沿空留巷

在幾十年的研究應(yīng)用中，該領(lǐng)域的成功與失敗并存，我們

分析這些經(jīng)驗(yàn)歸結(jié)如下：

1、密集支架形式基本不可取

沿空留巷在上世紀(jì)研究初期基本上都是以支架形式完成。那時候各種支架形式的應(yīng)用曾經(jīng)解決過許多回采工作面的無煤柱采煤問題。但都是應(yīng)用到一些采面地壓相對較小并且煤層賦存條件較好的無自然發(fā)火的低瓦斯礦井。而且應(yīng)用情況也不能令人滿意。

這種方式因?yàn)橹ёo(hù)材料品種多，工作量大，支護(hù)效果差，采空區(qū)隔離效果差等問題很少應(yīng)用。

2、矸石堆垛方式應(yīng)該淘汰

矸石堆垛法是一種看似簡單經(jīng)濟(jì)的做法，但因?yàn)樵摲椒ú荒苓_(dá)到及時有效支撐頂板，容易造成頂板過量下沉導(dǎo)致巷道不利于回采工作。這種方式雖然材料單價低，但會消耗大量的人力，而且隔離效果很差，因此適應(yīng)面很小。一些好的方法的出現(xiàn)會加速這一方法的淘汰。

3、砌體墻法存在缺陷

采用預(yù)制塊砌墻可以克服上述2.1和2.2節(jié)所述密集柱和矸石堆垛的許多缺陷，能夠基本形成一道隔離采空區(qū)的密閉墻體。但該方法還是不能解決墻體與頂板的接頂問題，往往會造成頂板過量離層使得支護(hù)效果不佳。應(yīng)該在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。2.4. 高水材料巷旁充填沿空留巷是主流的留巷方式　隨工作面在采空區(qū)所在一側(cè)構(gòu)筑巷幫充填體形成巷幫支護(hù)帶。高水材料可以通過調(diào)節(jié)水灰比改變充填體抗壓強(qiáng)度可以滿足多種強(qiáng)度要求的工程需要，可以提供較大的初期支護(hù)阻力、增阻速度快，能夠適應(yīng)頂板的下沉并保證巷道較好的維護(hù)效果，而且具有很高的機(jī)械化程度，構(gòu)筑的巷旁充填體具有良好的密閉性能、隔絕采空區(qū)效果較好；該材料制作的漿液單獨(dú)存放24h不凝固，易于遠(yuǎn)距離輸送，非常適合進(jìn)行大規(guī)模沿空留巷。

4、現(xiàn)澆混凝土隔墻法實(shí)踐證明較好

經(jīng)過數(shù)年實(shí)踐證明，混凝土墻體雖然有價材料用量大。但該方法適應(yīng)性廣，承載力高，能夠形成足夠的切頂強(qiáng)度，安全可靠。已經(jīng)被廣泛接受。

混凝土墻的缺點(diǎn)在于其比較高的工程費(fèi)用和施工的復(fù)雜性以及強(qiáng)度上升的速度不能適應(yīng)高產(chǎn)高效礦井工作面。還有一些施工方法不能保證墻體及時緊密貼頂。這種技術(shù)方案的施工方法主要有：

5、大型自移式沿空留巷充填支架

該支架大大提高了沿空留巷的安全性，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，支架獨(dú)立性、靈活性強(qiáng)、適應(yīng)性以及安全性強(qiáng)，使用效果好。

缺陷：混凝土結(jié)構(gòu)施工完成后不能緊貼頂板，導(dǎo)致頂板離層，增加了留巷維護(hù)費(fèi)用。

桶柱方式巷幫支護(hù)法

桶柱間距為1.4一1.8米，桶柱施工數(shù)量少，降低了工作量，施工速度快，減少了對工作面生產(chǎn)的影響，保障了工作面的正常推進(jìn)，桶柱內(nèi)混凝土的標(biāo)號到300#，其試件抗壓極限強(qiáng)度為30Mpa“，直徑為600一660mm的混凝土桶柱的最大支撐力可以達(dá)到976OkN。但封閉采空區(qū)不方便。效果比整體混凝土墻體差。

膏體混凝土

膏體混凝土,其主要成分是硅酸鹽水泥、砂、粉煤灰及膏體混凝土外加添加劑。凝固速度快、早強(qiáng)的特制充填體,其最大強(qiáng)度能達(dá)到2 MPa。充填體寬2.5 m,高3.4 m。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是膏體狀便于施工。缺點(diǎn)是強(qiáng)度和采礦關(guān)系的不協(xié)調(diào)性，導(dǎo)致材料用量大很多。

支護(hù)技術(shù)

柔模支護(hù)技術(shù)由西安科技大學(xué)王曉利教授研發(fā)而成。成功應(yīng)用于10余礦，已經(jīng)正在推廣應(yīng)用。將此技術(shù)應(yīng)用到煤礦井下作為充填墻體是煤礦技術(shù)的進(jìn)步。柔模泵注混凝土沿空留巷支護(hù)技術(shù)通過省級科技成果鑒定，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并享有多項(xiàng)發(fā)明專利。這一技術(shù)的應(yīng)用使得現(xiàn)澆混凝土技術(shù)在沿空留巷的施工工藝得到簡化。

