煤礦沿空留巷礦壓顯現(xiàn)及合理加固技術(shù)研究應(yīng)用

1、沿空留巷礦壓顯現(xiàn)及合理加固技術(shù)研究應(yīng)用摘 要：通過対集美煤礦c2405工作血充填開采條件下沿空留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及變形破壞特點的研 究，提出巷內(nèi)超前二次支護、巷旁充填體實時內(nèi)部加固和巷旁充填體滯后外部加固，確定合理的支護工藝 和支護時機，確保了沿空留巷的可靠性和適用性。關(guān)鍵詞：沿空留巷；巷旁支護；巷內(nèi)支護；支護時機沿空留巷技術(shù)是無煤柱開采技術(shù)的一大發(fā)展方向，它是在工作面后方維護采空區(qū)邊緣巷 道，即在工作面冋采過程屮，通過有效的巷旁支護和巷內(nèi)支護技術(shù)，將木工作面的冋采巷道 保留下來，作為鄰近工作面的一條冋釆巷道使用。但隨著工作面的推進，巷道受二次采動及 頂板下沉影響，原有巷道支護形式難以滿足安全生

2、產(chǎn)的要求，因此需要研究分析沿空巷道在 冋采期間的礦壓顯現(xiàn)及變形破壞規(guī)律，以便通過合理的支護技術(shù)和支護吋機，達到控制巷道 變形、改善巷道維護狀況的口的。一、工程概況1、地質(zhì)概況c2405充填工作而位于四釆區(qū)，西為c2401 i作而（已釆），東為2401工作而（已釆）， 北為實體煤，南至f44斷層；工作而標(biāo)高494512.4m,地而標(biāo)高+32.7m+35.8m；工作而地 而位置位于老城北關(guān)以北，城廂鄉(xiāng)以南，永城市解放路橫跨工作而，地表冇鄰路民房，其余 為大量良111。工作而煤層厚度最大3.38m,最小2.13m,平均3.05m,煤巖類型以光亮型為主。直接頂 主要為泥巖，平均厚度4.07m,深灰色，

3、含植物化石碎片，裂隙中淋濾冇黃鐵礦膜；基本頂 主要為砂質(zhì)泥巖，平均厚度5.05m,深灰色，厚層塊狀，含植物化石碎片，局部砂質(zhì)成分較 高；直接底為泥巖，平均厚度1.51m,灰黑色，含大量炭質(zhì)，植物化石碎片較多。2、巷道基本支護圖1 一次支護巷內(nèi)基本支護是指掘進期間的一次支護，包括頂板支護和幫部支護。頂板采用錨網(wǎng)帶支 護，錨桿為20x2200mm的高強錨桿，鋼帶為4200mm長w鋼帶，金屬網(wǎng)為1000x2000mm 型平焊網(wǎng)，錨桿間排距為750x 800mm；煤柱側(cè)幫部采用錨網(wǎng)梯支護，幫部錨桿選用18x 2200mm普通樹脂錨桿，錨桿間排距為800x800mm,矩形布置，從煤壁向外依次采用4000

4、 x 1400mm的雙抗網(wǎng)、1000x2000mm的平焊網(wǎng)、豎向鋼筋梯（用16mm的鋼筋焊接而成） 及150x 150x8mm的鐵托盤支護。3、充填留巷工藝c2405工作面采用走向長壁后退式采煤方法，一次采全高，采用充填法處理采空區(qū)，充 填工藝為“超高水材料阻隔式充填”，該充填工藝通過將超高水材料漿液充入被隔離的半開放 式采空區(qū)內(nèi)，以提高充填量、減小空頂面積，控制頂板下沉。超高水充填材料主要由兩種主料和兩種外加劑組成，主料包括a料、b料，外加劑包括 aa料、bb料。a料以鋁土礦、石膏等獨立煉制而成，b料由石膏、石灰等混磨成主料，aa 料和bb料分別起著復(fù)合超緩凝分散劑、復(fù)合速凝劑的作用。超高水

