1、专题部分浅析巷旁充填技术的研究与应用摘要：由于沿空留巷支护困难，利用高水灰渣速凝材料具有的较大承载能力和塑性变形大等特点，分析了高水灰渣速凝材料在沿空留巷时充填工作面留设空巷的技术优势以及该技术带来的社会经济效益。介绍大采高工作面沿空留巷巷旁充填支护的新材料、新工艺及主要技术经济效果。综放开采巷旁充填沿空留巷技术在国内外尚无应用先例，指出了该项技术几个难题，对巷旁充填体的作用机理进行了分析，阐述了巷旁充填体支护阻力的计算方法。关键词：巷旁充填，高水材料，沿空留巷，矿压显现，社会经济效益1巷旁充填无煤柱沿空留巷技术应用1.1沿空留巷1.1.1沿空留巷定义沿空留巷就是在上区段工作面采过后，通过加强
2、支护或采用其它有效的方法，将运输平巷保留下来，供下区段工作面开采时作为平巷之用，其目的是使一条巷道可以得到两次利用。1.1.2留巷的意义华恒公司生产水平为-650m水平，主要开采11层、13层、15层煤。近几年矿井年产煤炭百万吨，但掘进率均只在172m/月左右，采掘接续紧张。由于掘进材料价格上涨，影响了矿井经济效益的提高。在回采工作面实现沿空留巷，是缓解回采工作面接续紧张的局面，减少巷道掘进工程量，杜绝掘进巷道时的不安全隐患，实现矿井无煤柱开采，节约煤炭能源的有效方法。为此，将11508工作面运输巷作为下个工作面的留巷。1.2沿空留巷试验方案1.2.1地质条件巷道距地表平均垂深548.8m。巷
3、道工程量共计930m，服务年限为2年。15层煤第一层顶板为泥灰岩，均厚0.56m，灰色，致密坚硬含蜓科化石，平均单向抗压强度为86.87MPa；第二层顶板为泥岩，均厚385m，深灰色，含植物根部化石，平均单向抗压强度为56MPa；直接底为泥岩，均厚255m，深灰色，含植物根部化石，平均单向抗压强度为25.6MPa。本采区整体构造形态为倾向北东的单斜构造，煤层走向115128，倾向2538，倾角1519，平均1630。采区内无次一级褶曲、无岩浆岩侵入及岩溶陷落柱现象。11508运输巷断面形状为梯形，净宽3.4m、中高2.5m， S荒为8.5m2、S净为9.36m2。巷道采用锚、网、带支护。锚杆为
4、直径20mm、长2000mm的全螺纹钢等强锚杆，用1卷直径28mm、长625mm的树脂锚固剂锚固，锚杆沿巷道轮廓线布置，顶板锚杆间排距为700800(mm)，两帮锚杆间排距1000800 (mm)。顶帮采用钢塑网，规格为45001000(mm)，用打包带连网，每孔必连，每200mm打一死结。1.2.2技术方案及支护工艺（1）技术方案根据现场实际情况，在11508东工作面运输巷保留工作面前方的加强支护，留至工作面后方，预留距离在30m以上(超过老顶在采空区触矸点位置)，开始充填。在工作面下巷上帮与采空区之间留设宽度4m的采空间，用瑞米材料泵送充填。下部充填强度较高的瑞米号，上部充填强度较低的瑞米
5、号，做巷旁支护，实现无煤柱留巷。确保充填袋铺设到位，保证材料充填时袋子能充满所要充填的空间体而不被材料压住，确保袋子的顶角能被材料充填起来接触顶板。现场布置充填袋时每隔一定距离用细铁丝把袋子系在两旁的支护木柱上，两个充填袋子之间要紧密连在一起，保证两个充填袋子充满材料后之间无空隙、压实紧密，以达到让压、封实不漏风的目的。（2）支护工艺工作面后方在距上帮500mm、1000mm处各安设两颗单体支柱，在里侧单体支柱固定竖排木板，木板规格为202001500(mm)，在上帮挂铁丝网或连接钢带。在巷道原有支护的基础上加强支护，工作面前方在巷道顶板上肩角补设锚索，排距2m；工作面后方在距帮1.7m处补设
