龐啟云

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)金達(dá)煤業(yè)有限公司 山西孝義032300）

隨著開采強(qiáng)度的不斷增大，煤炭資源越來(lái)越少，為提高礦井服務(wù)年限，越來(lái)越多礦區(qū)開始使用沿空留巷工藝[1-3]。為進(jìn)一步提高煤炭資源的采出率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)金達(dá)煤業(yè)采用柔?；炷粮綦x墻體沿空留巷技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的區(qū)段煤柱護(hù)巷方案，本文以10401運(yùn)輸順槽為預(yù)留巷道為研究背景，校核了沿空留巷巷旁支護(hù)強(qiáng)度，并通過(guò)工程實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證性研究。

1 工作面概況

10401綜放工作面回采巷道位于四采區(qū)南翼軌道巷東側(cè)，工作面所采煤層屬石炭系下統(tǒng)太原組10號(hào)煤層，煤層平均埋深452 m，平均厚度為7.4 m，含多層夾矸，工作面走向長(zhǎng)度1 020 m，切眼長(zhǎng)164 m，煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，抗壓強(qiáng)度21.10 MPa，厚度6.9 m～8.5 m；煤層底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，抗壓強(qiáng)度16.85 MPa，厚度6.6 m。

10401運(yùn)輸順槽為預(yù)留巷道，巷道設(shè)計(jì)為矩形斷面，沿底掘進(jìn)，巷道寬5.4 m，高2.8 m，留巷長(zhǎng)度為1 020 m，隔離墻體寬度為1 m。頂板采用?20×2 400 mm型左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，每排布置5根，間距及排距均為1 000 mm，垂直于頂板打設(shè)；兩幫采用?20×2 000 mm型左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，間距為1 200 mm，排距為1 000 mm。錨索采用?17.8×5 300 mm型高強(qiáng)度鋼絞線，每排布置2根錨索，間距為1 800 mm，排距為2 000 mm，垂直于頂板打設(shè)。

圖1巷道支護(hù)斷面圖

2 巷旁支護(hù)載荷分析

采用柔?；炷粮綦x墻體沿空留巷技術(shù)時(shí)，混凝土隔離墻體支護(hù)強(qiáng)度對(duì)留巷圍巖穩(wěn)定性具有十分重要的意義，根據(jù)金達(dá)煤礦10401運(yùn)輸順槽頂板巖層賦存情況，建立如下力學(xué)模型：

圖2巷旁支護(hù)載荷計(jì)算模型

隔離墻體支護(hù)載荷可按照下式計(jì)算：

式中：p為支護(hù)體載荷；h為采高，取2.4 m，θ為剪切角，根據(jù)測(cè)量，取26°；x為支護(hù)體的寬度，可有效支護(hù)沿空巷道的充填體寬度，取1 m；bB為支護(hù)體內(nèi)側(cè)到煤壁的距離，取留巷寬度，3.3 m；bC為支護(hù)體外側(cè)懸頂距，取0.3 m；γs為巖塊重度，取24 kN/m3；α為煤層傾角，取4°。

將各參數(shù)帶入式(1)，得，留巷寬為3.3 m、支護(hù)厚度為1 m時(shí)支護(hù)體的載荷為：p=1 271.65 kN/m

考慮到工作面回采動(dòng)壓的影響系數(shù)2～4，這里取3，沿空留巷期間，頂板作用在柔?；炷辽系淖畲笾ёo(hù)載荷為p=3 814.96 kN/m。

3 隔離墻體支護(hù)載荷

沿空留巷隔離墻體采用柔?；炷?，是一種纖維包裹加筋的預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體。在軸向壓力作用下，被約束的核心混凝土產(chǎn)生橫向擴(kuò)容變形，使得錨栓產(chǎn)生拉伸變形，從而形成了作用于核心混凝土的橫向約束力，核心混凝土處于三向受壓應(yīng)力狀態(tài)[4-5]。柔?；炷翂w的承載力計(jì)算公式為：

