柔模墙下条形基础加固技术在沿空留巷复用工程中的应用_李剑锋.pdf

第卷第期建井技术年月 柔模墙下条形基础加固技术在沿空留巷复用工程中 的应用李剑锋，李鹏飞，（山西霍尔辛 赫 煤业有限责 任 公司，山西长 治 ；矿山深井建设技 术国家工程 研 究中心，北 京 ；北 京中煤 矿山工程 有限公司，北 京 ）摘要：为了进一步推广在沿顶掘进留底煤 条件下的柔模混凝土沿空留巷技术，以霍尔辛赫煤业综放工作 面回风巷沿空留巷复用 为工程背 景进 行研究，提出了柔模 墙下条形基础加固底板技术，构成的“顶板柔模混凝土墙条形基础”三位一体支撑系统能够 协同承载，有效控制了围岩变形 量，留巷效 果良好。关键词：沿空留巷；复用工程；柔模混凝土墙；条形基础；加固中 图分类 号：文献标识码：文章编 号：（）卜 ，（，？，丄 ，？（）：，“：；引言沿空留巷具有节省区段煤柱、减少巷道掘进工程量、可以实现型通风等优点，在高瓦斯以及 瓦斯突出矿井，可以解决上隅角瓦斯积聚难题，提高矿井安全生产 水 平。目前，柔模混凝土沿空留巷技术已得到了广泛应用，其留巷效 果好，并取得了 良好的经济和社会效益。但 在厚煤层条 件下掘进巷道时，一般选择沿顶掘进留底煤，在此情况下，采用沿空留巷技术，由于巷旁 支护体为松软 煤体，需采用底板加固措施。但 采取底板注浆、全断面锚网索等加固措施，施工难 度 大，因此，柔模沿空留巷技术的发展受到了限制。为了进一步推 广在沿顶掘进留底煤条 件下的柔模混凝土沿空留巷技术，本文以霍尔辛赫 煤业收 稿日期：丄丄丄修回日期：丄责任编 辑：王媛：丄丄 丄 作者 简介：李剑锋（），男，山西上党 人，助理工程 师。：引用格式：李剑锋，李 鹏飞柔模墙 下条形基础加固技 术 在 沿空留巷 复用工程中的应 用建井技 术，（）：，（丄）：建井技术 年 第卷综 放工作面回风巷沿空留巷的复 用工程为會：繁进行研穽提出了秦镇 墙条形棊础加茴底板技未、座用效椠良好，工程概况工作面積况工地面樣：猶節：作爾标；盖：薄：處；？：。娘工诈面蕩一球斜构造，整体东。蓠西低，意歡倾斜長麗为，處北邊向长麗为，倾急为亨姆倾愈为：作窗 如地质条件分新煤存特征怍面开采煤雇，媒是色、块状、细条带状结构，脅静：奪，暗淡光泽以翕煤为主倉煤次之，光桌型錁秦顰状断中下部夹導晨涯岩牲为炭质泥煤层倾角为？媒层嶽朦：为；平均屢度为媒层底板釋篇椿况蕊两、鐵？底植翁灣情：况應拿地质构遣，表 工作面煤层顶底 板岩层情况结构岩层类型岩层厚度岩性特征基本顶粉砂岩丄丄粉砂岩，深灰色，厚层状；见白云母，间夹 泥质 薄层 和 细砂岩 薄层；含少量煤屑，见砂纹 层理；产 有少量植物化石基本顶中粒砂岩灰色，薄层状，成分以石 英 为 主，长 石次之；夹黑色砂、泥质纹 线；含煤屑、夹煤线；具斜层理和 交错层理，局 部 平行层理；分选 不好直接顶粉砂岩粉砂岩，深灰色，厚层状；见白云母，夹 细砂质包体；含少量煤屑；见砂纹 层理；产 有少量植物化石伪顶砂质泥岩丄 砂质泥岩，黑灰色，中厚层状，砂质 