（內(nèi)蒙古裕興礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016064）

沿空留巷是無(wú)礦柱開(kāi)采技術(shù)的重要措施之一，在生產(chǎn)過(guò)程中，顯著體現(xiàn)著其安全性和經(jīng)濟(jì)性。因此，沿空留巷技術(shù)在我國(guó)的各大礦區(qū)得到普遍的推廣和應(yīng)用。為了進(jìn)一步研究礦層地質(zhì)條件和大采高綜采開(kāi)采條件下沿空留巷技術(shù)的適用性，本文以某省某礦區(qū)某礦主采礦層綜采大采高工作面的沿空留巷巷旁支護(hù)為工程背景，從沿空留巷的控制機(jī)理、巷旁充填體的支護(hù)設(shè)計(jì)、支護(hù)效果監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行了分析，以此為類(lèi)似地質(zhì)條件下的沿空留巷巷旁支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用提供借鑒。

1 工程背景

（1）礦層賦存條件。某礦位于陜西省境內(nèi)，目前主采的5#礦層屬二疊系山西組，平均埋深在625m，礦層傾角在5°～12°，平均8°的近水平礦層，普氏系數(shù)f為1.0左右，另外礦層的水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，頂板砂礦中含有微量水源。

（2）工作面概況。為了提高礦層回采率，對(duì)5#礦層采用一次采全高的綜合機(jī)械化采礦方法，區(qū)段之間實(shí)行沿空留巷技術(shù)，即將上區(qū)段的軌道平巷作為下區(qū)段的回風(fēng)平巷。在進(jìn)行5#礦層首采區(qū)首采面35101工作面回采過(guò)程中，沿空留巷巷內(nèi)支護(hù)采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，巷旁支護(hù)體為普通水泥砂漿材料。當(dāng)該區(qū)段工作面完全推過(guò)后，沿空留巷采空區(qū)側(cè)的巷旁支護(hù)體發(fā)生了明顯的壓縮變形，導(dǎo)致沿空留巷變形量超過(guò)了其允許的變形量。在綜合考慮礦層松軟等條件后，決定通過(guò)改進(jìn)巷旁支護(hù)體來(lái)控制沿空留巷的變形量和確保工作面的安全回采。

2 礦區(qū)沿空留巷的控制機(jī)理

（1）沿空留巷覆礦特征。根據(jù)礦層控制的關(guān)鍵層理論，礦層回采后，采場(chǎng)附近的上覆礦層破斷形成砌體梁結(jié)構(gòu)。區(qū)別于普通區(qū)段平巷，礦區(qū)綜采大采高的沿空留巷采空區(qū)側(cè)是巷旁支護(hù)體，留巷頂板下沉受制于上部直接頂?shù)目缏浜突卷數(shù)幕剞D(zhuǎn)下沉運(yùn)動(dòng)，另外，由于沿空留巷上部基本頂在實(shí)體礦側(cè)和采空區(qū)側(cè)的板下沉量不均，采空區(qū)側(cè)頂板下沉量明顯大于實(shí)體礦側(cè)，導(dǎo)致巷旁支護(hù)體承受更大的荷載，巷旁支護(hù)更加困難。在沿空留巷條件下，巷旁充填體、沿空留巷的巷內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)、實(shí)體礦礦壁三者共同承擔(dān)上覆礦層的支承壓力。隨著工作面的不斷推進(jìn)，基本頂?shù)V層中的關(guān)鍵塊體回轉(zhuǎn)和下沉，人工設(shè)計(jì)的巷旁充填體和巷內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)將會(huì)在很大程度上影響上覆礦層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而把巷道變形量控制在工程允許的范圍之內(nèi)，以保證回采巷道的穩(wěn)定性和安全性。

（2）巷旁充填體支護(hù)阻力分析。沿空留巷過(guò)程中，巷旁充填體的支護(hù)效果是確保巷道正常使用、保證沿空留巷技術(shù)成功實(shí)施的關(guān)鍵要素之一。通常情況下，沿空留巷的巷旁支護(hù)體前期要承擔(dān)直接頂?shù)V層的整體自重，因此必須具有一定的支護(hù)阻力以切斷直接頂?shù)V層。另外，在基本頂關(guān)鍵層斷裂后，巷旁支護(hù)體將要承受來(lái)自上方關(guān)鍵塊體回轉(zhuǎn)和下沉作用的影響，以控制巷道變形量在規(guī)定的范圍內(nèi)。

