馮建斌

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024；2.呂梁市離石區(qū)煤炭局，山西 呂梁 033000）

沿空留巷巷旁充填體合理寬度研究

馮建斌1，2

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024；2.呂梁市離石區(qū)煤炭局，山西 呂梁 033000）

以金暉榮泰煤業(yè)10106工作面回風(fēng)順槽作為工程應(yīng)用試點(diǎn)對(duì)象，運(yùn)用數(shù)值模擬軟件分析沿空留巷圍巖變形特征。通過對(duì)不同寬高比的比較，根據(jù)留巷巷道圍巖的變形量特征，確定試驗(yàn)巷道巷旁支護(hù)體適宜的寬高比。研究結(jié)果表明，當(dāng)支護(hù)體寬高比不低于1.0時(shí)，沿空留巷巷道維護(hù)狀況改善明顯。該研究可為同類型的工程實(shí)踐提供參考價(jià)值。

沿空留巷；數(shù)值模擬；圍巖控制；合理寬度

沿空留巷技術(shù)可以在下一工作面繼續(xù)使用上一工作面留下的巷道，大大減少了巷道掘進(jìn)、取消了區(qū)段煤柱、避免了下部工作面受煤柱集中應(yīng)力以及殘留煤柱自燃發(fā)火的影響、提高了資源回收率、緩解了采掘接替緊張、降低能耗、同時(shí)實(shí)現(xiàn)“Y”型通風(fēng)、解決了礦井透氣性差、上隅角瓦斯積聚、高瓦斯難抽放煤層開采的瓦斯超限等難題[1]。目前已廣泛應(yīng)用于中厚及薄煤層，是一項(xiàng)高效、綠色、安全的開采技術(shù)。但是沿空留巷要經(jīng)歷多次動(dòng)壓影響，巷道變形量大，維護(hù)困難，若采空區(qū)密閉不嚴(yán)會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)進(jìn)風(fēng)自燃和有毒有害氣體擴(kuò)散[2-3]。

本文以山西金暉榮泰煤業(yè)10106工作面回風(fēng)順槽作為經(jīng)歷兩次采動(dòng)影響的沿空留巷巷道，在數(shù)值模擬基礎(chǔ)上分析巷旁充填體占沿空留巷寬度不同比例情況下對(duì)圍巖變形的控制效果關(guān)系。根據(jù)巷道寬度，通過選擇合理充填體寬度控制圍巖變形

1 工程地質(zhì)概況

山西組10號(hào)煤層為山西金暉榮泰煤礦主要開采煤層。10號(hào)煤層整體處于太原組煤層下方，底板主要為頁(yè)巖和泥巖，頂板主要為石灰?guī)r和泥巖。煤層含1層夾矸，平均厚度為2.67 m，屬于中厚煤層。煤層賦存結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，厚度相對(duì)穩(wěn)定，為主要賦存的可采穩(wěn)定煤層。通過對(duì)10號(hào)煤層頂?shù)装鍘r石進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其力學(xué)性質(zhì)如下：頂板抗壓強(qiáng)度平均為74.4 MPa；抗拉強(qiáng)度4.0～4.45 MPa，平均為4.3 MPa。底板抗壓強(qiáng)度為61.6～76.8 MPa，平均為71.2 MPa；抗拉強(qiáng)度3.2～4.1 MPa，平均為3.6 MPa。10號(hào)煤層頂板在頂板穩(wěn)定分類中屬中等穩(wěn)定頂板（Ⅱ類）；因其底板為堅(jiān)硬巖石，所以一般情況不會(huì)出現(xiàn)巷道底鼓現(xiàn)象。

2 沿空留巷支護(hù)數(shù)值模擬分析

工程應(yīng)用試驗(yàn)巷道選用山西呂梁離石金暉榮泰煤業(yè)10106工作面回風(fēng)順槽。巷道寬度4.0 m，高度3.0 m。研究在堅(jiān)硬頂板沿空留巷的情況下，巷旁支護(hù)體寬度占所留巷道的比例為0.5、0.8、1.0、1.5時(shí)（對(duì)應(yīng)充填體寬度分別為1.5 m、2.4 m、3.0 m和4.5 m）巷道圍巖的變形特點(diǎn)。其頂?shù)装鍑鷰r參數(shù)如表1所示。

