沿空留巷重点支护部位加固方式
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分析·探讨
wenku.baidu.com
（ 2012 － 06 ）
· 161·
沿空留巷重点支护部位加固方式的探讨
王 江， 郭奎超， 郭凤岐
（ 铁法能源公司， 辽宁 调兵山 112700 ）
摘
要： 通过对沿空留巷顶板活动规律进行分析研究 ， 提出了采空区侧充填体、 巷道直接顶板和 煤壁重点部位采取的加固方式， 确保了小青矿 W2 713 刨煤工作面和 E1 403 综采工作面的安全顺
利回采， 进一步提高沿空留巷工艺的可靠性和适用性 ， 推广应用范围。 ： ； ； ； ； 关键词 沿空留巷 顶板 支护 综采工作面 加固方式 中图分类号： TD353 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 496X（ 2012 ） 06 － 0161 － 03
The Discussion on Reinforcing Way of Key Support Parts in Gob － side Entry Retaining
· 162· 沿空留巷重点支护部位
（ 第 43 卷第 6 期）
分析·探讨
2
根据沿空留巷巷道顶板支护情况及顶板活动特 确定采空区侧充填体、 巷道直接顶和实体煤壁为 点， 重点支护部位。 2． 1 采空区侧充填体 采空区侧充填体作为实体煤壁的替代， 必须设 计入手， 选择合理参数， 小青矿选择使用现浇混凝土 技术隔墙技术， 要求混凝土充填体具有早强、 速凝、 高支护强度的特性， 同时充填体的厚度要足够大， 充 填体必须密接顶板， 有效阻止顶板悬臂回转， 从而使 其与巷道的实体煤壁共同承载， 确保围岩稳定。 2． 2 巷道直接顶板 沿空留巷巷道直接顶板的稳定性和完整性是确 保围岩稳定的关键。 小青矿采用“锚杆 + 锚索 + 钢 联合支护， 有效支护顶板。 锚杆提供轴向力与 带” 切向力， 提高不连续面抗剪强度， 阻止离层与滑动， 提高结构面强度， 提高节理煤岩体整体强度、 完整性 与稳定性。锚杆给围岩施加压应力， 改善应力状态。 对于受拉区域， 可抵消部分拉应力， 提高围岩抗拉能 力； 对于受剪区域， 通过压应力产生的摩擦力， 提高 围岩的抗剪能力。通过锚杆和钢带使直接顶板成为 一个整体， 利用锚索将锚杆锚固范围内岩体锚固到 上部稳定岩层中。 因巷道顶板以旋转变形为主， 必 须加大采空区侧顶板支护， 增加回转的抵抗力矩。 2． 3 实体煤壁 实体煤壁是沿空留巷围岩的主要承载体， 是顶 板回转下沉的支点。 其破碎、 松散与变形必将导致 顶板回转下沉的支点内移。 顶板下 围岩变形加大， 沉量加大后， 实体煤壁的有效支护将对沿空留巷围 岩的稳定起到很大作用。 根据现场实际观测， 实体 煤壁中受力最大的是帮中部和上部锚杆 。受力大的 原因是两帮上部煤体位移大， 锚杆阻碍煤体两帮位 移增加， 上部实体煤壁的加固可有效减小应力集中 向围岩的深部转移， 减少顶板的下沉量。 3 3． 1 3． 1． 1 沿空留巷重点支护部位的加固方式 采空区侧充填体加固方式 充填墙体的内部加固结构 充填体在混凝土参数、 墙体厚度一定的条件下，
# 7 # 煤层， 铁法矿区主采 4 、 均属近水平煤层， 高 低透气性、 难抽放且易自燃， 采用传统的留煤 瓦斯、
移， 工作面后方顶板岩层逐渐失去支撑， 发生冒落。 由于采动影响和围岩应力重新分布， 引起沿空留巷 侧顶板发生改变， 沿空巷道经历基本顶从即将断裂 前的极限状态到发生断裂状态， 然后到回转下沉压 实采空区的过程。 沿空留巷顶板活动分为 3 个时 期， 即顶板活动前期、 顶板过渡活动期和顶板活动后 期。 1 ） 顶板活动前期。 沿空留巷采空区侧的直接 顶在岩石自重及支护体产生的切顶阻力作用下 ， 沿 支护体边缘破断， 冒落， 直接顶呈倒台阶的悬臂梁状 ， 态 其变形特征主要以旋转变形为主 。 2 ） 顶板过渡活动期。当直接顶垮落后， 基本顶 岩层也将挠曲断裂垮落； 随基本顶岩块的旋转， 基本 形成的“三角 顶岩块在下部冒落碎岩石的支撑下， 块结构” 逐渐稳定， 从而使沿空巷道一定范围内的 应力小于原岩应力， 其变形特征仍以旋转变形为主， 变形速度快， 变形量大。 3 ） 顶板活动后期。随着矸石的逐渐压实， 形成 “三角块结构 ” 稳定 的上位岩层也将折断、 变形下 沉， 使煤壁乃至直接顶产生损伤， 支承压力影响范围 加大， 峰值进一步内移； 留巷上方顶板产生平移下 沉， 顶板下沉呈现波动性， 变形特征以旋转下沉为 主， 但下沉速度较慢。
