综采工作面运输顺槽巷旁充填留巷技术研究

2023-09-22岳龙

西部探矿工程 2023年9期

岳龙

（河南能源永城煤电控股集团有限公司，河南商丘 476600）

近年来，煤矿生产由粗放型向集约型不断转型，为提高煤炭资源回采率，沿空留巷技术在许多矿井生产中大范围推广。沿空留巷技术实施过程中避免留煤柱，同时增加了留巷围岩失稳风险，尤其是地质条件较差的煤层中。关于特殊地质情况下沿空留巷技术实施过程中围岩控制问题，我国专家学者进行了大量研究，主要措施以填充技术为主[1-11]。之前的研究主要为工程应用，缺乏具体理论研究和整体工程考察，研究结果和研究方法具有一定局限性。

城郊煤矿21108 工作面回采过程中运输顺槽作为留巷作为备采面21110工作面回风顺槽，为保证沿空留巷技术顺利实施，先采用数值运算、综合分析的方法展开研究。

1 工程概况

21108 工作面位于二2煤层中，煤层平均厚度2.87m，煤层结构简单，平均煤层倾角3.5°，煤层直接顶为砂质泥岩，平均厚度3.92m；基本顶为中粒砂岩，平均厚度4.1m；直接底为泥岩，平均厚度2.16m；基本底为细粒砂岩，平均厚度11.32m，经检测，煤层顶板普氏硬度3～5，煤层底板普氏硬度3～4，煤层普氏硬度0.92。煤层、顶板、底板均比较软，邻近21106工作面巷道掘进、回采期间出现顶板破碎严重现象，须加强支护方能正常掘进。区域内主要构造为一单斜构造，发育断层33条。21108 工作面长度1300m，切眼长度300m，采用综合机械化采煤工艺，一次采全高。21108工作面运输顺槽留巷作为21110工作面回风顺槽，受采动压力等影响预测采用原支护措施会在回采后出现巷道垮落现象。21108 工作面运输顺槽宽度4.8m，高度3.5m，采用锚杆、锚索组合支护措施。巷道原支护措施如图1所示。

图1 21108工作面运输顺槽支护措施图（单位：mm）

2 围岩稳定性分析

为分析21108工作面运输顺槽作留巷围岩稳定性，采用数值模拟研究的方法分析留巷旁支护0.2m、1m、3m、5m时，围岩位移场变化情况。分别在21108工作面运输顺槽顶板、底板、煤层取样，进行岩性力学参数测试，测试结果如表1所示。数值模拟结果如图2所示。

表1 模拟参数表

图2 不同填充宽度围岩应变场云图

根据图2 模拟结果可知，留巷旁填充宽度为0.2m时，21108工作面回采完毕，采面、留巷上部最大位移量750mm，位移量超过岩层、煤层弹性形变，基本全部垮落，填充区域也全部垮落；留巷旁填充宽度为1m时，巷道围岩位移场分布和0.2m 煤柱时基本一致，填充区域同样存在全部垮落的现象。当填充宽度为3m 时，3m填充区域上部出现局部位移较小区域，该区域形变量约为300mm，推测为裂隙状态；当填充宽度为5m时，填充区域中部位移量均比较小，最大位移量为200mm，填充区域两侧变形量比较大，为垮落带，靠近留巷一侧通过支护可以保证围岩变形较小。综合分析，留巷旁填充宽度不得小于5m，5m 的填充宽度可基本保证21108运输顺槽作为留巷围岩稳定性。

3 充填留巷技术及效果考察

根据数值模拟分析结论，21108 运输顺槽作为留巷，巷旁填充宽度不得低于5m。为保证21108 工作面运输顺槽作为21110工作面回风顺槽期间围岩稳定，巷旁填充宽度设置为6m。留巷旁填充宽度材料为新型高水速凝充填料。选用的填充料为混合料，为A、B 两种基料组成，A料为水泥熟料，混合悬浮剂和复合超缓凝剂，B 料为石膏、石灰、符合速凝剂、悬浮剂等混合料。实验研究表明，两种混合料按照1:1 比例混合，加水混合后，混合料具有30min内出现初凝，2h后抗压强度达到3MPa，24h 后抗压强度达到5MPa，7d 后抗压强度为7.2MPa，28d后抗压强度达到8.2MPa，形成的混合体泊松比约为0.3，材料抗压强度满足支护要求。当21108 工作面回采后，在工作面整体来压前，对留巷采空区一侧进行注浆填充，注浆宽度为6m，注浆工艺如图3 所示，1#、2#、3#支管选用PVC 管，管径Φ50mm，支管水平布置宽度距离21108 运输顺槽6m，注浆管之间距离2m，注浆管上设有小孔，保证浆液均匀填充到采空区域内。注浆工序为每10m 为一循环，注浆顺序为3#支管→2#支管→1#支管，分布注浆，这样保证注浆区域整体稳定性。注浆工程完成后，采用原支护措施进行后期支护维护，对由于回采产生的脱锚区域进行重新锚固维护，局部破碎区域比较大的情况进行二次支护，确保巷道整体性。支护完成后再21110 工作面回采期间对留巷顶板离层仪数据进行观测，观测周期为30d，各离层仪数据最大点进行为期30d统计汇总，汇总结果如图4所示。

图3 注浆工艺图

图4 留巷顶板离层仪数据统计图

根据顶板观测数据，留巷采空区一侧填充后，进行后期二次维护，深部最大位移量71mm，浅部最大位移量21mm，顶板数据稳定期为第20d左右。第20d开始，巷道顶板深部、浅部位移均未出现变化，整体趋于稳定。现场观测，留巷在回采期间未出现较大变形，整体稳定。留巷靠近采空区一侧未出现垮塌、破碎等围岩失稳现象，锚杆、锚索整体稳定。填充宽度6m，可以保证留巷整体稳定性，且满足21110工作面回风要求。