根據(jù)該煤礦所處的地質(zhì)狀況及試驗(yàn)巷道頂?shù)装鍘r層分布情況，選定模型尺寸為140 m×80 m× 30 m(長(zhǎng)×寬×高)。應(yīng)用模擬鏡像原則，可將工作面開采寬度設(shè)為100 m，選用高強(qiáng)度膏體作為巷旁支護(hù)充填材料，充填材料7 d抗壓強(qiáng)度為15 MPa，充填體高度確定為為3.0 m，寬度分別為1.5 m、2.4 m、3.0 m和4.5 m，緊隨工作面開采充填。巷道寬度為4.0 m，高度3.0 m。

在距開切眼的前方巷道20 m處將設(shè)置監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)，以記錄隨采場(chǎng)開挖不同寬度巷旁支護(hù)體對(duì)沿空留巷圍巖變化量的影響。在巷道中心頂板上方0.5 m處布置頂板監(jiān)測(cè)點(diǎn)、在底板下方0.5 m處布置底板監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在充填體中部設(shè)置充填體內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在距離煤幫中部1.0 m處設(shè)置煤幫應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置狀況圖，見圖1。

記錄留巷過程中不同支護(hù)寬度比對(duì)應(yīng)二次圍巖變形及受力變化。為了達(dá)到更好的模擬效果，所建模型應(yīng)盡量符合井下實(shí)際開采情況，故采用分步開挖，模擬井下三八制采煤作業(yè)循環(huán)，推進(jìn)速度為3.6 m/d，即模型每次開挖1.2 m。所建立的模型結(jié)構(gòu)示意圖，見圖2。

3 數(shù)值模擬結(jié)果

巷旁充填寬高比不同時(shí)，巷道圍巖位移與距回采工作面距離的關(guān)系見圖3-圖5。

在垂直方向上，充填體中部垂直位移和巷道頂?shù)装逡平颗c距回采工作面距離的關(guān)系在理論及實(shí)踐方面均類似。隨著工作面的推進(jìn)不同巷旁充填體位移量增加，并且位移加速度也在增加。表明隨著工作面推進(jìn)，基本頂在直接頂垮落后，發(fā)生斷裂下沉。當(dāng)回采工作面超過監(jiān)測(cè)點(diǎn)5 m左右時(shí)，垂直位移量仍然增加但位移加速度較上一階段明顯減小甚至可視為勻速下沉。表明此階段監(jiān)測(cè)點(diǎn)上方的基本頂一端已經(jīng)觸矸，而另一端仍與回采工作面上覆巖層鉸接。當(dāng)回采工作面超過監(jiān)測(cè)點(diǎn)40 m左右時(shí)，充填體寬度大于3 m的監(jiān)測(cè)點(diǎn)顯示其位移量基本不再增加。表明監(jiān)測(cè)點(diǎn)上方巖層已經(jīng)整體垮落觸矸，變形趨于穩(wěn)定[6-7]。

充填體中部垂直位移量方面。落后工作面3 m處充填體變形劇烈，同寬高比例為1的充填體相比，寬高比＜1的充填體垂直位移變化量較大，而在本實(shí)驗(yàn)內(nèi)寬高比＞1的充填體垂直位移量基本相同。當(dāng)工作面超過監(jiān)測(cè)點(diǎn)39 m時(shí)位移量開始趨于緩和，充填體寬高比不超過1時(shí)，變形速度大大降低，充填體變形量增加值較明顯，比4.5 m寬充填體增加180 mm、80 mm、20 mm。

手術(shù)室護(hù)理始終是護(hù)理工作的研究熱點(diǎn),因手術(shù)室護(hù)理質(zhì)量直接關(guān)乎患者生命健康,尤其是手術(shù)實(shí)施過程中,任何手術(shù)失誤會(huì)影響手術(shù)效果、預(yù)后效果,不僅會(huì)增加患者的住院時(shí)間,增加患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),還會(huì)增加醫(yī)生、患者的精神壓力,引發(fā)醫(yī)患糾紛[3]。因此提升手術(shù)室護(hù)理,規(guī)避風(fēng)險(xiǎn),提高手術(shù)室質(zhì)量,具有重要意義。

頂?shù)装逦灰屏糠矫?。工作面從距監(jiān)測(cè)點(diǎn)10 m開始至超過監(jiān)測(cè)點(diǎn)3 m時(shí)巷道圍巖變形量逐漸加快。充填體寬高比不超過1時(shí)，與充填體寬高比＞1時(shí)相比，巷道垂直位移增長(zhǎng)量較大。在距工作面42 m時(shí)，充填體寬高比不超過1時(shí)，頂?shù)装遄冃瘟吭黾用黠@，分別比4.5 m寬充填體增加600 mm、300 mm、200 mm。