柱护巷， 增加煤炭损失， 受顶板应力集中区影响， 顺 “U” 槽巷道压力较大， 同时采用 型通风方式， 易出现 工作面瓦斯积聚和超限现象。铁法能源公司小青矿 应用无煤柱原位沿空留巷技术， 在小青矿 W2 713 刨 煤工作面和 E1 403 综采工作面进行试验和研究， 实 现了低透气性煤层群煤与瓦斯共采， 减少了半煤岩 巷道掘进量， 缓解接续紧张， 提高煤炭资源回收率。 沿空留巷是随着采煤工作面的推进， 采用适当的巷 旁充填方法隔绝采空区， 沿采空区留下巷道的一种 采煤方法。它具有节省掘进巷道费用， 避免采掘失 “Y ” 调， 提高综合经济效益， 可形成 形通风有效治理 沿空留巷完全取消了区段煤柱， 有利于 瓦斯等优点， 区段间工作面接替， 由于留巷期间所留巷道维护的 难度较大， 需要在巷旁支护， 受既要保证有严密的封 闭性又能够及时贴顶支护的制约， 没有得到广泛应 用。下面根据顶板岩层运动特点和小青矿的具体实 践， 对采空区侧充填体、 巷道直接顶板、 煤壁支护重 点部位和加固方式进行探讨。 1 沿空留巷顶板岩层活动特点 随着采煤工作面回采推进， 工作面支架不断前
WANG Jiang， GUO Kui － chao， GUO Feng － qi （ Tiefa Energy Company，Diaobingshan 112700 ，China） Abstract： Through the analysis of roof activity laws in gob － side entry retaining，the paper provided the reinforcing way of gob side backfill ，tunnel nether roof，coal wall and other key support parts，which ensured the safety and smooth recovery of W2 713 hewing and further improved the reliability and applicability of gob － side entry retaining technique and promoted E1 403 fully mechanized coal face， the range of applications． Key words： gob － side entry retaining； roof； support； fully mechanized coal face； reinforcing way
wenku.baidu.com
（ 2012 － 06 ）
· 161·
沿空留巷重点支护部位加固方式的探讨
王 江， 郭奎超， 郭凤岐
（ 铁法能源公司， 辽宁 调兵山 112700 ）
摘
要： 通过对沿空留巷顶板活动规律进行分析研究 ， 提出了采空区侧充填体、 巷道直接顶板和 煤壁重点部位采取的加固方式， 确保了小青矿 W2 713 刨煤工作面和 E1 403 综采工作面的安全顺
利回采， 进一步提高沿空留巷工艺的可靠性和适用性 ， 推广应用范围。 ： ； ； ； ； 关键词 沿空留巷 顶板 支护 综采工作面 加固方式 中图分类号： TD353 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 496X（ 2012 ） 06 － 0161 － 03
The Discussion on Reinforcing Way of Key Support Parts in Gob － side Entry Retaining
· 162· 沿空留巷重点支护部位
（ 第 43 卷第 6 期）
分析·探讨
2
根据沿空留巷巷道顶板支护情况及顶板活动特 确定采空区侧充填体、 巷道直接顶和实体煤壁为 点， 重点支护部位。 2． 1 采空区侧充填体 采空区侧充填体作为实体煤壁的替代， 必须设 计入手， 选择合理参数， 小青矿选择使用现浇混凝土 技术隔墙技术， 要求混凝土充填体具有早强、 速凝、 高支护强度的特性， 同时充填体的厚度要足够大， 充 填体必须密接顶板， 有效阻止顶板悬臂回转， 从而使 其与巷道的实体煤壁共同承载， 确保围岩稳定。 2． 2 巷道直接顶板 沿空留巷巷道直接顶板的稳定性和完整性是确 保围岩稳定的关键。 小青矿采用“锚杆 + 锚索 + 钢 联合支护， 有效支护顶板。 锚杆提供轴向力与 带” 切向力， 提高不连续面抗剪强度， 阻止离层与滑动， 提高结构面强度， 提高节理煤岩体整体强度、 完整性 与稳定性。锚杆给围岩施加压应力， 改善应力状态。 对于受拉区域， 可抵消部分拉应力， 提高围岩抗拉能 力； 对于受剪区域， 通过压应力产生的摩擦力， 提高 围岩的抗剪能力。通过锚杆和钢带使直接顶板成为 一个整体， 利用锚索将锚杆锚固范围内岩体锚固到 上部稳定岩层中。 