薄煤层石灰岩顶板下高水材料沿空留巷分析

2019-01-15仵振华

山西青年 2019年10期

关键词：空留巷石灰岩煤体

仵振华

(国家能源投资集团神东煤炭集团有限责任公司大柳塔煤矿，陕西神木 719315)

薄煤层的可开采量占煤矿总体可开采量的19%左右，基本所有的薄煤层都具有一定的开采价值。但薄煤层具有很大的开采局限性，本篇文章分析了石灰岩顶板下高水材料沿空留巷技术的应用。

一、沿空留巷巷道的维护特点

(一)石灰岩顶板的切落难度较大

通常，煤层上覆直接顶为软弱岩层，煤层上的上覆岩层极易被巷旁支护体切落，但石灰岩顶板的韧性强，强度较大，完整性好，而且石灰岩顶板多为被动垮落。巷旁支护体很难切落足够的石灰岩顶板。如果不能在采空切落顶板，石灰岩顶板在实煤体上方断裂后，岩体会旋转下沉，或是有少部分顶板出现冒落，而冒落部分不能使采空区域填满，上覆岩层没有相应的支撑，岩层的荷载力都落在实煤体和巷旁支护体上，这就会导致巷道发生严重变形，实煤体帮片严重损坏，顶板快速下沉，充填体被压坏，对矿井的安全造成较大的威胁[1]。

(二)巷旁支护体要具有高强度与高塑性

要切落石灰岩顶板的难度较大，巷旁支护体变形具有较强的强度以及刚度才能把其切除，石灰岩顶板的来压步距大，荷载力的分布不均匀，极易引起工作面矿压异常，而且石灰岩顶板下沉时对巷旁填充体的冲击力较高，为了避免其被损坏，那么巷旁支护体就必须具有较高的塑性，利用自身所具有的特点来缓解顶板下沉带来的损坏情况。除此之外，巷旁支护体也要具有一定的刚度，这样才能符合底座的力学承载特点，但刚度不易过高，否则容易导致底座在顶板强烈下降时受到损害，对上覆顶板也有较大的影响。

(三)帮部支护的强度要与顶板的力学特性相适应

石灰岩顶板具有较大的强度，随着矿井的开采，采空区的顶板悬露的面积会逐渐增多，随着时间的增长，顶板的能力也会随之变大，支撑顶板压力的范围以及程度也会慢慢增大，顶板运动时所产生的荷载力会加之在巷旁支护体上，从而传递给支护体的底座，就是我们所说的巷道岩帮，这对支护体的底座有较大的危害。为了保证巷道的基本形状和力学的承载结构，必须对两帮的水平位移以及垂直位移进行限制，因此，需要增加这部分岩体的力学强度，提高其抗拉性能。

二、沿空留巷围岩控制技术

(一)巷旁支护体材料的选择以及力学性质

高水速凝材料是一种具有较好性能的水泥，可以在水灰比较高的情况下迅速凝固，高水速凝材料有较高的输送性，通过两路管道分别输送甲、乙两种材料的浆液，甲、乙两种材料在与水混合后不产生化学反应，能够保证一天一夜不会凝固，而当被泵送到充填点之后一旦混合就会快速凝结并硬化。混合浆液的粘稠度较高，这给泵送工作带来了较大的阻碍，水灰比小，那么所需要的材料就多，成本也会随之增加。在实际中，要达到既要保证固化体强度又要尽量降低成本、减少泵送的阻力，就需要有合适的水灰比。经过研究发现，选择水灰比为1.5：1的高水速凝材料既有较好的弹塑性也能达到减少成本的目的。研究发现，在弹性阶段，随应力增强，应变力的增加也较小，而在这一阶段充填体可以有效的控制好顶板的下沉问题，并能够对顶板进行切顶和卸载，在荷载达到峰值之后，高水速凝材料会有较强的塑性变形，随着应力以及应变的变大，承载力就会下降，但是这种破坏是缓慢的，并没有承载力较大下降的情况，这说明，固结体在受到局部破坏时，对整体的承载性能的破坏较小，而且如果在不失水的前提下固结体还具有相应的自我恢复能力[2]。在石灰岩顶板条件下沿空留巷时，巷旁支护体必须具备相应的塑性变形特点，而通过高水速凝材料构筑而成的充填体符合这项标准。

(二)巷旁填充参数

巷旁充填体是构筑在岩帮上面的，充填体的高度就是工作面的采高，都是1米，在其他的参数不改变的情况下对不同的巷旁充填体的宽度进行模拟，通过反复试验，找出巷道围岩应力应变在不同的宽度下的情况，从而选择最为合适的充填体宽度。实煤体帮向的挤压变形量会随着充填体的宽度变大而减小，充填体向巷内挤压变形量总体呈下降的趋势。

试验发现，尽管底鼓量随着充填体的宽度变宽和增加，但这种变化很小，而且当宽度到一定的数值之后这种情况就会消失，并且底鼓量会下降。因此一样的环境下充填体的宽度越大，对于巷道围岩的控制越容易。综合各方面的因素考虑，巷旁充填体的宽度在1.2米最为合适。

(三)沿空留巷加强支护技术

为了保证充填工作的顺利完成，减少工作面采空压力对巷道产生的影响，保证留巷的指标符合要求，就需要对工作面进行超前加强支护。其次为了保证工作面在推进的过程中，减少排头支架对顶板的损害，就需要对裸露的顶板进行支护，通常采取充填点临时支护的方法。最后，为了保证充填体的承载力以及抗横向变形能力，通常会对充填体内布置相应的对拉钢筋对充填体进行加强支护。