李雅庄煤矿充填沿空留巷及支护设计应用.pdf

102.江西煤炭科技2023年第3 期李雅庄煤矿充填沿空留巷及支护设计应用邸向进（霍州煤电集团有限责任公司李雅庄煤矿，山西霍州0 3 1412）摘要：以李雅庄煤矿2-6 16 运输顺槽充填沿空留巷加补强支护为工程背景，采用理论分析和工程实践的方法对运输顺槽留巷参数及支护方式进行研究，最终确定混凝土墙体断面尺寸为3 2 0 0 mm2000mm，采用半原位沿空留巷的方式，最终留巷宽度为48 0 0 mm。给出的补强支护方式获得较好的留巷支护效果。实践表明在工作面后方3 0 m左右变形速率最大。在工作面后方12 0 m以外巷道变形量趋于稳定，顺槽累积变形量较小，满足留巷巷道使用要求。关键词：巷道变形；沿空留巷；充填体；锚杆支护中图分类号：TD353;TD322+.3Design and Application of Backfill Gob-side Entry Retaining and Supporting in Liyazhuang Colliery(Liyazhuang Colliery,Huozhou Coal&Electricity Group Co.,Ltd.,Huozhou,Shanxi 031412)Abstract:By theoretical analysis and engineering practice,the author makes a study on the parameters of flling entry gob-sideretaining and reinforcing support methods in 2-616 conveyor crossheading of Liyazhuang Colliery,in which the section size ofconcrete wall is determined to be 3 200 mmx2 000 mm,and the semi-in-situ gob-side entry retaining method is adopted withthe final width of the retained lane of 4 800 mm,and whose application practice shows that the maximum deformation rate isabout 30 m behind the working face,the deformation outsidel20 m behind the working face tends to be stable with smallcumulative deformation,meeting the use requirements of the retaining roadway.Key words:roadway deformation;gob-side entry retaining;flling body;bolting support目前，我国经济快速发展阶段，各行各业的稳1工程背景定发展急切需要能源的稳定供应。我国的能源特点是“富煤、贫油、少气”-3 1,在这种能源结构背景下，煤炭资源的主导地位在很长时间内不会发生较大改变46 。为进一步响应国家“十四五 规划提出“全面提高资源利用效率7 ”的号召，在保证生产安全的前提下，如何提高煤炭资源采出率成为煤炭从业者重点关注的研究方面8 。在现有煤矿开采理论下，学者发现区段煤柱的留设是煤矿采出率较低的重要原因，因此如何取消区段煤柱成为提高煤矿采出率的重要措施。取消区段煤柱的采矿方法大体分为沿空留巷和沿空掘巷。采用无煤柱沿空留巷支护技术不仅可以回采区段煤柱提高采出率，还可以减少回采巷道的掘进量、缓解工作面回采与巷道掘进接替紧张的局面。由于煤层赋存条件的复杂性、开采方式的多变性，沿空留巷巷旁支护的关键技术目前还未具有广泛适应性。因此，针对李雅庄煤矿充填沿空留巷关键技术研究,对于提高该矿矿井煤炭资源回采率、延长矿井服务年限、实现安全高效开采具有积极的现实意义。文献标识码：ADi Xiangjin进方向的左翼。本工作面开采煤层属2 号煤层，位于山西组中下部，属全区稳定可采煤层，厚度3.333.42 m，平均3.3 7 m，煤层普氏硬度为1.2。该煤层含12 层夹研,结构较简单,预计夹歼厚度最薄为0.2 0 m,最厚为0.8 m。为复杂结构煤层。煤层倾角6 9,平均7,属近水平煤层。2-616工作面标高+6 12.8 +7 17.4m，埋藏深度36643 8.7 m。