沿空礦壓特點(diǎn)

實(shí)際上礦壓的演化在采空區(qū)側(cè)煤體內(nèi)是一個隨時間和距離變化的函數(shù)。

沿空巷道是處在采面后側(cè)。位于采礦區(qū)后側(cè)的煤體內(nèi)礦壓是空間和時間的函數(shù)。

從縱向空間的觀察來看，工作面后側(cè)煤體順沿空巷道向后煤體中礦壓的變化是距離的函數(shù)。從以往的研究成果看，采面后側(cè)15-30米是礦壓急劇上升區(qū)域。

從橫向觀察來看，采空區(qū)外側(cè)煤體礦壓分布是采空區(qū)外側(cè)煤體內(nèi)礦壓表現(xiàn)

沿空側(cè)煤體在采面剛過后的礦壓表現(xiàn) 以時間的觀點(diǎn)來看，煤體中的每一點(diǎn)要經(jīng)受超前壓力、采動礦壓和采面過后又一次老空垮落礦壓。

沿空巷道礦壓分析

作為沿空留巷的最為關(guān)鍵的是研究支撐隔離帶上部頂板的礦壓特征，以確定合理的支護(hù)形式和支護(hù)強(qiáng)度。研究留巷頂板的礦壓特征以確定合理的順槽初期支護(hù)方案和支護(hù)參數(shù)。

沿空巷道頂部要經(jīng)受礦壓分布，掘進(jìn)動壓，回采超前動壓外，更嚴(yán)重的是要經(jīng)受回采后側(cè)礦壓的又一次劇變動壓后保持穩(wěn)定性。一般順槽在經(jīng)受回采動壓后就遭到嚴(yán)重破壞，在采空區(qū)后側(cè)采空區(qū)垮落形成的劇烈礦壓過程中徹底崩潰形成垮落。

沿空留巷國外代表

上世紀(jì)60年代英國、德國開始采用。這些發(fā)達(dá)國家非常重視這種一次性能源的開采。分別采用前進(jìn)式和后退式的工作面沿空留巷方法以實(shí)現(xiàn)無煤柱開采?；酒占盁o煤柱開采。國外主要以無機(jī)有機(jī)混合結(jié)構(gòu)形式結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)骨架實(shí)施沿空留巷隔墻。我國上世紀(jì)70年代引進(jìn)使用，那時候因?yàn)榻?jīng)濟(jì)基礎(chǔ)等因素影響，所采用的方法都沒有廣泛適應(yīng)性。后期出現(xiàn)的“高水材料”成本過高、強(qiáng)度和耐久性不足、特別是沒有掌握礦山壓力規(guī)律，從根本上扭轉(zhuǎn)巷道維護(hù)困難的局面而沒有得到推廣。

沿空留巷我國典范

實(shí)踐證明，無煤柱開采方案實(shí)踐可有效地控制瓦斯爆炸、沖擊地壓等相關(guān)事故的發(fā)生。通過對巖層運(yùn)動和礦山壓力發(fā)展變化規(guī)律的研究，正確的進(jìn)行巷道礦壓控制設(shè)計(jì)以及解決好巷道掘進(jìn)和維護(hù)期間老塘透風(fēng)問題，完全能夠控制原煤柱護(hù)巷方案產(chǎn)生的重大事故。

在掌握了沿空留巷的內(nèi)在本質(zhì)的基礎(chǔ)上，西安科技大學(xué)惠興田課題組認(rèn)真分析沿空留巷研究成果。專注于及時和高強(qiáng)兩方面兼顧上下功夫。在此基礎(chǔ)上研究并發(fā)明了封閉模鑄砌體結(jié)構(gòu)。這種隔墻技術(shù)由于采用預(yù)制混凝土技術(shù)作為隔墻高強(qiáng)內(nèi)核使得隔離墻具有早期高強(qiáng)度，以注漿技術(shù)的密閉和充填性作為支護(hù)的及時性可以保證砌體墻體既有嚴(yán)密的封閉性又能夠及時貼頂支護(hù)。這種技術(shù)一次解決了現(xiàn)有混凝土隔墻技術(shù)無法解決的及時性和高強(qiáng)度問題。而且成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般泵送混凝土的成本。

對沿空留巷具有代表意義的專利技術(shù)：發(fā)明4項(xiàng)：礦用錨柱及預(yù)支撐錨柱網(wǎng)沿空留巷方法，一種剛?cè)釓?fù)合結(jié)構(gòu)模板及其沿空留巷隔墻施工方法；可變彈性接頂模板及其施工方法；用于沿空留巷的綜合一體機(jī)及其施工方法。實(shí)用新型2項(xiàng)：一種沿空留巷砌筑隔離墻使用的復(fù)合模板；一種變形內(nèi)胎模板。