巷幫位移量方面。距工作面4 m左右時(shí)，充填體寬高比＜1時(shí)，與充填體寬高比為1時(shí)相比巷道幫位移量分別增長(zhǎng)了300%、100%，充填體寬高比＞1時(shí)，巷幫位移量基本相同。在距工作面40 m左右，充填體寬高比≤1時(shí)，頂?shù)装遄冃瘟糠謩e比4.5 m寬充填體增加150 mm、90 mm、30 mm。

綜上所述，從圖中3-圖5可以看出，一定范圍內(nèi)隨著巷旁支護(hù)寬度的增加，寬高比的增大，巷道圍巖變形量減小。

當(dāng)充填體寬高比從0.5增加到0.8時(shí)，充填體內(nèi)部垂直位移減小75%，頂?shù)装逡平繙p小36%，兩幫移近量減小50%。

當(dāng)充填體寬高比從0.8增加到1時(shí)，充填體內(nèi)部垂直位移減小66%，頂?shù)装逡平繙p小25%，兩幫移近量減小46%。充填體支護(hù)狀況改善顯著。

當(dāng)充填體寬高比從1增加到1.5時(shí)，充填體內(nèi)部垂直位移減小33%，頂?shù)装逡平繙p小180%，兩幫移近量減小71%。頂?shù)装寰S護(hù)狀況改善顯著。

巷道變形量趨于緩和的穩(wěn)定階段位于巷道圍巖在工作面后方42 m處，其中充填體寬高比為0.8和1時(shí)，雖然變形加速度減小，但是變形仍在繼續(xù)，呈現(xiàn)低速增長(zhǎng)特性。當(dāng)充填體寬度占巷道寬度比例比超過1時(shí)，巷道變形量基本趨于穩(wěn)定。由此可以看出，對(duì)于堅(jiān)硬頂板沿空留巷來說，巷旁支護(hù)寬高比不宜小于1.0。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）適宜的巷旁充填體寬高比直接影響著沿空留巷圍巖的穩(wěn)定性。2）頂板下沉不可避免，因此應(yīng)保證支護(hù)預(yù)留一定的可縮性以適應(yīng)頂板垮落。3）對(duì)于堅(jiān)硬頂板沿空留巷，比較其各個(gè)位移量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)巷旁支護(hù)體寬度為3.0 m時(shí)，巷道圍巖變形量狀況明顯改善，因此巷旁支護(hù)寬高比不宜小于1.0。

[1]錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[2]康紅普，牛多龍，張鎮(zhèn)，等.深部沿空留巷圍巖變形特征與支護(hù)技術(shù)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(10)：1977-1987.

[3]陳勇，柏建彪，朱濤壘，等沿空留巷巷內(nèi)支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2012，37(6)：903-910.

[4]李迎富，華心祝.沿空留巷上覆巖層關(guān)鍵塊穩(wěn)定性力學(xué)分析及巷旁充填體寬度確定[J].巖土力學(xué)，2012，33(4)：1134-1139.

[5]張吉雄，姜海強(qiáng)，繆協(xié)興，等.密實(shí)充填采煤沿空留巷巷旁支護(hù)合理寬度研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2013,30(2)：159-164.

[6]陳勇，柏建彪，徐營(yíng)，等.沿空留巷巷旁支護(hù)體寬度的合理確定[J].煤炭工程，2012（5）：4-7.

[7]白蘭永.冒落矸石自行充填沿空巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究[J].金屬礦山，2011，420（6）：63-66.

Reasonable Width of Sideward Backfilling in Gob-side Entry Retaining

FENG Jianbin1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Lishi Bureau of Coal,Lvliang 033000,China)

Taking the return air crossheading of No.10106 mining face in Jinhui Rongtai Coal Co., Ltd.as pilot study of engineering application,numerical simulation was used to study the deformation features of surrounding rock in gob-side entry retaining.By comparing different width-height ratios and basing on deformation of the surrounding rock,a suitable width-height ratio of sideward support in the testing gallery was determined.The results showed that when the width-height ration of the support was not less than 1.0,the maintenance of the gob-side entry retaining was significantly improved.The study could provide reference for similar engineering practice.

gob-side entry retaining;numerical simulation;surrounding rock control;reasonable width

TD353

A

1672-5050（2015）01-0055-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.018

（編輯：武曉平）

2014-12-17

馮建斌（1969-），男，山西呂梁人，大學(xué)本科，工程師，從事煤炭安全管理工作。