綜采工作面運(yùn)輸順槽巷旁充填留巷技術(shù)研究

岳 龍

（河南能源永城煤電控股集團(tuán)有限公司，河南商丘 476600）

近年來，煤礦生產(chǎn)由粗放型向集約型不斷轉(zhuǎn)型，為提高煤炭資源回采率，沿空留巷技術(shù)在許多礦井生產(chǎn)中大范圍推廣。沿空留巷技術(shù)實(shí)施過程中避免留煤柱，同時(shí)增加了留巷圍巖失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，尤其是地質(zhì)條件較差的煤層中。關(guān)于特殊地質(zhì)情況下沿空留巷技術(shù)實(shí)施過程中圍巖控制問題，我國(guó)專家學(xué)者進(jìn)行了大量研究，主要措施以填充技術(shù)為主[1-11]。之前的研究主要為工程應(yīng)用，缺乏具體理論研究和整體工程考察，研究結(jié)果和研究方法具有一定局限性。

城郊煤礦21108 工作面回采過程中運(yùn)輸順槽作為留巷作為備采面21110工作面回風(fēng)順槽，為保證沿空留巷技術(shù)順利實(shí)施，先采用數(shù)值運(yùn)算、綜合分析的方法展開研究。

1 工程概況

21108 工作面位于二2煤層中，煤層平均厚度2.87m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，平均煤層傾角3.5°，煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度3.92m；基本頂為中粒砂巖，平均厚度4.1m；直接底為泥巖，平均厚度2.16m；基本底為細(xì)粒砂巖，平均厚度11.32m，經(jīng)檢測(cè)，煤層頂板普氏硬度3～5，煤層底板普氏硬度3～4，煤層普氏硬度0.92。煤層、頂板、底板均比較軟，鄰近21106工作面巷道掘進(jìn)、回采期間出現(xiàn)頂板破碎嚴(yán)重現(xiàn)象，須加強(qiáng)支護(hù)方能正常掘進(jìn)。區(qū)域內(nèi)主要構(gòu)造為一單斜構(gòu)造，發(fā)育斷層33條。21108 工作面長(zhǎng)度1300m，切眼長(zhǎng)度300m，采用綜合機(jī)械化采煤工藝，一次采全高。21108工作面運(yùn)輸順槽留巷作為21110工作面回風(fēng)順槽，受采動(dòng)壓力等影響預(yù)測(cè)采用原支護(hù)措施會(huì)在回采后出現(xiàn)巷道垮落現(xiàn)象。21108 工作面運(yùn)輸順槽寬度4.8m，高度3.5m，采用錨桿、錨索組合支護(hù)措施。巷道原支護(hù)措施如圖1所示。

圖1 21108工作面運(yùn)輸順槽支護(hù)措施圖（單位：mm）

2 圍巖穩(wěn)定性分析

為分析21108工作面運(yùn)輸順槽作留巷圍巖穩(wěn)定性，采用數(shù)值模擬研究的方法分析留巷旁支護(hù)0.2m、1m、3m、5m時(shí)，圍巖位移場(chǎng)變化情況。分別在21108工作面運(yùn)輸順槽頂板、底板、煤層取樣，進(jìn)行巖性力學(xué)參數(shù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。數(shù)值模擬結(jié)果如圖2所示。

表1 模擬參數(shù)表

圖2 不同填充寬度圍巖應(yīng)變場(chǎng)云圖

根據(jù)圖2 模擬結(jié)果可知，留巷旁填充寬度為0.2m時(shí)，21108工作面回采完畢，采面、留巷上部最大位移量750mm，位移量超過巖層、煤層彈性形變，基本全部垮落，填充區(qū)域也全部垮落；留巷旁填充寬度為1m時(shí)，巷道圍巖位移場(chǎng)分布和0.2m 煤柱時(shí)基本一致，填充區(qū)域同樣存在全部垮落的現(xiàn)象。當(dāng)填充寬度為3m 時(shí)，3m填充區(qū)域上部出現(xiàn)局部位移較小區(qū)域，該區(qū)域形變量約為300mm，推測(cè)為裂隙狀態(tài)；當(dāng)填充寬度為5m時(shí)，填充區(qū)域中部位移量均比較小，最大位移量為200mm，填充區(qū)域兩側(cè)變形量比較大，為垮落帶，靠近留巷一側(cè)通過支護(hù)可以保證圍巖變形較小。綜合分析，留巷旁填充寬度不得小于5m，5m 的填充寬度可基本保證21108運(yùn)輸順槽作為留巷圍巖穩(wěn)定性。

