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综采工作面高水充填材料巷旁充填沿空留巷技术研究

2025-05-22 38 上传者：管理员

摘要：针对沿空留巷受二次动压围岩变形量大的问题，采用高水充填材料巷旁充填技术，在巷道顶部与底部形成坚固的“护巷墙”。充填施工后对巷道及充填体进行补强支护，巷道在原支护上增加“高强预应力锚索+锚杆（压网）+钢筋网”，充填体采用对拉锚杆进行支护。对巷道围岩变形量进行监测可知，充填后围岩变形量在安全范围内，能保证巷道的安全使用。

关键词：
护巷墙
无煤柱护巷方式
沿空留巷
补强支护
高水材料
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沿空留巷是煤矿具有技术和经济优越性的无煤柱护巷方式,不仅能够减少巷道的施工量,还可以提高煤炭产出率[1-2]｡高水材料巷旁充填技术则是以沿空留巷为基础的一种新型支护方式,在需要支护的巷道顶部与底部形成坚固的“护巷墙”｡该技术的实施不但提高了支护结构的整体性和支护强度,而且通过机械化施工,极大地提升了工作效率[3-4]｡本文以沿空巷道5306回风顺槽为研究对象,采用高水充填材料巷旁充填技术,并对巷道及充填体进行补强支护,保证了巷道受二次动压时的安全稳定｡

1、工作面概况

1.1地质概况

5306工作面位于五采区西侧,东侧为5301工作面采空区,南侧为3条采区大巷,北侧为5310工作面｡工作面主采5#煤层,平均煤厚3.5m,平均倾角5°｡煤层顶板为泥岩､粉砂岩､细砂岩,底板为砂质泥岩､粉砂岩｡工作面为低瓦斯工作面,煤尘无爆炸危险性｡工作面采用无煤柱开采技术,将5304工作面进风顺槽作为该工作面回风顺槽使用,能够减少巷道掘进量,提高煤炭产出率｡

1.2支护参数

5306回风顺槽原采用“锚网索+梯子梁”进行支护,支护参数如表1所示｡

表15306回风顺槽原支护参数

2、高水充填材料作用

随着工作面推进,巷道基本顶在上覆岩层作用下弯曲下沉,工作面后方20~40m范围内留巷易出现应力集中现象,围岩发生较大的变形破坏｡当工作面发生周期来压后,该范围内巷道支护体在高应力的作用下出现较大变形破坏｡因此,留巷工作面后方20~40m需重点加强支护｡

留巷高水材料充填的目的是提高巷道围岩稳定性,减少巷道围岩变形｡巷旁充填支护体不仅能够对采空区顶板岩层和侧垮落矸石起到支撑作用,还具有抗变形能力,可以将顶板岩层应力向采空区一侧转移｡

根据5306工作面地质条件,结合相邻工作面工程实践情况,确定高水材料充填体水灰质量比为1.5∶1,充填体长4m,宽1.5m,厚1.8m,留巷后巷道宽度4.5m｡

3、高水充填材料施工工艺

3.1材料简介

高水充填材料是一种能在高水灰比条件下快速凝结的无机充填材料,相较于矸石沿空留巷技术和混凝土沿空留巷技术优势明显[5-6]｡采用高水充填设备系统比较简单,高水材料具有让压性､可缩性,在二次受压情况下,巷道变形比较小,还可实现远距离输送,运输量小,节省劳动力[7-8]｡

高水充填材料由甲､乙两料组成,其中甲､乙两料分别加水搅拌后长时间不凝固,但将2种浆体混合后20min内可初凝｡在水灰质量比为1.5∶1测试条件下,2h､24h､7d､28d抗压强度分别达到2.10､5.60､10.36､10.82MPa,1d强度达到最终强度的50%以上,7d强度可达到最终强度的90%以上｡高水材料充填体具有明显的塑形特性,强度较高且下降缓慢,与留巷内其他支护方式共同作用,可以保证留巷的安全稳定｡