2-6 16 工作面回采巷道均沿2 号煤层顶板布置，2-6 16 综采工作面长度为16 7 m，走向推进长度8 7 5m。2-6 16 运输、回风顺槽均采用矩形断面,运输顺槽：宽高=5.2 mX3.2m，回风顺槽：宽高=4.5m3.0m。煤层伪顶为0.2 0 m左右的泥岩，直接顶为厚度2.2 0 m的砂质泥岩，基本顶为厚度10.8 m的中粒砂岩，直接底为厚度0.67m的炭质泥岩，基本底为细粒砂岩，平均厚度3.37m。2-6 16 工作面采用一次采全高走向长壁综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板。顶底板文章编号：10 0 6-2 57 2(2 0 2 3)0 3-0 10 2-0 3李雅庄煤矿2-6 16 工作面位于六采区中部前2023年第3 期岩层综合柱状图如图1所示。以李雅庄煤矿2 号煤层2-6 16 工作面运输顺槽为研究对象,结合现场工程地质条件,对2-6 16工作面运输顺槽充填沿空留巷围岩控制展开关键技术研究，具体内容如下：理论分析确定的巷旁支护参数与充填体加固方案，分析沿空留巷不同时期的巷道变形规律，验证该方案的合理性；确定2-616工作面运输顺槽沿空留巷围岩控制技术方案，并用于井下现场工程实践。岩性层厚柱状细砂岩1.77m中砂岩10.8m砂质泥岩2.20m泥岩0.20m2#煤3.37m炭质泥岩0.67m细砂岩3.37m炭质泥岩2.2 7 m图12 号煤层顶底板岩层综合柱状图2沿空留巷力学模型为分析预设2.0 m宽度下、C30混凝土的充填墙体承载力能否满足要求，采用分离岩块法进行验证分析。具体充填墙体的矿压计算模型如图2所示。0.5Htana煤层图2 分离岩块力学模型混凝土墙体所承受的载荷为：8htan+(b;+x+bc)yh(b;+x+bc)cosq=式中：为隔离墙载荷,MPa;x为充填墙体宽度,取2.0m;为顶板剪切角，根据经验选取为3 0;bB为留巷宽度，取4.3 m;bc为隔离墙外侧悬顶距，取0.5m;h为采高，取3.2 m;为顶板分离岩块容重，取0.0 2 5MN/m;0为煤层倾角，为6；计算可得，隔离墙承受的载荷q=1.1MPa,考虑到回采动压的影响,取动压系数为2.5,得出柔模混凝土需承载的压力为550 0 kN/m，即混凝土墙体所需载荷为2.7 5MPa。远小于C30混凝土的抗压强江西煤炭科技度，墙体能满足留巷充填体支护阻力需求。因此最终确定混凝土墙体宽度为2.0 m。3工程应用3.1支护参数确定在借鉴类似矿井沿空留巷成功经验的基础上，分析留巷巷道的变形失稳机理及不同支护方式控制效果的基础上，依据巷道支护设计基本原则，结合矿井巷道地质状况及施工条件，提出一种针对李雅庄煤矿沿空留巷的巷道支护方案。具体岩性描述白色，石英为主，含长石，少量炭屑，钙质胶结。灰白色，石英为主，含长石，分选差，泥质胶结。性脆，端口呈参差状，含大量植物根茎化石。灰色，含高岭石成份，局部顶板受古河床冲蚀，存在伪顶确实现象。黑色，玻璃光泽，光亮型煤。灰黑色，松软，含丰富植物根茎。白色，石英为主，含长石，分选差。性脆，断口参差状，致密细腻。分离岩块0.5bg+x+bebbB+0.5x103.的支护方式如下：2-616工作面运输顺槽掘进期间原支护方案为采用W钢带、金属网、锚杆和锚索联合支护方案，具体方案如下：(1)顶板支护：锚杆规格22mm2400mm，间排距90 0 mm1000mm；预应力锚索规格为21.6mmX5300mm,间排距16 0 0 mmX1000mm,呈“3-2-3 布置。(2)煤柱帮支护：锚杆规格22mm2400mm，间排距10 0 0 mm1000mm；预应力锚索采用17.8mmX5300mm,间排距2 2 0 0 mmX1000mm,呈“2-1-2 布置。在2-6 16 工作面运输顺槽掘进支护方案的基础上进行补强支护沿空留巷，巷道支护如图3 所示。具体方案如下：(1)混凝土充填体顶截面尺寸为3 2 0 0 mmH2000mm，采用半原位沿空留巷的方式，最终留巷宽度为48 0 0 mm。充填体上方顶板补强支护参数：在机尾端头支架后方补打3 根21.6mm8300mm锚索，间排距为12 0 0 mm800mm，采h用12 mm80mm2400mm钢筋钢带连接，配备3 0 0 mm300mm16mm高强度拱形托盘。(2)巷旁充填体加固支护参数：采用22mm2200mm对拉锚杆，间排距8 0 0 mm800mm，配备12 0 mm120mmX10mm高强度垫片，每排使用1根16mmX80mm2700mm钢筋钢带连接。3.2支护效果分析现场对充填沿空留巷措施及补强支护方案进行检验。采用十字布点法对留巷巷道进行位移监测，依据实际监测分为测站1、测站2、测站3 进行位移监测，根据3 个测点监测平均值对留巷支护方案进行反馈与优化。