隔離墻體側(cè)向約束力按下式計(jì)算：

式中：N為巷旁支護(hù)的承載能力，kN/m；σr為錨栓套箍作用產(chǎn)生的有效約束力；Acor為環(huán)向包裹內(nèi)混凝土面積，矩形截面Acor=b?h；fc為混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按C30混凝土設(shè)計(jì)值為15 N/mm2；d為錨桿直徑，取20 mm；σb為鋼筋抗拉強(qiáng)度，取435 N/mm；a1，a2為錨桿間排距，均取1 000 mm。

代入各參數(shù)得，σr=0.67 MPa；N=16 832 kN/m。

根據(jù)上述分析，沿空留巷所需的巷旁支護(hù)載荷為3 814.96 kN/m，采用柔?；炷粮綦x墻體進(jìn)行巷旁支撐時(shí)墻體可以承載的載荷為15 912 kN/m，為巷旁支護(hù)所需載荷的4.2倍，可以滿足巷旁支護(hù)要求。

4 隔離墻體抗滑穩(wěn)定性分析

采空區(qū)冒落矸石堆積在柔?；炷翂w的側(cè)邊，對(duì)柔?；炷翂w有一定的側(cè)壓力，垮落矸石對(duì)隔離墻體的側(cè)向壓力按下式計(jì)算[6]：

式中：Ea為矸石對(duì)巷旁支護(hù)的側(cè)壓力；γ為松散矸石的重度，取15 kN/m3；H為散落矸石的高度，取2倍的有效采高，即11 m；φ為散落矸石的內(nèi)摩擦角，取45°。

代入各參數(shù)，得Ea=236.5 kN/m。

工作面為靜水平開采，柔?；炷粮綦x墻體抗滑穩(wěn)定性系數(shù)按下式計(jì)算：

式中：K為抗滑安全系數(shù)；G為隔離墻體自重，取107.5 kN/m；F為沿空留巷頂板壓力，取為頂板充分垮落后形成的壓力，3 814.96 kN/m；μ為隔離墻體與底板之間的摩擦系數(shù)，取0.3.

代入各參數(shù)，得K=4.98。

根據(jù)重力式擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范，墻體抗滑系數(shù)不低于1.6，10401運(yùn)輸順槽隔離墻體抗滑系數(shù)為K=4.98，遠(yuǎn)高于1.6，因此混凝土柔模隔離墻體可以滿足抗滑穩(wěn)定性要求。

5 工程實(shí)踐

10401運(yùn)輸順槽采用沿空留巷，巷旁支護(hù)采用柔?；炷翂w，柔性模板由外部加筋纖維布和內(nèi)部拉筋組成，采用自密實(shí)、早強(qiáng)、高強(qiáng)等要求的礦用高性能混凝土，正常地質(zhì)段采用C30級(jí)混凝土，隔離墻體厚度為1 m，煤柱影響區(qū)等復(fù)雜地段采用C40級(jí)混凝土，隔離墻體厚度為1.2 m。目前已留巷400余米，成巷過(guò)程中混凝土隔離墻體可基本保持穩(wěn)定，未發(fā)生嚴(yán)重變形破壞，成巷后隔離墻體未發(fā)生嚴(yán)重變形破壞，巷旁支護(hù)側(cè)最大變形量為236 mm，表明沿空留巷巷旁支護(hù)設(shè)計(jì)合理，可以滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文分析校核了金達(dá)煤礦10401運(yùn)輸順槽沿空留巷柔?；炷翂w巷旁支護(hù)的支護(hù)強(qiáng)度及抗滑移強(qiáng)度，并通過(guò)工程實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證性研究，研究表明沿空留巷柔?；炷粮綦x墻體設(shè)計(jì)合理，留巷期間及成巷后期未發(fā)生嚴(yán)重破壞變形，可以滿足實(shí)際安全生產(chǎn)要求。