新强煤矿沿空留巷巷旁充填体参数确定

新强煤矿沿空留巷巷旁充填体参数确定

王佳喜1，秦涛2，石兴龙2，冯俊杰1

（龙煤集团七台河分公司，黑龙江七台河154600；黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨150027）

摘要：通过对巷旁充填体内应力的分布分析，计算出沿空留巷顶板压力及浆液扩散半径；并对

现场沿空留巷巷旁充填体进行试验观测，研究巷旁充填体参数及巷旁充填体承载特性，对充填体

变形特征、充填体受力特征、巷道围岩变形特征进行了分析。结果表明：充填浆液的扩散半径大

致为5m左右；随着距离回采工作面距离的不同，巷旁充填体内载荷的变化趋势大致可分为3个

阶段；留设巷道顶底板的活动剧烈程度与工作面距离有关，进而导致巷道顶底板移近量不同。

关键词：沿空留巷；扩散半径；承载特性；试验观测

中图分类号：TD322+．2文献标志码：B文章编号：1003－496X（2012）02－0136－04

The Parameter Determination of Roadside Packing Body in Gob－side Entry Retaining

WANG Jia－xi1，QIN Tao2，SHI Xing－long2，FENG Jun－jie1

（1．Qitaihe Branch of Longmei Group，Qitaihe154600，China；College of Resource and Environment Engineering，

Heilongjiang Institute of Science and Technology，Haerbin150027，China）

Abstract：The serum diffusion radius and the roof pressure are calculated in retaining entry through the stress distribution analysis of roadside packing body．Then，the deformation and load characteristics of filling body and the deformation characteristics of roadway sur-rounding rock are analysised by the experimental observations，the parameter analysis and the bearing characteristics of roadside pack-ing body．The results showed that the serum diffusion radius is approximately5m，the trend of load in roadside packing body can be di-vided into3stages as different distance with working face，the activity degree of roof and floor is related to the distance with working face．Furthermore，it lead to different displacement from roof to floor．

Key words：gob－side entry retaining；diffusion radius；bearing characteristics；experimental observations

新强煤矿五采区共有54#、58#、59#3层可采煤层，均为焦煤、贫煤，3层煤中59#煤层为薄煤层，平均厚度0．7m左右，其余2层煤均为中厚煤层，平均煤厚1．8m，各煤层大致东西走向，倾向南，倾角在27ʎ 55ʎ之间。58上煤三片采用综合机械化采煤方法后，由于其开采强度大，推进速度快，据矿井现有的掘进技术与组织，将无法按时准备出四片的回采巷道，不能保证下一工作面的正常接替。为缓解采掘失衡带来的生产压力，采用沿空留巷技术把三片工作面的运输平巷保留下来，作为四片工作面的回风平巷，在新强煤矿五采区45051工作面实施沿空留巷巷旁充填技术，充填材料为混凝土充填。

1巷旁充填体参数分析

由巷旁充填体内的应力分布关系，采用数值分析软件绘制出充填体内应力等值线分布形式如图1。由图示可知在矿井已知地质条件下巷旁充填体内以拉应力及剪应力为主，由于充填体强度抗拉及抗剪能力较弱，故在上覆岩层作用下充填体靠近巷道侧易产生拉或剪破坏。

为得到巷旁充填体内最大及最小主应力分布形式，从而采用不同的强度破坏准则分析充填体的破坏形式，采用材料力学或弹性理论中关于最大最小主应力的计算法则可得到充填体内的主应力表达式，同样采用数值分析软件作等值线图可得应力分布形式。

从图1的主应力分布可以看出，充填体内应力形式主要以压应力形式为主，且主应力分布以靠近采空区右下侧为最大值，最大值不超过20MPa。充填体截面大部分应力分布范围内以压应力为主，且应力值一般在5 10MPa之间，故在选择充填体配比强度时要保证其抗压强度要达到5 10MPa。

2留巷顶板压力计算

58上右三片工作面煤层直接顶为12．3m厚粉砂岩，其上为老顶分别为2．3m中砂岩，底板为17．0m

图1充填体截面最大最小主应力分布

粉砂岩。预取充填墙宽度1．5m，该面留巷后支护

顶板宽度5．5m。留巷顶板压力验算如下：

p

t

=ngSρM cosα

式中，p t为上覆岩层对充填体的总压力，kN；g

为重力加速度，m/s2；n为岩重倍数，按中等稳定以

下顶板考虑，一般为6 8；S为充填体支撑的顶板面

积；ρ为顶板岩层的密度，取2．6t/m3；M为截割高

度，取1．8m；α为煤层倾角，按45ʎ计算；S=ab。a

为充填体沿巷道方向的长度，取a=1m即可。b为

充填体支撑的顶板宽度，取b=5．5m。

p T =σS

t

式中，p T为充填体的工作阻力，kN；σ为充填体的抗压强度，取3MPa；S t为充填体支撑的面积。

要保证巷旁充填体强度，若p T≥p t，则充填体就不会发生破坏，从而沿空留巷的巷道也就能完整的保存下来。从而推出：

S

t

≥ngbρM cosα/σ

带入各参数的数值，得出S t≥5．4m2。在急倾斜煤层开采条件下由于巷旁充填地质条件限制决定充填体形状为梯形，故由充填体截面面积决定梯形上下底之和应≥6m，考虑到充填体为不可压缩性，故充填体还要支撑除直接顶和老顶以外的其他上覆岩层的作用。为了安全起见，设计充填体的平均宽度为3m。

3浆液扩散半径确定

考虑到水泥砂浆中含有悬浮的固体颗粒，而浆液的流动特性往往受到此悬浮颗粒的影响，在计算浆液的扩散半径时要考虑此因素的影响。以岩层渗透系数的改变来反映浆液流动时水泥颗粒的影响，采用渗流力学理论建立考虑含有固体悬浮颗粒浆液参数的渗流方程。

将实际应用条件中注浆压力设置为5MPa时由此可得出浆液扩散半径为：

R=R

ck

+

K·△p·ρ

B

b·ρ

n

·μ

B

b

槡0m T

+0．033+

90ˑ10－8ˑ5ˑ106ˑ1000

槡

8．5ˑ1200ˑ11．7ˑ0．005ˑ0．1

=5．36m

式中，R ck为注浆管半径，取为0．033m；K为渗透系数，该处取为90ˑ10－8m2；△p为注浆压力与静水压力差；ρB为水的密度；b为水灰比设置为1ʒ

1，3ʒ1和8ʒ1时，b的取值为8．0、4．8和3．0；ρ

n 为浆液密度；μB为水的动力粘度系数；b0为平均裂隙开合度，取为0．005m；m T为孔隙率，此处取0．1。

根据以上计算可知浆液的扩散半径可达到5m 左右，由巷旁充填体几何参数的确定可知以此扩散半径可满足充填体内良好的注浆效果，保证充填体有效尺寸范围内矸石与浆液的充分混合达到充填体预设强度要求。

4充填体试验观测

为及时了解充填体强度及变形特征，在巷旁充填过程中适当铺设相关实验观测设备，在巷旁充填后采集到相关数据，以便考察充填体是否满足强度要求和允许变形量，并及时对充填参数做相关调整和优化。