秦 偉

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046000）

在我國井工開采礦井中，特別對于高瓦斯煤層，需要足夠的新鮮風(fēng)流通過巷道進入工作面，為此采用“兩進一回”通風(fēng)方式[1-2]。而且隨著煤炭資源不斷枯竭，對其回收率提升變得尤為重要，故提出巷道巷旁充填的方式進行回采[3-5]。同時考慮到工作面不斷回采推進產(chǎn)生的采動應(yīng)力場，不可避免地造成巷道圍巖破壞。因此，沿空留巷巷道內(nèi)錨桿索支護方法以及柔模墻的強度是否可以較好控制巷道變形量，成為礦井安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。

1 工程背景

霍爾辛赫煤礦位于山西省長治市南鮑村北，礦井主要開采3#煤層，煤層底板標高409～433m，煤層傾角1°～16°，平均6°。煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層平均厚度為5m，普氏硬度為0.37～1。3#煤層之上依次為3.3m 泥巖、2.5m 的細粒砂巖；3#煤層之下依次為0.7m 泥巖、2m 砂質(zhì)泥巖、1.5m 細粒砂巖、7m 泥巖。3308 工作面走向長445m，傾斜長250m，采用后退式綜采一次采全高開采方式。

3308 工作面和3309 工作面相鄰布置，3308 工作面布置有三條巷道，采用“兩進一回”的通風(fēng)方式，保證足量的新鮮風(fēng)流，如圖1 所示。隨著3308工作面的回采，在3308 運輸巷道采空區(qū)側(cè)采用巷旁充填留巷的方式為3309 工作面開采提供保障。3308 運輸巷為矩形斷面，巷道斷面（寬×高）為6.0×4.5m，采用錨桿索支護，如圖2 所示。頂板采用Ф22mm×2.4m 左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，間排距950mm×1000mm，配Ф16mm、長度5900mm 鋼帶。采用Ф22mm×7300mm 錨索，頂板每排布置3 根，間排距為2000m×2000m。巷道頂板采用金屬網(wǎng)片規(guī)格為50×50mm。巷幫采用Ф22mm×2.4m 左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，間排距為1000mm×1000mm，配W 鋼帶、金屬網(wǎng)。

圖1 工作面布置圖

圖2 3308 運輸巷道支護方案

考慮到采掘銜接緊張的問題，3308 運輸巷道采用巷旁充填技術(shù)，為接續(xù)工作面3309 留設(shè)巷道，待3308 工作面推過一定距離后及時采用擋矸支架沿切縫線擋矸，澆筑柔?；炷翂w隔絕采空區(qū)，保證3308 運輸巷道穩(wěn)定性。

2 巷旁充填技術(shù)

沿空留巷要保證3308 運輸巷道（寬×高）為4500mm×4500mm， 如 圖3 所 示。3308 運輸巷道采空區(qū)側(cè)巷幫充填支護采用C30 柔?；炷翝仓w，澆筑混凝土墻（寬× 高）為1500mm×4500mm。

圖3 3308 運輸巷道巷旁充填支護方案

巷旁充填體是由柔性模板和內(nèi)錨桿組成，形成封閉的三維空間，如圖4 所示。其中墻體內(nèi)采用Φ20×1800mm 的螺紋鋼錨栓，兩側(cè)采用雙托板雙螺母固定。錨桿的間排距為750×600mm。螺栓兩端有高強度板、球形和尼龍墊圈?；炷敛牧嫌?2.5R 普通硅酸鹽水泥、沙子、碎石、專用外加劑和水組成，混凝土具體比例見表1。

表1 C30 混凝土中各組分比例

當3308 回采過程中，隨著開采空間的形成，煤層頂板發(fā)生運移變化，其側(cè)向直接頂垮落，但是不足以充滿開采空間，造成基本頂發(fā)生回轉(zhuǎn)下沉。此時基本頂弧形三角塊體B 在動靜載荷的作用下對3308 運輸巷道圍巖產(chǎn)生擠壓破壞，巷旁充填體能夠起到較好支撐作用，減緩基本頂弧形三角塊體B 旋轉(zhuǎn)角度，最終達到3308 沿空留巷巷道變形量少、保證采掘銜接正常的目的。

基于此，建立3308 運輸巷道巷旁充填體強度的力學(xué)模型，通過對巷道頂板特性和圍巖變形的分析，計算巷道頂板的強度。根據(jù)圖4，可以得到力學(xué)模型的變形協(xié)調(diào)方程：

圖4 3308 工作面力學(xué)模型圖

式中：

h1-煤層底板至基本頂與采空區(qū)矸石接觸點的距離，m；

a-沿空留巷巷道的寬度，m；

c-巷旁充填體的寬度，m；

l1-基本頂弧形三角塊體斷裂線位置至充填體的距離，m；

l-基本頂弧形三角塊體的長度，m；

k-采空區(qū)矸石碎脹系數(shù)。

則直接頂和巷旁充填體之間的豎向應(yīng)力為：

式中：

Eb-巷旁充填體的彈性模量；

Ed-煤層頂板彈性模量。

根據(jù)3308 工作面的生產(chǎn)條件實際情況，可得到以下參數(shù)：h= 15.75m，h1= 8.2m，m=5m，k=1.05，a=4.5m，c=1.5m，b=4.5m， △b=1.5m，Ed=25GPa，Eb= 0.5GPa，l=23m。由于基本頂?shù)臄嗔丫€位置在采空區(qū)附近，故關(guān)鍵塊l1=0m。

將上述參數(shù)代入式（5），直接頂與充填體之間的豎向應(yīng)力為23.6MPa。因此，充填體的強度大于23.6MPa，能保證3308 運輸巷道圍巖穩(wěn)定性。

3 留巷效果

對3308 運輸巷道圍巖變形量進行監(jiān)測，分別監(jiān)測滯后3308 工作面300～200m 的頂?shù)装逡平恳约皟蓭鸵平壳闆r，如圖5 所示。在200～245m 區(qū)間內(nèi)，頂?shù)装遄冃瘟考眲∩仙?8mm；在246～300m區(qū)間內(nèi)，巷道變形量緩慢增加，最終保持在115mm左右。充填體變形量：在200～225m 區(qū)間內(nèi)，變形量升高到17mm；在226～300m 區(qū)間內(nèi)，巷道變形量基本保持不變。實體煤側(cè)變形量：在200～238m區(qū)間內(nèi)，變形量43mm，在239～300m 區(qū)間內(nèi)，巷道變形量緩慢增加，最終達到50mm 左右。

圖5 沿空留巷巷道圍巖變形量