为了解决贺西矿工作面接替紧张,煤炭采出率低的问题,拟在该矿3303工作面进行无煤柱膏体充填技术的研究。通过建立沿空巷道力学结构模型,对留巷顶板运移规律进行理论分析,推导得出中厚煤层条件下充填体支护阻力公式;运用FLAC数值模拟,以围岩垂直应力分布为衡量指标,优化了充填体的宽度与强度取值;合理选择膏体配选材料,之后通过实验研究膏体的强度特性与可泵性,确定了充填材料的最佳配比方案。现场应用表明:该充填方案技术可行,充填效果良好。

巷旁充填体的合理留设是综放沿空留巷技术成功实施的核心问题。基于综放开采顶板岩层断裂运移规律和关键层理论,建立了综放沿空留巷围岩结构力学模型及充填体合理支护阻力计算公式,结合五阳煤矿回风巷生产技术条件,确定了充填体合理支护阻力。采用数值模拟方法,进一步分析了不同充填宽度下留巷围岩塑性区和位移场变化规律,认为充填体宽度为2.5 m时充填体稳定性较好,现场留巷变形较小可控,效果理想。

采用数值模拟软件FLAC3D,建立了不同宽度的巷旁充填体模型,模拟研究了对应充填体垂直位移和巷道的顶底板及两旁位移情况。通过建立模型对巷内强力切顶支柱3种方式进行模拟,总结分析了沿空留巷覆岩应力变化规律、沿空留巷覆岩位移变化规律。结果表明:巷内切顶支护优先选用强力单体支柱切顶方式,该支护系统支撑能力强,并且活柱具有一定的可缩性并能保持恒定的支护阻力。

结合卧龙湖煤矿8102工作面煤层开采的具体工程条件,运用理论计算、数值分析和工程实践相结合的研究方法,分析了8102工作面沿空留巷顶板覆岩运移规律、围岩位移变化及应力分布特征。理论与数值模拟结果表明:8102工作面巷旁充填体在顶板活动过渡期和后期受其影响较大,支护阻力应大于13.5MN;当充填体宽度为3m、强度为5.3MPa时,技术和经济效益最佳。工程应用结果表明,留巷顶板下沉量最大148mm,两帮移近量最大160mm,围岩变形较小,该充填技术在8102工作面风巷沿空留巷得到成功应用。