巷道圍巖易失穩(wěn)破壞，因此需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。在巷道頂板補(bǔ)打兩根Ф17.8 mm×6500 mm 的錨索，間排距為3000 mm×1000 mm。非采幫在地質(zhì)構(gòu)造帶可補(bǔ)打幫部錨索。巷旁充填選用C30 的混凝土，充填體厚度為1000 mm。為約束充填體變形，在充填體內(nèi)安置Ф20 mm×1100 mm 的螺紋鋼錨桿，如圖2。

圖2 沿空留巷方案示意圖

2.2 沿空留巷效果模擬分析

借助FLAC3D數(shù)值模擬軟件對工作面回采后巷道圍巖應(yīng)力及變形進(jìn)行數(shù)值模擬，數(shù)值模擬效果如圖3。

圖3 留巷段支護(hù)效果

分析圖3 可知，工作面回采后，巷道圍巖及巷旁充填體垂直應(yīng)力最大值約為8.8 MPa，水平應(yīng)力最大值約為6.8 MPa，巷道頂?shù)装遄冃瘟孔畲笾禐?0 mm，巷旁充填體變形量最大值為85 mm，巷道錨桿（索）垂直變形量最大值約為85.9 mm，發(fā)生在靠近采空區(qū)側(cè)錨索上端，錨桿（索）水平變形量最大值約為82.5 mm，發(fā)生在靠近采空區(qū)側(cè)錨索下端。整體來看，在錨桿（索）及巷旁充填體的支護(hù)作用下，巷道圍巖整體變形量不大，整體并無失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，而錨桿索也并未發(fā)生破壞，支護(hù)效果良好，可以滿足安全生產(chǎn)需求。

3 工業(yè)性試驗(yàn)

3.1 沿空留巷充填工藝

沿空留巷的關(guān)鍵工藝為充填工藝，包括6 個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分別為：充填干混料地面制作環(huán)節(jié)、混凝土拌和料運(yùn)輸環(huán)節(jié)、井下上料環(huán)節(jié)、充填料攪拌環(huán)節(jié)、充填料泵送環(huán)節(jié)及巷旁充填環(huán)節(jié)。主要工序：

（1）完成割煤后，移端頭架，并鋪設(shè)金屬網(wǎng)，前移擋矸架，移動(dòng)步距約0.85 m，保證端頭架與擋矸間空頂距離不大于0.8 m。注漿4 h 后，靠墻的擋矸支架方能移動(dòng)。

（2）架后采用“一梁三柱”進(jìn)行巷道支護(hù)，排距為1.0 m。在滯后工作面150 m 范圍后，巷道圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，可將支護(hù)單體及鋼梁撤除前移，進(jìn)行循環(huán)使用。

（3）利用擋矸支架在采空區(qū)側(cè)掛柔模，并在巷道內(nèi)安置掛柔模的單體支護(hù)。

（4）泵注混凝土，同時(shí)進(jìn)行上錨栓、接管路等作業(yè)工序。

（5）對現(xiàn)場施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)處理異常情況。同時(shí)安設(shè)監(jiān)測設(shè)備，定期進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并重復(fù)上述工序。

3.2 現(xiàn)場監(jiān)測

為了解沿空留巷效果，對留巷段巷道圍巖變形及錨索和巷旁充填體錨桿受力進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測。在滯后工作面150 m 范圍內(nèi)，每隔50 m 設(shè)置一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，用于監(jiān)測巷道圍巖變形量，并在此范圍內(nèi)對頂板錨索及巷旁充填體內(nèi)錨桿進(jìn)行隨機(jī)受力監(jiān)測，現(xiàn)場監(jiān)測曲線如圖4。

如圖4 所示，在巷旁充填體柔模側(cè)位置頂板下沉量最大，三個(gè)測點(diǎn)柔模側(cè)頂?shù)装逡平糠謩e為145 mm、224 mm 和149 mm，巷道兩幫變形量最大值分別為41 mm、53 mm 和39 mm，最大變形速度分別為22 mm/d、26 mm/d 和23 mm/d。總體來看，巷道圍巖變形量并不大，整體穩(wěn)定性較好，雖然巷旁充填體柔模側(cè)頂板下沉量較大，但并無失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，可以滿足安全生產(chǎn)需求。

如圖4（d）所示，在工作面推進(jìn)過程中，在滯后工作面60 m 范圍內(nèi)時(shí)，受工作面采動(dòng)影響較大，且采空區(qū)上覆巖層正處于破斷、變形過程，因此這一時(shí)期錨桿（索）受力增大明顯；在滯后工作面60～100 m 范圍內(nèi)時(shí)，隨著垮落矸石充填采空區(qū)，上覆巖層在受到采空區(qū)垮落矸石的支撐作用下逐漸趨于穩(wěn)定，同時(shí)距離工作面較遠(yuǎn)，所受擾動(dòng)影響逐漸減小，因此錨桿（索）受力增大趨勢逐漸減緩；在滯后工作面100 m 范圍以后，由于距離工作面很遠(yuǎn)，巷道圍巖所受工作面擾動(dòng)影響基本可以忽略，而且采空區(qū)上覆頂板巖層基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此巷道圍巖也逐漸處于穩(wěn)定狀態(tài)，這段時(shí)期錨桿（索）受力也基本趨于穩(wěn)定。監(jiān)測結(jié)果顯示，頂板錨索受力最大值為140.3 kN，巷旁充填體錨桿受力最大值為112.4 kN，錨桿（索）工作狀態(tài)良好，無失效風(fēng)險(xiǎn)，且工作面回采過程中錨桿（索）受力變化情況與圍巖變形量及變形速率與滯后工作面距離關(guān)系基本相近。

圖4 現(xiàn)場監(jiān)測曲線

4 結(jié)論

通過理論分析、工程類比、數(shù)值模擬及現(xiàn)場試驗(yàn)等方法，確定了沿空留巷的方案：在巷道頂板和非采幫地質(zhì)構(gòu)造帶補(bǔ)打錨索、巷旁充填。錨桿受力監(jiān)測結(jié)果顯示：錨桿（索）工作狀態(tài)良好，巷旁充填體無失效風(fēng)險(xiǎn)。巷道圍巖變形量監(jiān)測結(jié)果顯示：在巷旁充填體柔模側(cè)位置頂板下沉量最大，巷道圍巖整體變形量較小，整體穩(wěn)定性較好，可以滿足安全生產(chǎn)需求。