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        某煤礦堅(jiān)硬頂板巷旁充填沿空留巷工程實(shí)踐

        2016-08-01 12:26:51李曉勇
        現(xiàn)代礦業(yè) 2016年6期
        關(guān)鍵詞:圍巖變形

        李曉勇

        (山西汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦)

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        某煤礦堅(jiān)硬頂板巷旁充填沿空留巷工程實(shí)踐

        李曉勇

        (山西汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦)

        摘要在充分考慮某煤礦8213工作面堅(jiān)硬頂板實(shí)際情況的基礎(chǔ)上,配制了充填材料進(jìn)行巷旁充填,并對其在現(xiàn)場使用情況進(jìn)行了分析?,F(xiàn)場礦壓觀測結(jié)果表明:充填體能夠較好地接頂,其強(qiáng)度滿足巷旁支護(hù)要求,對留巷側(cè)頂?shù)装逡平冃尉哂休^好的適應(yīng)性,有效限制了圍巖變形,留巷效果良好,斷面收縮小,可滿足沿空留巷的技術(shù)要求。

        關(guān)鍵詞堅(jiān)硬頂板充填材料巷旁充填沿空留巷

        1工作面概況

        某煤礦8213工作面位于7-2#煤層盤區(qū),地面標(biāo)高1 221.2~1 232.5 m,工作面標(biāo)高980~1 016 m,工作面由5213巷與2213巷圈成,北部為實(shí)體煤;南部為321皮、321軌、521回等3條盤區(qū)巷,東部為設(shè)計(jì)2211巷,西部緊鄰F2斷層。煤層可采指數(shù)為100%,賦存較穩(wěn)定,總厚0.8~1.42,平均厚1.11 m,煤層結(jié)構(gòu)單一,煤層傾角坡度較大,傾角5°~20°,平均9.5°,與3#煤層的層間距為32~36 m,與11#煤層的層間距約60 m。

        2巷內(nèi)及巷旁支護(hù)參數(shù)

        本研究充填材料組分含量見表1[1-6]。

        表1 充填材料各組分含量 kg/t

        巷旁充填體形成初期,基本頂巖層處于穩(wěn)定狀態(tài),充填體與巷內(nèi)支護(hù)共同承載,維護(hù)直接頂,防止直接頂與基本頂之間產(chǎn)生離層,并切落采空區(qū)側(cè)直接頂板,該階段巷旁充填體主要作用對象為直接頂。充填體的相關(guān)承載強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。由表2可知:采用寬為1.5 m的巷旁充填體即可滿足巷旁支護(hù)阻力的要求[7]。

        表2 充填體后期承載強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

        3巷旁充填沿空留巷圍巖變形規(guī)律

        3.1巷道圍巖表面位移規(guī)律3.1.1工作面前方巷道表面位移

        工作面前方巷道實(shí)體煤側(cè)頂?shù)装?、充填體側(cè)頂?shù)装搴蛢蓭鸵平颗c移近速率的關(guān)系如圖1、圖2所示。由圖1、圖2可知:①測站距工作面50 m以外時(shí),巷道圍巖基本未受到采動的影響,保持在掘進(jìn)影響穩(wěn)定后的應(yīng)力平衡狀態(tài);②在工作面前方25~50 m,巷道開始受到采動影響,表面位移開始增大但位移量不大,生產(chǎn)幫側(cè)頂?shù)装逡平孔畲髢H10 mm;③進(jìn)入工作面前方25 m范圍之后,巷道開始受到采動超前支承壓力的劇烈影響,頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤焖僭黾?,該階段圍巖相對移近量占總移近量的88%以上;④生產(chǎn)幫側(cè)頂?shù)装逡平棵黠@大于非生產(chǎn)幫側(cè),生產(chǎn)幫側(cè)頂?shù)装逡平孔畲筮_(dá)91 mm,而非生產(chǎn)幫側(cè)頂?shù)装逦灰屏績H為84 mm,兩幫移近量最大為53 mm,小于頂?shù)装逡平?。由此可見,錨桿(索)支護(hù)對圍巖變形起到了很好的控制作用,圍巖總體變形量較小,保證了后期留巷圍巖的完整性和穩(wěn)定性。