3.2充填系统

5306回风顺槽高水材料充填系统由制浆系统､输送系统和充填系统组成｡制浆系统将甲料､乙料分别通过搅拌桶制成浆液,双液泵通过吸浆管将甲､乙浆液混合,待混合浆液凝固后通过输送管路运送至充填区域混料器｡

3.3施工工艺

5306工作面回采至距5304工作面切眼10m处,在液压支架前铺设金属网;回采至距开切眼5m处,架设柔性模板｡5306工作面起始处充填示意图如图1所示｡5306工作面回采至距切眼9m处,液压支架后方顶板岩层处于稳定状态后,在充填空间架设2垛木垛;工作面回采至距切眼5m处,沿巷道走向施工第1模充填体,长3m,厚1.8m;施工第1模充填体后,继续施工第2模充填体,长需超过顺向充填体位置,厚1.8m;随着工作面继续向前推进,沿着巷道走向施工长4m､宽1.5m的充填体,同时加强巷道围岩的支护,此时开始正常施工充填体｡

图1起始位置充填示意图

4、补强支护方案

4.1巷道补强支护方案

5306回风顺槽在原锚网索支护方案基础上需进行补强支护,以提高围岩的承载能力,避免沿空巷道受二次动压围岩出现较大的变形破坏｡补强方案在原支护上增加“高强预应力锚索+锚杆(压网)+钢筋网”,支护参数如表2所示｡

表25306回风顺槽补强支护参数

4.2充填体补强支护方案为了提高充填体抗变形能力,采用对拉锚杆对充填体进行支护｡充填体长4m,宽1.5m,厚1.8m,对拉锚杆长度应超出充填体宽度200mm,规格为Φ22mm×1700mm,间排距为900mm×900mm,共布置5排锚杆,每排布置2根,同时搭配钢筋网和梯子梁进行联合支护,充填体支护示意图如图2所示｡

图2充填体支护示意图

5、应用效果分析

5306回风顺槽采用高水充填材料巷旁充填技术,同时对巷道和充填体进行补强支护,采用十字布点法及液压枕对支护效果进行检验｡在留巷前30m处布置第1个监测点,间距50m,对巷道围岩变形量及充填体载荷进行监测｡选取较为典型的1号监测点进行分析,巷道围岩变形量如图3所示｡

图35306回风顺槽围岩及顶板变形情况

由图3可知,5306回风顺槽围岩变形量可划分为3个阶段,第1阶段为距工作面0~20m范围,巷道围岩变形量较小;第2阶段为距工作面20~100m范围,巷道围岩变形量快速增大,围岩出现较大的变形破坏,最大实煤帮侧及充填体侧顶底板移近量分别为800､590mm,最大两帮移近量为560mm;第3阶段为距工作面100m后,此时巷道围岩基本处于稳定状态｡5306回风顺槽采用高水充填材料巷旁充填并进行补强支护后,巷道围岩变形量处于安全范围,能够保证工作面的安全回采｡

6、结论

1)沿空留巷高水材料巷旁充填技术能在需要支护的巷道顶部与底部形成坚固的“护巷墙”,提高巷道围岩稳定性,减少巷道围岩变形｡根据5306工作面地质条件,确定高水材料充填体水灰比质量为1.5∶1,充填体长4m､宽1.5m､厚1.8m｡

2)充填施工后通过巷道和充填体补强支护提高巷道稳定性,巷道在原支护上增加“高强预应力锚索+锚杆(压网)+钢筋网”,充填体采用对拉锚杆进行支护｡采用十字布点法及液压枕对巷道围岩及顶板变形量进行监测,根据监测结果可知,巷旁高水材料充填并进行补强支护后,巷道围岩变形量在安全范围内,能够保证巷道的安全使用｡研究成果和研究方法也可为其他巷道支护提供经验借鉴｡

参考文献:

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文章来源:刘江.综采工作面高水充填材料巷旁充填沿空留巷技术研究[J].能源与节能,2025,(05):218-220.