分布 不 均；见云母；含煤屑，产 大量植物化石煤层煤黑色，块状，细 条 带状结构；含静 煤条 带，暗 淡光泽；以亮煤为 主，暗煤 次之；光亮型煤，参差 状断口；中下 部 夹薄层 泥岩，岩性 为 炭质泥岩伪底砂质泥岩砂质泥岩，黑灰色，中厚层状；砂质分布 不 均；见云母；含煤屑，产 大量植物化石直接底细粒砂岩细粒砂岩，深灰色；厚层状，间夹 大量 黑色 泥质纹线，局 部 夹薄层状中砂岩；夹少量泥质小包体和透镜体老底细粒砂岩丄砂质泥岩，黑灰色，中厚层状；砂质 分布 不 均；见云母；含煤屑，产 大量植物化石根擐路工作貨铤输虜謙的正期喪留秦会；产生不刹攀断及邻近逆断层倩况构造域顶板水文地质条件现了羅力太易破碎、离层，塌顶：等现象，对诉根据水文地质类：型划分报舊？涌水概虫要第期李剑锋，等：柔模墙下条形基础 加固技术 在 沿空留巷复 用工程中的应 用为；煤层上覆顶板砂岩裂隙水，顶板砂岩裂隙水流向工作面；煤层 顶板砂岩富水性且导水性不均衡，将会造成涌水地段不同，淋 水通道以锚索（杆）孔、裂隙 为主；根据瞬 变电磁勘探报告情况及工作面前期调研情况：预计在施工时，岩石裂隙发育带、断层带、顶板破碎带及顶板的滴 淋 水现象可能性明显增大，预计涌水量为？，最大涌水量为。霍 尔辛赫煤业沿空留巷未 复用 的原因霍尔辛赫 煤业已在多个工作面实施了沿空留巷项目，实现了两进一回“”型通风方式，解决了上隅角瓦斯积聚的难题。根据霍尔辛赫 煤业前期多个工作面的沿空留巷效 果，并且与潞 安、兰花、晋 煤等矿井 放顶煤和大 采高沿空留巷的效果对比分析，认为造成霍尔辛赫 煤业沿空留巷未 复 用的主要 原因为：（）沿空留巷“顶板柔模混凝土墙底板”支撑系统的刚度不匹配，沿空留巷支撑系统 难以发挥 作用，这是造成留巷效 果差的主要 原因。拟留巷道 基本都 是 采用沿顶留底煤掘进，工作面回采后柔模混凝土墙浇筑 在浮煤上，顶板来压后，底煤首 先横向移动形成底臌，造成柔模混凝土墙底部向巷内移动，表现为墙体倾斜。墙体倾斜会给底板一个向巷内的水 平力，该力挤压底板，加 剧 底臌。倾斜角度越大，底臌越明显，进而“顶板柔模混凝土墙底板”支撑系统失效，留巷发生整体性大变形。（）未采取切顶卸压护巷措施，这是留巷效 果差的 另一个原因。煤直接顶厚度较薄，存在多层厚且坚硬的中粒砂岩、细粒砂岩或 粉砂岩，实 测留巷上方关键 岩块的长度约。关 键层 破断、回转过程中形成巨大压力，该压力远超底板抗剪强度，一方面，造成留巷前期 大变形和后期 蠕变，另一方面，压裂墙体，加 剧留巷支护失效。（）顶板破碎严重，现有锚索结构难以适应强烈采动的沿空巷道，容易造成顶板支护失效。一方面，端头支 架工作 期间容易破坏锚索，造成 支护失效；另一方面，端头锚固形式不能满足动压巷道的长期 恒阻锚固，锚索锚固力渐进式降低，造成动压过后巷道发生蠕变。（）柔模混凝土墙浇筑工艺 有待进一步提高，既要保证柔模混凝土墙成型质量，提高接顶效 果，同时应防止柔模浇筑过程中发生破裂。