高水材料墩柱沿空留巷技术研究

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1、高水材料墩柱沿空留巷技术研究摘要：为了有效地控制了巷道围岩变形、降低工作面上隅角和回风顺槽的瓦斯浓度，减小回风顺槽的通风阻力，提出了采用高水材料构筑墩柱沿空留巷这一种新型的留巷方法。采用理论分析和现场实践相结合的方法，对墩柱沿空留巷力学模型、墩柱承载能力、墩柱抗侧推能力、巷内围岩控制、充填系统、施工工艺等关键技术进行了系统的研究。工业试验结果表明：高水材料墩柱沿空留巷技术取得了良好的经济、技术和社会效益，具有广阔的推广应用前景。关键词：双U型通风；高水材料；墩柱；沿空留巷沿空留巷具有突出的技术和安全优势，我国从薄煤层到厚煤层、从缓斜煤层

2、到急倾斜煤层，均有沿空留巷的成功经验。沿空留巷的关键是沿空一侧巷旁支护体的材料和性能的选择,要求增阻速度快,并具有合理的支护阻力能切落一定高度的顶板,具有较大的变形量适应沿空留巷剧烈变形,同时希望巷旁支护成本低廉,这些特性推动着巷旁支护技术的发展。高水材料巷旁充填沿空留巷技术由于其在采煤生产中具有施工工艺简单、易于操作、支护强度高、巷道收敛变形小等优点，而愈来愈受到采矿界的高度重视,并逐步得到推广应用。本文基于对高河能源有限公司E1302工作面回风顺槽的变形破坏分析，以课题组采用高水材料巷旁充填沿空留巷工程实践为背景，重点研究墩柱沿空留

3、巷围岩控制技术，取得了良好的工程试验效果。1工程条件分析1.1工程概况高河能源有限公司为高瓦斯矿井，为降低工作面上隅角和回风顺槽的瓦斯浓度，在增加工作面配风量的同时，配备一条专用瓦斯排放巷，形成两进两回的“双U”型通风，“双U”型巷图1-1“双U”型巷道布置方式平面位置关系道布置方式平面位置关系如图1-1所示。为避免工作面上隅角及回风顺槽瓦斯超标，在工作面采过后将工作面后方至联络巷之间的一段回风顺槽保留下来，分流回风顺槽中瓦斯含量，当工作面推进到下一个联络巷时，密闭原先采空区后方的联络巷、打开下一个联络巷，两个联络巷之间所保留的巷道即完

4、成任务。高河能源有限公司E1302回采工作面为东一盘区首采面，周边均为未采区，北面接+450m水平东翼进风大巷、辅运大巷及胶带大巷。E1302工作面巷道布置如图1-2所示.图1-2E1302工作面巷道布置图高河能源有限公司以往在工作面后方的回风顺槽留巷时，采用木垛进行护巷，导致坑木消耗量大，同时，在采空区后方回风顺槽顶板旋转下沉作用下，支护强度较低的木垛易发生失稳破坏，堵塞留巷，影响上隅角瓦斯向瓦排巷顺利排放。因此，在保证通风的情况下，研究采用凝结快、强度高、稳定性好的高水材料进行留巷，是十分必要的。1.2工程岩体特性高河能源有限公司E

5、1302工作面回采的3#煤层赋存于二叠系下统山西组（P1s），距9#煤层55.72m～79.70m，为陆相湖泊型沉积。煤层厚度较稳定，局部出现煤层厚度增加、倾角变大现象，煤厚5.8m～7.2m，平均厚度6.5m。该工作面内煤层倾角3°～14°，工作面平均角度8°，工作面埋深400m左右。全煤间夹有一层炭质泥岩夹矸，厚度0.37m～1.00m。E1302工作面3#煤层顶底板围岩特征如表1-1所示，E1302工作面回风顺槽支护方案如图1-3所示。顶底板名称岩石名称厚度（m）岩性特征老顶细砂岩、粉砂岩3.1～11.7灰色，薄-中厚层状，以砂岩

6、为主，局部夹砂质泥岩，含碳屑。直接顶砂质泥岩3.85～4.40灰黑色-暗灰色，薄-中厚层状，夹细砂条带，具板状水平层理。伪顶泥岩0.1～0.4灰黑色，薄层状，水平层理，局部含炭质碎屑。直接底粉砂岩0.25～0.35深灰色，薄-中厚层状，含植物化石，含砂岩包体。老底中砂岩、砂质泥岩2.35～10.25灰黑色-灰绿色，薄-巨厚层状，含植物化石，平行层理均匀。表113#煤层顶底板围岩特征图1-1E1302工作面回风顺槽支护布置图2高水材料墩柱沿空留巷技术2.1高水材料简介高水材料是一种能在高水灰比条件(W/C=1.3:1～3:1)下快速凝结

7、的特种水泥，与一般的水泥类材料相比，高水材料凝结时间短，早期强度高并可调，通过改变水灰比和添加剂成分就能获得不同强度的凝结体，可以满足不同工程的需要，且高水材料具有突出的塑性特征，在载荷达到峰值强度后，高水材料并不立即完全破坏丧失承载能力，而是随着应变的进一步加大，承载能力呈缓慢下降变化，承载能力随应变增加缓慢下降的速度远小于一般的混凝土和岩石材料，在压力作用下可以允许较大的塑性变形，强度衰减比较缓慢，可以维持较高的残余强度。高水材料的这种水化硬化反应过程可描述如下：强度硬化体胶凝固化水化溶解乙料水化溶解甲料高水速凝材料ÞÞ2.1墩柱支

8、护技术墩柱结构设计过程中采用钢筋网内放置充填袋，充填袋充填高水材料方式构筑而成，墩柱外套铁丝网结构及充填袋如图所示。图2-1墩柱外套结构图图2-2充填袋由于墩柱将承受顶底板移近传递的载荷，因此墩柱结构上必须