6、顶板锚杆；回撤里侧设单体支柱；巷道内采用单体支柱配合交接顶梁进行加固支护，巷道内支设双排支柱，支柱间排距为800mm，紧靠充填体侧采用单体支柱护帮体，防止充填体鼓出。如图1所示。图1原设计施工断面和充填体断面示意图（3）施工自2008年3月9日7月6日，利用瑞米材料对11508下巷实施了充填，共充填留巷258m。第一段使用瑞米材料充填146m，中间矸石留巷4m，共计150m；第二段砌矸石留巷74m；第三段使用瑞米材料充填26m；第四段砌矸石留巷8m。（4）实施效果现场观察，第一段后期充填包中，损坏充填包体较多，多在中间充填矸石留巷4m的前后范围内，但巷道顶板完好，能使用。分析认为有以下原因:充
7、填体底板损坏部位未垫实，导致充填体受力不均匀；充填体下侧单体液压支柱回撤过早，造成充填体在未达到凝固强度时受力大；充填材料质量问题和充填材料配比问题；未使用瑞米充填上部接顶。1.3留巷矿压观测及分析1.3.1监测项目(1)表面位移监测监测目的是了解巷道受工作面采动影响、沿空留巷滞后段围岩变形量及整个巷道断面缩小情况。自工作面留巷始每隔100m设一观测站。巷道内共设二组观测站，每组共设3个观测断面，其间距为2m，采用单十字线观测法，巷道两帮观测基点分别设在地面以上1000mm处，顶、底基点分别设在巷道中间。(2)巷道深部位移测定监测目的是了解巷道受工作面滞后影响围岩在不同深度松动范围间离层位移情
8、况，及时进行支护加固。测点设在表面位移23线之间，每观测站安设2组深部位移观测点。在顶板中间钻6组1.56.0m孔，分别装入顶板离层指示仪，测出各孔内测点在不同深度围岩离层量。1.3.2 监测数据(1)表面位移观测分析第一组观测站测点巷道净高1.87m，净宽4.06m，距工作面-13-142m，受工作面滞后影响，巷道整体变形。现观测点净高1.55m，净宽3.87m，净高变形量达到17%，净宽变形量达到4.6%。顶、底板移近量总下沉量为320.6mm，移近速度为5.0mm/d；巷道水平移近量总移近量为299.1mm，移近速度为4.67mm/d。其中，顶板下沉量为135.3mm，下沉速度为2.1m
9、m/d；底臌量为185.3mm，底臌速度为2.9mm/d，巷道上帮水平移近量为212.3mm，移近速度为3.31mm/d，下帮水平移近量为86.8mm，移近速度为1.36mm/天。第二组观测站测点巷道净高1.87m，净宽4.06m，距工作面-10.4-73.6m，受工作面滞后影响，巷道整体变形。现观测点净高1.59m，净宽3.76m，净高变形量达到15.2%，净宽变形量达到7.3%。顶、底板移近量总下沉量为285mm，移近速度为6.79mm/d；巷道水平移近量总移近量为297.7mm，移近速度为7.09mm/d。其中，顶板下沉量为127.1mm，下沉速度为3.03mm/d；底臌量为157.9m
10、m，底臌速度为3.76mm/d；巷道上帮水平移近量为197mm，移近速度为4.69mm/d；下帮水平移近量为100.7mm，移近速度为2.40mm/d。(2)巷道顶板深部位移沿空留巷内设深部位移，共分浅部1.5m、2.0m、3.0m、深部3.5m、4.5m、6.0m， 6个不同深度的监测点。深部离层在不同深度范围离层为， 1.5m离层量为12mm， 2.0m离层量为22mm， 3.0m离层量为24mm， 3.5m离层量为12mm， 4.5m的离层量为22mm， 6.0m的离层量为24mm。1.3.3监测分析顶板在沿空留巷初期(65m内)为下沉活跃段，从65m后到140m处于稳定段。底板在沿空留
11、巷初期(55m内)比较稳定，从60m后到90m为底臌活跃段，压力传递由底板释放出，从90m到110m为底臌稳定段。两帮在沿空留巷初期(40m内)比较稳定，从40m后到90m为两帮移近活跃段， 90m到110m为两帮移近稳定段。矿压观测表明，沿空留巷深部位移距工作面50m范围，深部离层发生在3m以下，为巷道顶板整体下沉；距工作面5070m深部离层发生在2m以下，巷道支护材料逐渐适应顶板分布应力；距工作面70m后顶板离层发生在1.5m以下，离层量不大，巷道支护材料充分发挥了作用。1.4效益分析1.4.1经济效益采用无煤柱留巷技术少掘巷道258m，按掘进巷道3453元/m计算，去除留巷施工人工、材料
