岳立偉

摘 要：011805工作面沿空留巷頂板壓力由頂板、柔模混泥土墻體、煤幫共同承擔(dān)，根據(jù)不同階段頂板巖層運(yùn)動(dòng)及其變形特征對(duì)巷旁柔?；炷翂Φ淖饔?，建立了相應(yīng)的巷旁充填支護(hù)阻力數(shù)學(xué)模型，求出最小支護(hù)阻力并在充填材料力學(xué)性能和巷道高度確定的情況下，合理的確定墻體寬度。

關(guān)鍵詞：頂板壓力；沿空留巷；支護(hù)阻力；柔模墻寬度

柔?；炷翂χ饕鹬雾敯搴头忾]采空區(qū)的作用，是沿空留巷的核心問題，而支撐承載性能往往決定沿空留巷的最終效果，混凝土墻體的穩(wěn)定性不僅取決于墻體本身，還與巖層賦存條件等因素有關(guān)，應(yīng)充分考慮墻體所處的圍巖環(huán)境，柔模混凝土墻的寬度過窄，穩(wěn)定性較差，受基本頂回轉(zhuǎn)下沉產(chǎn)生的集中應(yīng)力下容易破壞、失穩(wěn)；隨著寬度的增加，墻體的穩(wěn)定性也增加，但是墻體過寬不僅增加經(jīng)濟(jì)成本，而且也增加輔助運(yùn)輸和施工勞動(dòng)量。因此，巷旁支護(hù)體有一個(gè)合理的寬度也是十分重要的。

一、巷旁柔模墻承載結(jié)構(gòu)的概念與特征

采空區(qū)側(cè)頂板的斷裂旋轉(zhuǎn)下沉是巷旁柔模混泥土墻體的主要應(yīng)力來源，載荷通過巖層傳遞，最終由頂板、墻體和煤壁共同承擔(dān)，如圖1所示。承載結(jié)構(gòu)具有以下特征：

1、頂板前期活動(dòng)階段以旋轉(zhuǎn)下沉為主，來壓強(qiáng)度較小，充填體的作用力主要是平衡巷道上方直接頂及其懸臂部分巖層的重量。為保持巷道頂板的完整性，增加直接頂?shù)淖苑€(wěn)能力，要求充填體與巷內(nèi)支架共同作用，保持直接頂與老頂?shù)木o貼。

2、頂板巖層過渡期活動(dòng)階段，老頂破斷、失穩(wěn)、旋轉(zhuǎn)下沉劇烈。由于直接頂及一定范圍內(nèi)的老頂垮落破碎，體積增大，充填采空區(qū)后，減少了冒落矸石與老頂之間的間隙，為老頂形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)提供了條件，老頂巖層在采空區(qū)側(cè)向破斷失穩(wěn)后形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3個(gè)相互咬合的塊體，塊體Ⅱ的回轉(zhuǎn)下沉對(duì)墻體的施載作用最為關(guān)鍵。根據(jù)關(guān)鍵層理論，老頂斷裂后將帶動(dòng)上覆數(shù)個(gè)巖層同期破斷，直接頂和柔?；炷翂w無法控制這種劇烈下沉，只能被動(dòng)承受塊體Ⅱ的“給定變形”[1]。因此墻體應(yīng)具有足夠的支護(hù)阻力參與頂板運(yùn)動(dòng)及平衡，以縮短過渡期頂板劇烈活動(dòng)的時(shí)間，減少留巷頂板過大下沉量。

3、頂板巖層進(jìn)入后期活動(dòng)階段，墻體的作用是維持破斷頂板的穩(wěn)定，其臨界支護(hù)阻力為平衡冒落帶對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)巖層的重量。

二、柔?；炷翂w穩(wěn)定因素分析

保證沿空留巷系統(tǒng)穩(wěn)定性，要求充填體具有足夠的支護(hù)阻力能避免直接頂嚴(yán)重破裂，并使其與上位巖層之間不產(chǎn)生較大的離層，以縮短頂板劇烈活動(dòng)的時(shí)間， 減少頂板的下沉量[2]。但是沿空留巷柔?；炷翂w難以阻止上位巖層取得平衡之前所產(chǎn)生的頂板沉降，因此要求充填體具有足夠的可縮量以適應(yīng)頂板的活動(dòng)，使用高塑性材料通過適當(dāng)?shù)南驴s讓壓，充分發(fā)揮圍巖的承載能力[3]。

（一）充填體強(qiáng)度

對(duì)柔?；炷翂Ψ€(wěn)定性分析，首先要了解保持沿空留巷系統(tǒng)穩(wěn)定需要墻體提供多少支護(hù)阻。根據(jù)式（1）[4]沿空留巷每米充填體合理的巷旁支護(hù)阻力為：

（1）

（1）式中，p為巷旁支護(hù)體需要最小的支護(hù)阻力，kN；n為垮落層數(shù)；r為第1～ n層的巖層平均容重，MN/m3；h為切頂巖層的分層厚度，m；a為巷道維護(hù)寬度，m；α為切頂巖層垮落角的余角；Ln為第n層巖層的垮落頂板巖塊長度，m；Rt為第n層巖層的抗拉強(qiáng)度Mpa。如圖2所示。

關(guān)鍵塊體的長度為[5]

（2）

式中，S 為工作面長度，011805工作面長度為290m。為周期來壓步距，通過實(shí)測確定為15m～18m，從而得出關(guān)鍵塊長度為17.6～20.9m。

直接頂垮落后高度 H=M/（Kp-1） （3）

式中，M為011805工作面煤層的厚度取M=4.3m，Kp為直接頂碎脹系數(shù)，取Kp=1.4由（3）式得出直接頂垮落后的充填高度后根據(jù)三角函數(shù)可以算出切頂巖層垮落角的余角α=6°

取n=2；r=2.4×10-2MN/m3 ；h=8m；a=4.2m；α=6°；Ln=19m；Rt=6Mpa。

可得：P=22.43MN/m

金鳳煤礦011805工作面的地質(zhì)條件，如表1、表2。

011805沿空留巷支護(hù)設(shè)計(jì)中，混凝土配合比見表3。

根據(jù)配比混凝土強(qiáng)度達(dá)到C25，由此可知柔?；炷嗤翂Φ目箟簭?qiáng)度為25MPa

巷旁支護(hù)寬度[6]： B=KP/F （4）

式中，B為巷旁支護(hù)平均寬度，m；K為安全系數(shù)，一般K=1.1～1.2；P為沿空留巷所需的巷旁支護(hù)強(qiáng)度，MN/m；F為巷旁支護(hù)體成型后1d的抗壓強(qiáng)度，MPa。

將P=22.43MN/m；K=1.1；F=25MPa帶入（4）式求得柔模混凝土墻的墻體寬度為B=0.98m，那么選擇寬度為1m的柔模混凝土墻能滿足需要的強(qiáng)度。

三、結(jié)論

1、采用柔模混凝土充填材料具備早期強(qiáng)度高，增阻速度快的力學(xué)特性，能夠及時(shí)支護(hù)直接頂，控制巷道圍巖的變形，有利于留巷圍巖的穩(wěn)定。2、基本頂回轉(zhuǎn)下沉以及直接頂彎曲下沉造成充填體上部受力較大，出現(xiàn)應(yīng)力集中，采用高塑性材料在充填體上部與頂板之間接頂，能避免應(yīng)力集中對(duì)充填體的破壞。3、通過建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算得出當(dāng)柔?；炷翂τ捕冗_(dá)到C25時(shí)墻寬選用1m能滿足要求。

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