3 充填留巷技術(shù)及效果考察

根據(jù)數(shù)值模擬分析結(jié)論，21108 運(yùn)輸順槽作為留巷，巷旁填充寬度不得低于5m。為保證21108 工作面運(yùn)輸順槽作為21110工作面回風(fēng)順槽期間圍巖穩(wěn)定，巷旁填充寬度設(shè)置為6m。留巷旁填充寬度材料為新型高水速凝充填料。選用的填充料為混合料，為A、B 兩種基料組成，A料為水泥熟料，混合懸浮劑和復(fù)合超緩凝劑，B 料為石膏、石灰、符合速凝劑、懸浮劑等混合料。實(shí)驗(yàn)研究表明，兩種混合料按照1:1 比例混合，加水混合后，混合料具有30min內(nèi)出現(xiàn)初凝，2h后抗壓強(qiáng)度達(dá)到3MPa，24h 后抗壓強(qiáng)度達(dá)到5MPa，7d 后抗壓強(qiáng)度為7.2MPa，28d后抗壓強(qiáng)度達(dá)到8.2MPa，形成的混合體泊松比約為0.3，材料抗壓強(qiáng)度滿足支護(hù)要求。當(dāng)21108 工作面回采后，在工作面整體來壓前，對(duì)留巷采空區(qū)一側(cè)進(jìn)行注漿填充，注漿寬度為6m，注漿工藝如圖3 所示，1#、2#、3#支管選用PVC 管，管徑Φ50mm，支管水平布置寬度距離21108 運(yùn)輸順槽6m，注漿管之間距離2m，注漿管上設(shè)有小孔，保證漿液均勻填充到采空區(qū)域內(nèi)。注漿工序?yàn)槊?0m 為一循環(huán)，注漿順序?yàn)?#支管→2#支管→1#支管，分布注漿，這樣保證注漿區(qū)域整體穩(wěn)定性。注漿工程完成后，采用原支護(hù)措施進(jìn)行后期支護(hù)維護(hù)，對(duì)由于回采產(chǎn)生的脫錨區(qū)域進(jìn)行重新錨固維護(hù)，局部破碎區(qū)域比較大的情況進(jìn)行二次支護(hù)，確保巷道整體性。支護(hù)完成后再21110 工作面回采期間對(duì)留巷頂板離層儀數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)周期為30d，各離層儀數(shù)據(jù)最大點(diǎn)進(jìn)行為期30d統(tǒng)計(jì)匯總，匯總結(jié)果如圖4所示。

圖3 注漿工藝圖

圖4 留巷頂板離層儀數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖

根據(jù)頂板觀測(cè)數(shù)據(jù)，留巷采空區(qū)一側(cè)填充后，進(jìn)行后期二次維護(hù)，深部最大位移量71mm，淺部最大位移量21mm，頂板數(shù)據(jù)穩(wěn)定期為第20d左右。第20d開始，巷道頂板深部、淺部位移均未出現(xiàn)變化，整體趨于穩(wěn)定?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，留巷在回采期間未出現(xiàn)較大變形，整體穩(wěn)定。留巷靠近采空區(qū)一側(cè)未出現(xiàn)垮塌、破碎等圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象，錨桿、錨索整體穩(wěn)定。填充寬度6m，可以保證留巷整體穩(wěn)定性，且滿足21110工作面回風(fēng)要求。

4 總結(jié)

文中針對(duì)21108 工作面運(yùn)輸順槽留巷旁支護(hù)問題進(jìn)行研究，采用數(shù)值模擬分析了不同填充寬度下圍巖應(yīng)變場(chǎng)分布情況，確定填充寬度，制定留巷填充技術(shù)措施，進(jìn)行效果考察，得到以下結(jié)論：

（1）21108工作面運(yùn)輸順槽作為留巷作為21110工作面回風(fēng)順槽，在21108 工作面回采期間，采空區(qū)側(cè)填充寬度不得低于5m；

（2）21108工作面選用注漿材料為新型填充復(fù)合料，最大抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到8.2MPa，滿足填充材料要求；

（3）進(jìn)行填充并對(duì)破壞區(qū)域進(jìn)行維護(hù)后。21110工作面回采期間，留巷未出現(xiàn)變形嚴(yán)重問題，巷道滿足回風(fēng)要求。