在前期沿空留巷施工时，柔模墙体顶部砂浆混凝土强度 偏低，支挂模、加压接顶工艺不到位，个别墙体顶部沿垂直方向 出现斜剪、压裂现象。其原因在于：加压接顶砂浆料强度达不到主体模板内混凝土料强度；由于加压接顶工艺不到位，再加上混凝土在凝固过程中排水不充分，造成柔模墙 顶部出现两边高中间低的锅 底型，即顶板和墙体之间的受力面为两条线接 触而不是面接 触，所以，出现了柔模混凝土墙表面剪切的情况。工作面沿空留巷支 护设计柔模混凝土墙下条形基础加固技术柔模混凝土墙下条形基础 加固技术的施工步骤为：超前工作面在底板浇筑混凝土条形基础，滞后工作面在条形基础正 上方浇筑柔模混凝土墙体，“顶板柔模混凝土墙条形基础”三位一体，协同承载。工作面煤层平 均厚度为，工作面运输巷以沿顶留底煤方式掘进。在底板不加固的前提下，柔模墙直接坐落于底煤上，对后期矿压显现时的巷道变形以及墙体造成很大影响，达不到预期 效 果。因此，需采用柔模混凝土墙下条形基础 加固技术对留底煤巷道进行底板加固。采用煤矿用液压钻挖机在巷道底板挖槽，然后通过植筋、浇筑混凝土来加固底板，使墙体坐落于坚硬稳定的混凝土底板上，保证墙体的稳定性。具体加固方案如下：（）超前工作面施工。紧贴回采侧煤帮底煤上挖基槽，在基槽内打锚杆作为植筋，浇筑混凝土作为巷旁柔模混凝土墙体的连续基础。（）基槽尺寸。基槽深度为，宽度为。（墙体宽度为，富余，用于打设单 体柱，对顶板进行有效 支护）。（）开槽起始 位置。基槽开挖位置与浇筑混凝土超前工作面距离（考虑到混凝土达到要求强度所需要的时间）。（）植筋规格。使用 左旋无纵筋 螺纹钢锚杆，植筋外 露基槽底部，深人底板 岩层 ，间排距为 ，第一根植筋距米空区侧基槽帮 ，第二根植筋距采空区侧基槽帮 。锚固方式：树脂锚固，米用支规格为 的树脂锚固剂。（）混凝土强度。采用混凝土，混凝土配合比 同柔模混凝土墙体配合比。（）施工 工序。基槽开挖植筋浇筑混凝土。连续条形基槽加固底板断面如图所示。建井技术 年 第卷图连 续 条形基槽加固底板断面巷旁支护设计总体支炉参難：義遘愈虜为磁），讀鑛攝凝土廣体氣慶为（？）（，墙体観凝强度筹级为：？作面运输卷沿空留卷，支护断面如 图所？眞遍卷翁睿翁支护斯霄蘩期李：馨霧輪墙条形讓韻加：祖救赫爵春戴摄工戰中 的處謂靈墙体璧为倾到设计裔虞。巷杳支护起作用前顶板离屋使顶板的完整性和目敢载能力遭到破坏？择低了沿留巷围：岩稳筮性游作面 来灰期间，锚网索玄护 或柔模凝土墙体承担较大压力，超过了设计值？从而遙成顶板锚索破断或柔模混琛土墙体破坏此，必领及时对沿空留巷进行可靠的临时姻里支：护超前工作面 辐时加强支护：翁超截口面儀厲肉沿卷道倾向輩用“单体液压寞柱钶梁”即“一粱西柱；进冇临肘加遲支：第一箱摹体柱距乘：擊（？，第二根舉体德柩回藥轉，讀三根单体柱距回采帮峨），第四根单体柱距回采糧，除第一裉攀体孙，麵余単体柱打设时向煤往侧倾斜於，排艇为？，型每体长麇为臟，临时擧体袁初撑錄滯后工作面眵时加强支护在滞：后工 范围（：眞体重护長慶裉据回釆后矿压显现猶宠）沿巷道倾向采用毕体液压文柱型钢粱”？