        圖1 巷道圍巖相對移近量與測站距工作面距離的關(guān)系

        3.1.2工作面后方巷道表面位移

        工作面推過后繼續(xù)對巷道表面位移進(jìn)行觀測,結(jié)果如圖3、圖4所示。由圖3、圖4可知,工作面后方巷道圍巖表面位移變化明顯呈4個(gè)階段:①第1階段,距工作面0~-7 m,該范圍緊靠工作面端頭,斷面較大,而且巷旁充填體剛形成,未能及時(shí)有效地提供巷旁支護(hù)阻力,僅靠巷內(nèi)單體液壓支柱支撐,巷道頂?shù)装逡平枯^大,由于巷道未形成,該段缺乏兩幫相對移近量監(jiān)測數(shù)據(jù);②第2階段,距工作面-7~-15 m,充填體已構(gòu)筑完成,接頂良好,早期強(qiáng)度高,增阻速度快,有效控制了直接頂板的早期變形,且巷道處于工作面端頭弧形三角板下方,基本頂結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定,使得該范圍內(nèi)巷內(nèi)表面位移增幅較小,變化較緩和;③第3階段,距工作面-15~-56 m,由于弧形三角頂板不斷彎曲、下沉、破斷,致使該范圍內(nèi)不論頂?shù)装逡平窟€是兩幫移近量增幅均較大,工作面每推進(jìn)1 m,充填體側(cè)頂板最大移近量達(dá)9 mm,由于頂板自重及充填體提供的切頂阻力作用,一定高度的頂板依次被切落,因此,巷道表面位移移近速度呈現(xiàn)波動性;④第4階段,距工作面-56 m 以外,隨著基本頂在采空區(qū)觸矸、壓實(shí),基本頂運(yùn)動已趨穩(wěn)定,該階段巷道圍巖位移也逐漸趨于穩(wěn)定,巷道圍巖移近速度均達(dá)到留巷階段的最小值,工作面推進(jìn)1 m巷道圍巖表面位移量均在1 mm以下。

        圖2 巷道圍巖移近速度與測站距工作面距離的關(guān)系

        圖3 巷道圍巖相對移近量與測站距工作面距離的關(guān)系

        由圖2、圖3可進(jìn)一步分析得出:①0~-56 m,充填體側(cè)頂?shù)装逡平孔畲鬄?33 mm,實(shí)體煤側(cè)僅210 mm,相對充填體側(cè)較小;②前期充填體側(cè)頂?shù)装逡平俣却笥趯?shí)體煤側(cè),而后期則相反,是由于前期基本頂?shù)倪\(yùn)動以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為主,致使充填體側(cè)頂?shù)装逡平俣却笥趯?shí)體煤側(cè),后期基本頂運(yùn)動以沉降運(yùn)動為主,加之煤體的剛度較充填體小,使得后期實(shí)體煤側(cè)頂?shù)装逡平俣容^充填體側(cè)大,但最后充填體側(cè)和實(shí)體煤側(cè)的移近速度趨于一致,表明充填體對巷道圍巖整體變形有良好的適應(yīng)性。

        圖4 工作面后方巷道圍巖移近速率與

        3.2充填體應(yīng)力分布規(guī)律

        采用鉆孔應(yīng)力計(jì)測量充填體內(nèi)部應(yīng)力,初始值固定為2 MPa,測點(diǎn)布設(shè)于充填體拆模之后的位置,因此在工作面后方10 m范圍內(nèi),無監(jiān)測數(shù)據(jù)。巷旁充填體內(nèi)部的應(yīng)力分布與工作面推進(jìn)的關(guān)系如圖5所示。由圖5可知:隨著工作面的推進(jìn),充填體內(nèi)部應(yīng)力逐漸增加,當(dāng)測站距工作面-43 m時(shí),充填體內(nèi)部應(yīng)力達(dá)到最大,為6.4 MPa,然后隨著基本頂巖層在采空區(qū)觸矸、形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),充填體內(nèi)部應(yīng)力開始回落,最后穩(wěn)定于5.6 MPa。

        圖5 巷旁充填體應(yīng)力分布與測站距工作面距離的關(guān)系

        4結(jié)語

        以某煤礦巷旁充填沿空留巷為工程背景,配制了巷旁充填材料,并將其應(yīng)用于工程實(shí)踐,結(jié)果表明,充填體可有效接頂,其強(qiáng)度滿足巷旁支護(hù)要求,可有效限制圍巖變形。

        參考文獻(xiàn)

        [1]華心祝,馬俊楓,許庭教.錨桿支護(hù)巷道巷旁錨索加強(qiáng)支護(hù)沿空留巷圍巖控制機(jī)理研究及應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005(12):90-98.

        [2]譚云亮,何孔翔,馬植勝,等.堅(jiān)硬頂板冒落的離層遙測預(yù)報(bào)系統(tǒng)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006(8):178-186.

        [3]華心祝.我國沿空留巷支護(hù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及改進(jìn)建議[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2006(12):56-64.

        [4]馬立強(qiáng),張東升,王紅勝,等.厚煤層巷內(nèi)預(yù)置充填帶無煤柱開采技術(shù)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2010(4):145-152.

        [5]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(10):89-97.

        [6]張國鋒,何滿潮,俞學(xué)平,等.白皎礦保護(hù)層沿空切頂成巷無煤柱開采技術(shù)研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2011(4):178-182.

        [7]唐建新,胡海,涂興東,等.普通混凝土巷旁充填沿空留巷試驗(yàn)[J].煤炭學(xué)報(bào),2010(9):156-164.

        (收稿日期2016-04-15)

        李曉勇(1977—),男,助理工程師,033300 山西省柳林縣。

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