平煤股份一矿戊8—22180工作面沿空留巷膏体充填材料的应用研究

【摘 要】介绍膏体材料的力学性能与实际应用效果。表明，这种新型材料在煤矿沿空留巷的巷道支护中切实可行，有效维护了巷道帮顶围岩应力支护的稳定性。

【关键词】膏体材料；抗压强度；巷旁充填；后期支护阻力

随着煤矿支护技术的创新与进一步推广应用，各种新型支护技术不断涌现。膏体材料巷旁充填沿空留巷是一种新型支护技术。平煤股份一矿戊 8-22180 工作面运巷实施膏体材料巷旁充填沿空留巷，研究了围岩活动规律、膏体巷旁充填系统及工艺，沿空留巷的巷内支护形式及支护参数，结果表明，该支护技术有效地控制了沿空留巷顶板下沉、两帮相对移近，改善了沿空留巷维护的状况，降低了留巷费用。对于促进我国沿空留巷技术的发展，解决采掘接替紧张的局面，具有广阔的推广应用前景。

1 生产地质条件

平煤股份一矿戊 8-22180 工作面运巷。该面走向长1277m、工作面长170 m、两侧均为实体煤。煤厚1.9～2.2m，平均2.0m，煤层倾角8～11，平均9，煤层的普氏硬度1～2，直接顶：互层状砂岩、砂质泥岩仅在36～18孔见到，以砂质泥岩为主，厚度 7.1～38.9 m，平均 14.4m，直接顶的普氏硬度1～3。直接底：砂质泥岩，厚度2.8～4.4m，平均3.4m，直接底的普氏硬度1～3。周期来压明显，周期来压步距一般30～40m。工作面地面标高+240～260m，工作面标高-320～-390m，埋深560～650m。

运巷为矩形断面，宽×高：4.0×2.4m，采用锚杆支护，顶板锚杆参数为直径20mm、长度2000mm的等强锚杆，间距750mm、排距700mm，每排6根，铺设10#钢丝网、φ14圆钢焊接的钢筋梯子梁、锚索6.5 m，两帮支护为直径41mm、长度1800mm的管缝式锚杆，间距700 mm，每排每帮4根。

采面设备：支架ZY2600-12/26，采煤机200 kW，运输机SGZ-764/400，转载机SZZ-764/160，破碎机PCM-75 B/764，泵站WRB-200/315。

2 膏体充填材料力学性能

由胶结料125 kg/m3，325号水泥125 kg/m3，矸石1600 kg/m3，质量浓度85 %配比组成的支护体。从抗压强度增长情况可见，膏体材料巷旁支护体具有早期强度大、增阻速度快的特点，4 h达到0.7 MPa，1 d达到1.9 MPa以上，可以有效支撑采空区后方巷道顶板、切落采空区侧下位顶板，减小巷旁支护及巷内支护的载荷，减小巷道变形，7 d达4.2 MPa以上，可以满足切顶要求。

膏体材料巷旁支护的塑性变形特征显著，在载荷达到峰值强度后，并不立即破坏、丧失承载能力，只是随着变形增大，承载能力缓慢下降，下降速度远小于一般的脆性材料。该特性表示在沿空留巷剧烈变形过程中，巷旁支护适当压缩变形、卸载，仍保持较大的支撑力，有效维护巷道。

3 巷旁充填体参数设计

3.1 建立力学模型求解切顶阻力

随着回采面推进，控顶范围扩大，引起老顶周期性破断、失稳，在老顶破断、失稳阶段巷旁充填体具有的支护阻力，应使采空区侧老顶沿巷旁充填体侧的弯矩达到极限弯矩，切断老顶，从而减小巷旁充填体及巷内支护的载荷，防止充填体长期受到高应力作用，保持充填体完整。由于巷内支护阻力远小于巷旁支护阻力，在计算巷旁支护阻力时，巷内支护阻力可忽略不计。

3.2 建立力学方程求解切顶阻力

将这些参数代入计算式（略）求得该工作面沿空留巷所需巷旁充填体的切顶阻力为4347kN/m。

3.3 求解后期支护阻力

通过建立力学模型后求解期支护阻力，将工作面运巷的地质参数代入计算式求得该作面沿空留巷所需巷旁充填体的后期支护阻力为3000kN/m左右。

3.4 求解巷旁支护体控顶高度

对于巷旁支护究竟要控制多大范围的顶板岩层，就近水平煤层情况下的控制高度建立模型，计算得巷旁支护控顶高度为8m。此外，工作中还对巷旁支护体可缩量进行了研究。

4 充填工艺

充填工艺流程见图1所示。

（1）煤矸石准备

在地面破碎煤矸石，使煤矸石的粒径小于25mm，达到泵送要求。

（2）配料、搅拌

通过搅拌机的螺距实现按比例配料，主要有：煤矸石、添加剂、水泥、水。将煤矸石、添加剂、水泥分别卸入各自的料仓，由搅拌机直接配料。

（3）泵送

通过膏体充填泵泵送膏体材料，由钢管输送至充填点。

（4）充填点的准备

主要有构筑模板、清理充填点、对充填区域附近支护等。

（5）构筑巷旁充填体

向模板内充填膏体材料，根据充填情况确定是否需要振捣。

（6）清洗系统

对搅拌机、充填泵、管路等进行清洗，采用水推球的方法清洗，直到出清水，防止堵塞。

5 经济、社会效益

该支护技术有效控制了沿空留巷顶板下沉、两帮相对移近，改善了沿空留巷

维护的状况，降低了留巷费用。采用膏体充填材料沿空留巷成本低、巷道维护效果好，便于实现机械化作业。随着膏体材料巷旁充填技术的提高与推广，促进我国沿空留巷技术的发展，必将带来巨大的社会、经济效益，并推动我国采煤工艺和巷道布置系统发生新的变革。