沿空留巷建模

1、封閉模鑄砌體墻沿空留巷新技術1 引言沿空留巷能很好地實現(xiàn)無煤柱護巷 ,提高煤炭資源的采出率 , 延長礦井的服 務年限,緩解采掘接替緊張 ,取消孤島工作面及縮短搬家時間 ,防治發(fā)火 ,還可以 實現(xiàn)Y形通風,解決工作面瓦斯超限問題等，有明顯的技術和經濟優(yōu)勢。沿空留巷的關鍵是沿空一側巷旁支護體的材料和性能的選擇， 要求增阻速度 快，并且有合理的支護阻力能夠切斷一定高度的直接頂， 又具有較大的變形量能 夠適應沿空巷道的劇烈變形， 同時希望巷旁支護的成本低廉。 現(xiàn)階段我國比較常 用的巷旁支護方式主要有以下幾種： （1）密集支架；（2）矸石堆；（3）砌體墻； （4）高水材料充填；（5）現(xiàn)澆混泥土充填。存在

2、的主要問題是沒有完全掌握采 場推進過程中上覆巖層運動和支承壓力發(fā)展變化的規(guī)律， 特別是沒有認識到充填 體不可能完全承擔支承壓力高峰實施轉移過程和采場上覆巖層沉降過程中的強 大壓力。其結果往往是充填寬度很大（3-5m）,充填成本很高，出現(xiàn)嚴重的巷道 底鼓（這是巷道底板巖層在兩幫強大的支承壓力作用下屈曲破壞的結果） ；而當 充填材料寬度小、 強度不足時， 巷旁充填體將在上覆巖層沉降壓力作用下迅速破 壞，失去支承能力，出現(xiàn)老塘透風，引發(fā)老塘火災和瓦斯爆炸事故。沿空留巷的關鍵理論是圍巖控制的“及時高強” 。及時性是反應在控制頂板 的時間效應上， 不能讓頂板有過量下沉。 最大限度的控制頂板不使其產生離層

3、性 位移更好。 這和以往的讓壓有著本質的差別。 高強度是以往任何棚式支護根本無 法達到的。封閉模鑄砌體混凝土結構具有及時高強和密封特性就能夠很好的適合 采煤工作面高效回采和快速留巷。3.2.2 巷旁支護阻力計算沿空留巷實踐表明， 在沿空留巷頂板活動的三個階段中， 以大結構形成過程 中頂板運動對沿空留巷巷旁支護體的破壞性最大。 因此，在計算巷旁支護阻力時 應以老頂巖梁斷裂旋轉下沉活動為依據(jù)。 根據(jù)上面的力學模型來計算巷旁支護阻 力。圖3.4所示為考慮巷幫煤體作用的頂板載荷條帶分割法模型。在圖3.4（a）所示模型中取單位寬度的長板條，如圖 3.4（b）所示。力學示意圖如圖3.4（c）所示。Li陲X

4、q(b)QFl(c)圖2-f3.4沿沿空巷巷旁旁支阻力阻1力型算模一層(第一層)設頂板均布載荷為q,按條帶分割后，載荷只在陰影部分兩段上。在巷道圍 巖運動初期階段，上位巖層下沉變形很小，層面內應力引起的彎矩很小，故忽略 不計?？紤]巖層的自重載荷和采動影響系數(shù)k計算巷旁支護支護切頂阻力F。用力矩平衡法對圖3.4(c)中各段求解，從沿空留巷上方第1層直接頂巖層開 始計算。對于第1層直接頂巖層，求解巷旁支護阻力 Fi公式為Fi(aXo)kMpiqi(ax。)2。Fnix。)M aiQXq(3.1)式中 Fi 巷旁支護阻力，kN/m ；k 采動影響系數(shù)；Fni 巖層破斷產生向下的剪力，kN/m，F(xiàn)ni

5、 qiLi ；qi 巖層自重集度，kN/m2， qi h ；m；Li 巖層極限斷裂尺寸，i 巖層容重，kN/m3；hi 巖層厚度，m；M ai 巖層抗彎彎矩，(kN m)/m;M P1 巖層極限彎矩，(kN m)/m;a 巷道維護寬度，m；xo 煤體松動區(qū)寬度，m；Xq 松動區(qū)中心至點A的距離，為x°；2，m；Q 巷旁煤體對頂板的支承力，kN/m 0一般情況下，第一層頂板解算出的巷旁支護阻力即為巷旁支護體初期切斷直 接頂所需的支護阻力。且計算公式可以簡化為Fi(a xo) kq(a Xo)2；2 FnC x°) QXq(3.2)第1層巖層所需切頂阻力是由人工支護直接提供的，

6、而上位巖層所需的切頂支護阻力是人工支護間接作用和已垮斷巖層殘留邊界共同作用的結果。第2層垮落巖層所需巷旁支護阻力計算模型如圖 3.4所示，解得巷旁支護切頂阻力為FN2MA1+MA2:申M專Fa2 qf：T MP2EdM P2Ff2M F2xo圖3.5沿空巷旁支護阻力計算模型(第二層)2F2(a Xd) k ih(a1i 1X)hj tanj 0j)2/22FNi (aX0i 1i 1hj tan j)j 0M P22M AiQxQ i 1(3.3)式中 i 第i層頂板巖層;j 第j層頂板巖層;巖層破斷角，規(guī)定 h0=0， 0 =0，(o)。同理，對于第 m 層垮落巖層，巷旁支護切頂阻力計算公式

7、為m i 1 m i1 m2Fm(a x0)kihi(ax0hj tanj) /2FNi(ax0hj tan j)MPmMAiQxQi1 j 0 i1 j0 i1(3.4) 式中 m 為垮落巖層的極限層數(shù)， m 的確定方法是冒落帶巖層形成的矸石能 夠充滿采空區(qū)，也就是用垮落巖層總厚度除以巖石分層垮落平均厚度。式(3.4)為頂板主動垮落時，沿空留巷巷旁支護阻力的計算公式。式 (3.4)中等 號右邊中括號內項分別為殘留邊界自重引起的彎矩、 巖層斷裂線處受垮斷巖層的 剪力作用產生的彎矩、最上位垮斷巖層的極限彎矩、所有垮斷巖層在 A 處產生 的總抗彎彎矩和巷幫煤體對頂板支承作用產生的彎矩。從式中可以看出，由前 3 項引起的覆巖運動載荷要由巷旁支護阻力和第 4、5 項的圍巖自承能力來平衡， 這就形成“巷旁支護體 頂板煤體”的共同承載體系， 巷道圍巖的自承能力可 以為巷旁支護分擔部分載荷。因此保證頂板支承邊界不被破壞而處于固支狀態(tài)， 充分發(fā)揮錨桿、 錨索等主動支護的錨固作用， 提高圍巖的承載能力， 可以降低對 巷旁支護阻力的需求，增強巷旁支護體的穩(wěn)定性。4 應用效果砌體施工技術具有幾個顯著優(yōu)點： 預制砌塊能夠保證最佳混凝土效果，比現(xiàn)場泵注