根據(jù)實(shí)體礦、巷內(nèi)支護(hù)、巷旁支護(hù)三者之間的關(guān)系，巷旁支護(hù)體的臨界阻力為：

式中：ha—直接頂厚度，m；hb—上覆基本頂?shù)炔荒茏晕移胶獾牡V層厚度，m；γa—直接頂容重，kN/m3；γb—上覆基本頂?shù)鹊V層的平均容重，kN/m3；x0—實(shí)體礦側(cè)的塑形平衡區(qū)寬度，m；L—基本頂周期來(lái)壓最大步距，m；d—巷旁支護(hù)體寬度，m；c—沿空留巷的巷道寬度，m。

3 現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)

（1）根據(jù)35102工作面的地質(zhì)和開(kāi)采技術(shù)情況及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，取直接頂厚度ha為3.16m，直接頂容重γa為21.5kN/m3，基本頂厚度hb厚度為9.72m，基本頂容重γb為32kN/m3，實(shí)體礦側(cè)塑性平衡區(qū)寬度x0為8.2m，基本頂周期來(lái)壓最大步距L為21m，巷旁支護(hù)體寬度d為1.0m，沿空留巷的巷道寬度c為3.0m。將上述參數(shù)代入計(jì)算公式（1），求得巷旁支護(hù)體的臨界阻力F為7.36MPa。因此在進(jìn)行巷旁支護(hù)體相關(guān)材料選擇及設(shè)計(jì)時(shí)，其支護(hù)強(qiáng)度要大于7.36MPa，才能保證沿空留巷的安全性和有效性。

（2）巷旁支護(hù)體支護(hù)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行巷旁支護(hù)體材料選擇時(shí)，低強(qiáng)度的配比材料不能起到有效支護(hù)上覆頂板的作用，導(dǎo)致巷道變形量較大；高強(qiáng)度的配比材料必然會(huì)使巷旁支護(hù)體承擔(dān)更多的上覆礦層壓力，導(dǎo)致明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，不利于底板礦層的穩(wěn)定性。根據(jù)該礦層的實(shí)際地質(zhì)情況及首采面沿空留巷的經(jīng)驗(yàn)，用膏體充填料替換傳統(tǒng)的水泥砂漿材料，即通過(guò)水泥、粉礦灰作為膠凝材料，矸石和砂子作為惰性骨料，加入早強(qiáng)劑和減水劑等改善混合和材料性能。為使配制的巷旁充填體能取得較好的支護(hù)效果，在查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料和配比經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定水泥、粉礦灰、砂子、矸石骨料、水按照質(zhì)量比為3.5：1.1：3.6：27.2：10.5混合均勻進(jìn)行配制，并且添加適量的早強(qiáng)劑和減水劑，兩者占整體質(zhì)量的1.3%。巷內(nèi)及實(shí)體礦幫側(cè)支護(hù)仍使用之前的支護(hù)參數(shù)，巷旁支護(hù)體為替換后的膏體充填材料。

4 結(jié)論

礦層控制的關(guān)鍵層理論認(rèn)為，礦層回采后，由于沿空留巷上部基本頂在實(shí)體礦側(cè)和采空區(qū)側(cè)的板下沉量不均，尤其厚礦層大采高開(kāi)采條件下，沿空留巷巷道的采空區(qū)側(cè)頂板下沉量明顯大于實(shí)體礦側(cè)，導(dǎo)致巷旁支護(hù)體承受更大的荷載，巷旁支護(hù)更加困難。根據(jù)該礦層的實(shí)際地質(zhì)情況及首采面沿空留巷的經(jīng)驗(yàn)，用膏體充填料替換傳統(tǒng)的水泥砂漿材料，有效控制了頂板下沉，并且保持了較好的完整性，巷道變形和充填體內(nèi)部應(yīng)力在允許范圍內(nèi)，巷旁支護(hù)技術(shù)取得了較為成功的應(yīng)用。