5、材料a、b單漿液可持 續(xù)數(shù)小時不凝固，混合后漿液可快速發(fā)生反應(yīng)并凝結(jié)碩化，調(diào)整外加劑配方可改變凝結(jié)時間 及材料性能等。根據(jù)充填工藝特點及充填材料性質(zhì)，為節(jié)省設(shè)備及材料投入，避免過多的留巷工序，選 用超高水材料同時作為巷旁充填材料和采空區(qū)充填材料。二、沿空留巷礦壓顯現(xiàn)隨著工作面向前推進，液壓支架不斷前移，工作面頂板逐漸失去實體煤、充填液壓支架 的支撐，開始縮小與充填體間的原始空頂距離，充填體逐漸被壓實并承受上覆巖層壓力。由 于采動影響和圍巖應(yīng)力的重新分布，沿空巷道內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，偽頂或破碎直接頂冒落 后，直接頂（基木頂）出現(xiàn)冋轉(zhuǎn)下沉變形，直至壓實老塘內(nèi)充填體。通過在沿空巷道內(nèi)設(shè)置測點和離層儀

6、，觀測沿空巷道在冋采、留設(shè)期間的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律, 具體觀測結(jié)果見圖1。（a）頂?shù)装逡平坑^測120（b）離層最觀測圖1 留巷礦壓觀測1、留巷礦壓顯現(xiàn)特征1）起始沉降期工作面前方1518m處，受超前壓力影響，煤層上覆巖層開始出現(xiàn)下沉運動，巷道掘進 后達成的平衡狀態(tài)遭到破壞，煤柱承受的頂板壓力明顯大于原巖應(yīng)力，但頂板壓力較為平緩、 沉降速度很小，巷道整體變形量較?。还ぷ髅娉涮钪Ъ芎蠓?0m范圍內(nèi)，對著充填支架后尾 梁對頂板支護作用的的脫離，充填體與頂板間原始空頂空間平緩的逐漸縮小，初期多為破碎 偽頂或直接頂?shù)木植靠迓洹?）強烈沉降期工作面后方1030m處，頂板巖層出現(xiàn)劇烈下沉，下沉速度較大。充填體與

7、頂板間原始 空頂空間由外向里逐漸消失，堆積在充填體上方的垮落破碎肝石由松散狀態(tài)逐漸壓實，充填 體承受的頂板來壓逐漸増大。當(dāng)來壓劇烈，充填體凝結(jié)反應(yīng)不完全、未達到可靠抗壓強度時, 充填體受壓力作用易產(chǎn)生開裂、片幫等現(xiàn)象。3）沉降衰減期工作面后方3050m處，隨著垮落破碎砰石的壓實和充填體支撐力的不斷增大，上覆巖 層的沉降速度益衰減，煤柱側(cè)巷幫的承載力、充填體的承載力與支承壓力逐漸趨于平衡狀 態(tài)；工作面后方6080m處，頂板下沉速度趨于平緩，但頂?shù)装逡平恐饾u接近最大值，采 空區(qū)底板的壓力逐漸恢復(fù)到原始應(yīng)力狀態(tài)。2、留巷加固點與加固時機1）巷內(nèi)加固巷內(nèi)加固即二次補強支護，包括頂板加固和煤柱幫加固：

8、沿空巷道頂板的穩(wěn)定性和完整性是確保圍巖穩(wěn)定的關(guān)鍵。錨桿提供軸向力與切向力， 提高不連續(xù)面抗剪強度，阻止離層與滑動，提高結(jié)構(gòu)面強度，提高節(jié)理煤巖體整體強度、完 整性與穩(wěn)定性；錨索可將錨桿支護形成的次生承載結(jié)構(gòu)與深部圍巖相連，提高次生承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時充分調(diào)動深部圍巖的承載能力，使更大范圍內(nèi)的巖體共同承載，并通過施加 較大的預(yù)緊力，擠緊和壓密巖層中的層理、節(jié)理裂隙等不連續(xù)面，増加不連續(xù)面之間的抗剪 力，從而提高圍巖的整體強度。煤柱幫是沿空留巷圍巖的主要承載體，是頂板冋轉(zhuǎn)下沉的支點，其破碎、松散與變形 必將導(dǎo)致圍巖變形加大，頂板冋轉(zhuǎn)下沉的支點內(nèi)移。頂板下沉量加大后，實體煤壁的有效支 護將對沿空留