因巷道顶板以旋转变形为主， 必 须加大采空区侧顶板支护， 增加回转的抵抗力矩。 2． 3 实体煤壁 实体煤壁是沿空留巷围岩的主要承载体， 是顶 板回转下沉的支点。 其破碎、 松散与变形必将导致 顶板回转下沉的支点内移。 顶板下 围岩变形加大， 沉量加大后， 实体煤壁的有效支护将对沿空留巷围 岩的稳定起到很大作用。 根据现场实际观测， 实体 煤壁中受力最大的是帮中部和上部锚杆 。受力大的 原因是两帮上部煤体位移大， 锚杆阻碍煤体两帮位 移增加， 上部实体煤壁的加固可有效减小应力集中 向围岩的深部转移， 减少顶板的下沉量。 3 3． 1 3． 1． 1 沿空留巷重点支护部位的加固方式 采空区侧充填体加固方式 充填墙体的内部加固结构 充填体在混凝土参数、 墙体厚度一定的条件下，
# 7 # 煤层， 铁法矿区主采 4 、 均属近水平煤层， 高 低透气性、 难抽放且易自燃， 采用传统的留煤 瓦斯、
移， 工作面后方顶板岩层逐渐失去支撑， 发生冒落。 由于采动影响和围岩应力重新分布， 引起沿空留巷 侧顶板发生改变， 沿空巷道经历基本顶从即将断裂 前的极限状态到发生断裂状态， 然后到回转下沉压 实采空区的过程。 沿空留巷顶板活动分为 3 个时 期， 即顶板活动前期、 顶板过渡活动期和顶板活动后 期。 1 ） 顶板活动前期。 沿空留巷采空区侧的直接 顶在岩石自重及支护体产生的切顶阻力作用下 ， 沿 支护体边缘破断， 冒落， 直接顶呈倒台阶的悬臂梁状 ， 态 其变形特征主要以旋转变形为主 。 2 ） 顶板过渡活动期。当直接顶垮落后， 基本顶 岩层也将挠曲断裂垮落； 随基本顶岩块的旋转， 基本 形成的“三角 顶岩块在下部冒落碎岩石的支撑下， 块结构” 逐渐稳定， 从而使沿空巷道一定范围内的 应力小于原岩应力， 其变形特征仍以旋转变形为主， 变形速度快， 变形量大。 3 ） 顶板活动后期。随着矸石的逐渐压实， 形成 “三角块结构 ” 稳定 的上位岩层也将折断、 变形下 沉， 使煤壁乃至直接顶产生损伤， 支承压力影响范围 加大， 峰值进一步内移； 留巷上方顶板产生平移下 沉， 顶板下沉呈现波动性， 变形特征以旋转下沉为 主， 但下沉速度较慢。
柱护巷， 增加煤炭损失， 受顶板应力集中区影响， 顺 “U” 槽巷道压力较大， 同时采用 型通风方式， 易出现 工作面瓦斯积聚和超限现象。铁法能源公司小青矿 应用无煤柱原位沿空留巷技术， 在小青矿 W2 713 刨 煤工作面和 E1 403 综采工作面进行试验和研究， 实 现了低透气性煤层群煤与瓦斯共采， 减少了半煤岩 巷道掘进量， 缓解接续紧张， 提高煤炭资源回收率。 沿空留巷是随着采煤工作面的推进， 采用适当的巷 旁充填方法隔绝采空区， 沿采空区留下巷道的一种 采煤方法。它具有节省掘进巷道费用， 避免采掘失 “Y ” 调， 提高综合经济效益， 可形成 形通风有效治理 沿空留巷完全取消了区段煤柱， 有利于 瓦斯等优点， 区段间工作面接替， 由于留巷期间所留巷道维护的 难度较大， 需要在巷旁支护， 受既要保证有严密的封 闭性又能够及时贴顶支护的制约， 没有得到广泛应 用。下面根据顶板岩层运动特点和小青矿的具体实 践， 对采空区侧充填体、 巷道直接顶板、 煤壁支护重 点部位和加固方式进行探讨。 1 沿空留巷顶板岩层活动特点 随着采煤工作面回采推进， 工作面支架不断前
WANG Jiang， GUO Kui － chao， GUO Feng － qi （ Tiefa Energy Company，Diaobingshan 112700 ，China） Abstract： Through the analysis of roof activity laws in gob － side entry retaining，the paper provided the reinforcing way of gob side backfill ，tunnel nether roof，coal wall and other key support parts，which ensured the safety and smooth recovery of W2 713 hewing and further improved the reliability and applicability of gob － side entry retaining technique and promoted E1 403 fully mechanized coal face， the range of applications． Key words： gob － side entry retaining； roof； support； fully mechanized coal face； reinforcing way