巷道变形规律如图4所示。根据图4围岩位移监测曲线可知：对2-6 16运输顺槽进行充填沿空留巷及补强支护后：104江西煤炭科技2023年第3 期21.65300铺索简排距：16 0 0 x1000mm222400锚托间排距：90 0 x1000mm5C900boto0or17.8x5300铺索间排距：2 2 0 0 x1000mm两帮移近量800一充填侧顶底板移近量一煤体侧顶底板移近量(uu)鲁600400200010080(p/uu501020(1)工作面后方12 0 m范围以内巷道变形量逐渐增加,其中滞后工作面0 8 0 m范围内,受到工作面回采超前应力及采空区上覆岩层运移的影响，巷道两帮的移近速率最大，充填侧顶板下沉速率次之，实体煤侧的顶板下沉速率最小。在工作面后方8 0 12 0 m范围内，巷旁充填体达到既定的强度，充填体上方顶板活动区域稳定，充填体、采空区研石和实体煤共同承载上覆岩层荷载，巷道顶板下沉速度减缓，下沉量缓慢增加，工作面后方120m以外，巷道变形量基本保持不变。巷道累积变形量大小排序为：两帮变形量 充填侧顶底板移近量 煤体侧顶底板移近量。(2)因沿空留巷两侧材料承载结构、力学特性21.68300铺索简拜距：12 0 0 x800mm120012006001600009bo2000非回采帮0002040距工作面距离（m）(a)巷道两帮相对移近量两帮移近速度一充填侧顶板移近速度一煤体侧顶板移近速度2040距工作面距离（m）(b)巷道顶底板相对移近量图4围岩位移监测曲线90图3 巷道支护断面的差异，对巷道顶板的支撑并不能保持均衡和等效，从而导致巷道顶板两侧下沉量不相同。其中，两帮移近量最大为8 7 6 mm，充填侧顶底板移近量最大为6 13 mm，实体煤侧顶底板移近量最大为305mm；巷道各个部位的变形速率在工作面推过后3 0 m达到峰值，此时处于顶板破断的周期来压期间，顶板发生大规模回转下沉，导致巷道变形速6080608090回米帮222200对拉锚杆尚菲距：8 0 0 x800mm100120100120充填体速也达到峰值。两帮移近速度为9 0 mm/d,充填侧顶底板移近速度为6 5mm/d，实体煤侧顶底板移近速度为3 7 mm/d。在此期间要加强巷道矿压监测，防止发生巷道变形过大支护参数失效的问题。总的来看巷道变形均在合理范围内，能起到有效支护。4结论1)根据理论分析和现场实测，最终确定李雅140庄煤矿2-6 16 运输顺槽充填沿空留巷时充填体宽度为2.0 m,采用C30混凝土进行浇筑充填。随机在原支护的基础上进行充填体顶板补强支护，并对巷旁充填体进行对拉锚杆加固，取得良好的支护效果。2)根据现场对充填留巷的补强支护效果进行监测，充填沿空留巷辅以补强支护的方式在工程中取得较好的效果，在2-6 16 运输顺槽布置3 个十字测点进行表面位移监测，结果表明2-6 16 运输顺槽进行留巷补强支护后，巷道变形量处在合理范围内,达到回采巷道的使用要求。参考文献：1黄乃宝.长平煤业公司保安煤柱设计研究J.江西煤炭科技,2 0 2 2(3)：10 8-111.2赵瑞华.回坡底煤矿回采巷道切顶（下转10 7 页）2023年第3 期图3 所示。从图中可以看出，在采用注浆加固后，巷道围岩变形量随着巷道的掘进逐渐趋于稳定，顶板下沉量最大达到13 5mm，两帮变形量最大达到168mm；根据现场巷道变形情况，架棚后棚梁基本未出现弯曲现象，巷道掘进过程中未出现片帮现象，表明采用注浆加固煤体后，巷道围岩稳定性明显改善。5结论1)在上层煤开采及巷道掘进双重动压影响下，下层煤煤体破碎程度较高，松动圈范围增大导致巷道围岩稳定性较差；48 7 0 9 工作面巷道围岩破碎区在0 3 m范围内;采用注浆加固技术,可对围岩内部节理裂隙以及空洞填充，提高围岩完整性以及结构承载能力。2)拟定48 7 0 9工作面巷道掘进注浆加固方案，并在现场进行了实践，巷道共施工450 m，注浆约2100个钻孔，注浆量43 2 t；对巷道围岩进行监测，其中顶板下沉量最大为13 5mm，两帮变形量最大(上接10 1页)1王浩,殷海晨.煤矿冲击地压智能管控平台开发与应用J.山东煤炭科技，2 0 2 2,40（5)：2 10-2 12,2 16.2乔建永，王志强，罗健侨，等.基于贝叶斯神经网络的冲击地压预测与影响因素权重分析J.北京：中国矿业，2022,31(5):1-17.3任建喜，易归,贾龚杰，等.孤岛面顺槽顶板走向爆破效果微震监测技术研究J.哈尔滨：煤炭技术，2 0 2 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