9、巷圍巖的穩(wěn)定起到很大作用，可有效減小應(yīng)力集中向圍巖的深部轉(zhuǎn)移，減少頂 板下沉量。為確保巷內(nèi)支護的有效性，提高沿空留巷效果，應(yīng)在巷道受到采動影響前對其進行加強 支護，根據(jù)留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，巷內(nèi)加固的最佳吋機為工作面前方18m外，即超前距離外沉 降起始前進行。2）巷旁加固巷旁加固即對巷旁充填體進行加固，包括充填體內(nèi)部加固和外部加固： 充填體內(nèi)部加固主要是增加巷旁充填體的抗壓強度。rtr丁超高水材料抗壓強度較低（水 體積比為95%吋，抗壓強度小t 1.5mpa）,為有效限制巷道頂板下沉、支承頂板載荷，避免 巷道嚴重變形，需對沿空留巷巷旁充填體進行加固，以提高抗壓強度，避免巷旁充填體可縮 量過犬其至遭

10、到壓裂破壞。根據(jù)超高水材料充填工藝特點，充填體內(nèi)部加固應(yīng)在采空區(qū)充填之前進行，即充填前在 巷旁充填體位置打設(shè)木垛，充填后木垛與巷旁充填體形成一個統(tǒng)一承載體，互為補充，提高 整體抗壓強度。 充填體外部加固主耍是使巷旁充填體處丁三向受力狀態(tài)，增人充填體材料的摩擦角、 內(nèi)聚力、剪切面和交界面正應(yīng)力，減小剪切面和滑移面剪應(yīng)力，較理想地控制巷旁充填體壓 剪破壞、滑移破壞，從而增強其穩(wěn)定性同吋也起到密閉采空區(qū)的作用。根據(jù)留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為避免巷道經(jīng)歷強烈沉降期吋，充填體留巷側(cè)加固受到頂板旋 轉(zhuǎn)給定變形的影響而嚴重失穩(wěn)變形，其至喪失支護能力，應(yīng)在頂板下沉速度趨于平緩、頂?shù)?板移近量逐漸接近最犬值的沉降衰減

11、期進行加固，即工作面后方6080m外。三、沿空留巷加固工藝1、巷內(nèi)加固圖3 頂板二次補強支護頂板加固：垂直于巷道方向，在頂板中部采用32“長29u型鋼錨索梁進行頂板加固， 一梁三索，與頂板鋼帶錯開布置，排距1.6m 錨索規(guī)格為21.6x8000mm,兩邊錨索距梁端 200mm,梁端距煤柱側(cè)、回采側(cè)煤壁均為500mm。煤柱幫加固：采用錨索、高強錨桿配合鋼筋梯、鐵托盤進行加固。鋼筋梯橫向布置、連 續(xù)搭接，分別布置于幫部上、下部兩排錨桿中間位置，錨索與高強錨桿布置間距800mm；在 巷幫中部布置一排單錨索，錨索間距1600mmo錨索規(guī)格® 18.9x4800mm,鋼筋梯處錨索托 盤規(guī)格25

12、0mm x 250mm x 20mm,單錨索托盤規(guī)格400mm x 400mm x 20mm；高強錨桿規(guī)格 o20x2400mm,錨桿托盤規(guī)格200mmx200mmx 10mm；橫向鋼筋梯由20mm岡鋼加工焊 接而成。2、巷旁加固充填體內(nèi)部加固：充填前打設(shè)在工作面2#、3#充填支架后頂梁下方打設(shè)木垛。木垛采用 原雜木垂直打設(shè)，每鋪設(shè)2根2.43.0m傾向長原雜木后，再鋪設(shè)3根1.21.5m走向短原雜 木；每層原雜木兩端與上下鄰近層原雜木側(cè)邊緣間距離為200± 100mm,中間1根走向短原 雜木傾向居中布置；木垛與側(cè)擋漿板間距離為200± 100mm,距支架后擋漿板w200mm,打 設(shè)位置底板不平整處用肝石、廢料或木墊板墊平；木垛上方距支架后頂梁下邊緣不大于 150mm,上部至少四層原雜木用連網(wǎng)繩綁扎牢靠、避免晃動。/° °° °圖6 充填體外部加固充填體外部加固：充填外部加固，即是對留巷外幫進行封閉式加固，采用雙工字鋼棚腿+ 鋼筋網(wǎng)+噴漿的方式進行加固。雙工字鋼棚腿采用兩根工字鋼棚腿沿縱軸腰線方向并排緊靠并 用三副卡箍固定而成（工字鋼棚腿采用3m長11#工字鋼加工而成，上端焊接帶孔鐵托盤）, 棚腿間距約為800mm,棚腿里側(cè)掛1層鋼筋網(wǎng)，最后對巷幫進行噴漿處理，噴漿以封閉里側(cè)工字鋼為準(zhǔn)。u!、總結(jié)根據(jù)沿空巷道頂板支