即“一粱柱”进冇临 时加强支护，浇筑混凝土墙辰第一根单体柱移至鼙墙处，眞单雜栋儀置專撫，：雞麵粱的爾体：长度方？应用效果：作两留巷长度为？，？采用顶板秦模混凝土墙条形塞础”的留鸯支护技术施工绪東后迸行了沿空巷道位移收敛变形监测。围：收敛变？生要体现在顶底板移近蕭最大值为遲矿殖地廣潘件卞的沿瘦留巷变務董蠢本一致，实 践证明，靠尔赫煤业锻壑留卷复用支护技术设计参幾速，达到了预下籍：页垂法直线顶方底向板、柔樓浇筑时巷内倾斜方：向三维纺织培构掌性眞板 诈面濟空留卷采用横斜双较纤维柔性模板，渗瘋板由外部加菌纤维东和内部拉筋组成？是封闭的三维纺织弟构，外形屬支护体相同支护体的：斑成塑体。矿爾掃性能很凝土 工作貫齡空卷采用谪足負密黨快硬、專强禽强要求的矿用高性能混凝土，选用普通硅酸盐水泥，强度等级。设计混凝土强度等级为黑体配合比在现场试匕由于混凝土墙厚：度麗太体积混凝土大体混凝土水化发热義大，混凝土浇筑成肩内必颏每班安排专人对墙体进行洒水 降温和护。：对翁錨检播检规格纛部一雜鐵检杆体为癸怒钢号为号的左旋无纵筋螺致钢筋，萁金锚栓杆悴直餐：为彡。杆体为：趨薇热处：寵左宠纵胁螺紋钢筋钢材为册迪号锚杆专用锏，长度为（延伸率杆体两端都设有螺 纹，螺紋公称直彳查为长度为锚栓托盘一排锚 栓采用锚索托盘，托盘尺寸为 輿牵筆用操请高驿度托盘，配会球形垫和减阻尼龙垫圈使用，托盘尺？機霄嫌，托愈麗截簾力：参。锚栓艰鳌布蠻根锚栓，间排距为？：抑，全龜直宁墙面：麦设。预紧力矩：墙体浇筑成型通过扭矩扳齡猶栓：施加：篇姐的预紧扭柔續；墙迎山角貴：计于长治地区煤倾角平均为？，稂据各矿沿壑留巷现场实际着况及经验可得，支挂柔構单侔柱向卷内迎山角为，？保证墙体受乘會侧压，墙 体下钵巷内卸压区移动时，墙体支撑顶板迎山有力。当留巷滞后厲九显现时近采空侧的顶板悬背梁对墙体顶部有一个尙采区 的水平力，而巷内相对于？采叠又属于铈？等拿墙体靈体向華空内慨斜如廣氧临 时 加强支 护设计临时加 强支护直接影响沿叠留巷的支护效梟，如聚临 时如强，亥护不，狡时通虞护：强：度不库，可能会出现如下问龜留巷顶板过單下吏得詹柰支护无法达建井技术年 第卷在处低阻异常区，视电阻率等值线呈闭合、半闭合相间分布，推断出低阻异常区富水性相对较强；煤层 顶板（）（）处砂岩低阻异常区，相对于顶板顺层 视电阻率的低阻异常区，范围减小，甚至完全收敛。（）煤层 顶板以上、处顺层切片 未发 现低阻异常区，推断煤层 顶板以上、处富水性相对较弱。（）探测均 在未受扰动的静态下完成，在巷道掘进或煤层开采时，煤层附近 地应力将发生急剧 变化，建议矿方对 探测结 果与实际揭露进行对比验证，以确保矿井生产安全。参考文献：许 延 春，杜明泽，李江华，等水压作用下防砂安全煤 岩 柱 失稳机理及留设方 法煤 炭 学 报，（）：杜明泽，李 宏 杰，李文，等煤 矿区场地 地下 水 污 染防控 技术 研 究 进展 及发展方向金属矿