12、等费用1894元/m，采用留巷技术节约40.2万元。采用无煤柱留巷技术多回收煤炭2452吨，煤炭价格按200元/吨计算，可多产生经济效益共计89.24万元。1.4.2社会效益采用充填新型瑞米材料实现无煤柱留巷的方法，利用充填体承载，减少了煤炭的损失，提高了煤炭回收率。节约重新掘进一条巷道成本，降低万吨掘进率。避免了掘下区段巷道的安全隐患，有着显著的安全效益。2 高水材料巷旁充填矿压观测与研究我国从50年代初到70年代末，沿空留巷主要采用石垛、木密集支柱、混凝土砌块、和金属支柱等方法。到80年代初，开始引进并消化国外高水材料巷旁充填支护技术。到80年代末，国内也研制出高水充填材料，但其性能不如国
13、外的产品。进行沿空留巷巷旁充填试验时，所用的水灰比皆未超过21，且现场试验效果也不尽人意。到90年代中期，中国矿业大学成功地研制出以硫铝酸盐水泥熟料为基料的高水速凝充填材料(水灰比在2.51时，其性能已超过国外的高水材料产品)。中国矿业大学与翟镇矿合作在该矿1201西面回风巷进行了沿空留巷试验研究(W/C=2.51)，并取得了成功，试验巷长300m (净浆、灰渣充填各150m)。本文对该次沿空留巷巷旁充填的净浆段矿压观测进行了分析与研究。2.1概述2.1.11201西面生产技术条件1201西面倾斜长平均155m，走向长1045.6m，煤厚平均2.2m，含一层夹矸；倾角平均8。高档普采，日进3.
14、2m。2.1.21201西面顶底板条件1201西面顶板为复合顶板。伪顶为泥岩，厚00.2m，一般随采随冒；直接顶为粉砂岩，中间夹有一层煤，煤厚平均0.6m，直接顶岩层总厚平均为4m，老顶为砂岩，厚约210m。老顶初次来压步距为31m，周期来压步距为15m，直接顶初次跨落步距为8m。该面底板为粉砂岩。1.3高水速凝充填材料性能ZKD高水速凝充填材料由甲、乙料两种组分按重量比11配合使用。其中甲料是以硫铝酸盐水泥熟料为基材，与悬浮剂及缓凝剂混磨而成；乙料由石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂等混磨而成。2.2矿压观测本次矿压观测内容主要有留巷巷道围岩变形、充填体变形及受力、巷道维护状况等。采取的观测
15、方法为: (1)充填体变形:在充填体纵向顶底处各设一基点用卷尺测量纵向变形；在充填体内预埋横向水平套管，其内布置钢丝用直尺测量外露钢丝长度以确定横向变形。 (2)充填体受力:采取在充填体内埋设液压枕来测其受力。 (3)巷道围岩变形及维护状况采用在巷道顶底板设置基点，用位移计来测量。2.3观测结果与分析2.3.1巷道围岩矿压观测结果与分析 (1)受采动影响，工作面前方巷道围岩收敛情况见图2、图3。图2巷道围岩变形与工作面距离关系图3围岩变形速度与工作面距离关系曲线在工作面前20m范围内，上帮顶底相对移近58mm，下帮顶底相对移近70mm，两帮相对移近56mm。在工作面前3050m范围内，两帮及顶底平均移近速度为2mm/d；在020m的范围内，平均达7mm/d。 (2)工作面后方留巷围岩收敛情况见图2、3。构筑巷旁充填体后巷道围岩变形大致分四个阶段:在0-10米的范围内，采空侧由单体液压支柱支护，由于离工作面较近，顶底板相对移近较平缓，移近量较少；在-10-45m范围内，由于受工作面周期来压的影响，留巷上覆岩层活动剧烈，上位岩层以上帮煤体内上方的某一轴线旋转下沉，巷道围岩变形剧烈，不论上帮还是下帮，相对移近速度达10mm/d，围岩变形速度在该范围内达到最大，顶底相对移近量为:上帮侧为100mm，下帮为140mm；两帮相