1.2.無煤柱開采意義

減少巷道掘進(jìn)量——緩解接續(xù)緊張；

減少掘進(jìn)隊(duì)——節(jié)約大量掘進(jìn)費(fèi)用；

去掉區(qū)段煤柱——延長礦井壽命，提高社會效益

上世紀(jì)沿空留巷技術(shù)方案缺陷阻礙了該項(xiàng)技術(shù)實(shí)施近十年混凝土技術(shù)的成熟為沿空留巷打下良好基礎(chǔ)

推行無煤柱開采，不僅對生產(chǎn)礦井進(jìn)行技術(shù)改造、緩和采掘關(guān)系和延長礦井壽命具有現(xiàn)實(shí)意義，而且也是使煤炭企業(yè)改善安全條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，增產(chǎn)、增盈減虧的主要途徑之一。根據(jù)我國的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)前的技術(shù)水平，推行的無煤柱開采護(hù)巷分為沿空留巷、沿空掘巷。其中沿空留巷這種無煤柱護(hù)巷方式有5種形式。各礦應(yīng)該根據(jù)具體情況選用合適合理的方案。大多數(shù)情況下對于條件適合的礦井都應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用留巷形式實(shí)施無煤柱開采。

上世紀(jì)60年代世界一些主要產(chǎn)煤國家為了達(dá)到少掘巷道、增加煤炭資源回收率、增加生產(chǎn)的連續(xù)性和提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益目的，而采用往復(fù)式“Z”形開采，前進(jìn)式和后退式的工作面沿空留巷方法以實(shí)現(xiàn)無煤柱開采。對沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)、適用條件、合理支護(hù)形式及新型支護(hù)材料等都進(jìn)行了大量研究。在這方面做得較多的是前蘇聯(lián)、德國、英國、波蘭等國家。這些發(fā)達(dá)國家非常重視這種一次性能源的開采。

我國從薄煤層到厚煤層，從緩傾斜煤層到急傾斜煤層，都已有沿空留巷的成功經(jīng)驗(yàn)。但是，在沿空留巷研究與應(yīng)用中仍存在著不足之處，使得一些礦井在應(yīng)用沿空留巷技術(shù)中沒有取得預(yù)期的效果，并限制了沿空留巷技術(shù)在我國更廣泛的推廣。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國一些礦區(qū)在沿空留巷方面取得了可喜成績。一些礦井取得了非常客觀的經(jīng)濟(jì)效益。

沿空留巷技術(shù)正處在一個急速起步的黃金時代。

沿空隔離墻體上部頂板礦壓力學(xué)表現(xiàn)是我們設(shè)計(jì)隔離墻的基礎(chǔ)。

1、頂板宏觀表現(xiàn)

煤層開采后采空頂板的活動跟支護(hù)狀況有關(guān)。采面過后支撐頂板會使頂板巖層折斷。這一過程決定于支護(hù)方式和支護(hù)強(qiáng)度。

由于沿空巷道一般要經(jīng)過4次礦壓顯現(xiàn)。沿空巷道的圍巖變化是非常復(fù)雜的。頂板離層和老頂折斷理論可以方便的說明沿空巷道后支撐墻體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度對巷道穩(wěn)定性的影響。

2、頂部微觀表現(xiàn)

掘進(jìn)期間穩(wěn)定平衡微量離層回采超前動壓影響 掘進(jìn)支護(hù)圖 4"para n59723" label-module="para">2100433B

沿空留巷是煤炭企業(yè)改善安全條件和提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，增產(chǎn)、增盈的重要途徑之一。本書在總結(jié)國內(nèi)外沿空留巷開采技術(shù)的基礎(chǔ)上，比較系統(tǒng)地介紹了沿空留巷開采的基本原理、采區(qū)巷道礦山壓力與礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、沿空巷道的護(hù)巷技術(shù)、高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)、膏體 巷旁充填沿空留巷技術(shù)。本書可供煤礦生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和科研部門的工程技術(shù)人員閱讀。

• 1 概論

• 1.1 沿空留巷的定義及其必要性

• 1.2 沿空留巷的基本方式及適用條件

• 1.3 沿空留巷研究現(xiàn)狀綜述

• 1.4 沿空留巷研究和應(yīng)用存在的不足及研究目標(biāo)

• 2 采區(qū)巷道礦山壓力與礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

• 2.1 巷道礦山壓力的基本概念

• 2.2 采區(qū)巷道的變形與破壞

• 2.3 采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

• 2.4 沿空留巷開采覆巖移動規(guī)律

• 3 沿空巷道的護(hù)巷技術(shù)

• 3.1 護(hù)巷方式分類與巷旁支護(hù)類型

• 3.2 機(jī)械構(gòu)筑護(hù)巷帶

• 3.3 風(fēng)力充填構(gòu)筑凝固材料護(hù)巷帶

• 3.4 泵送充填構(gòu)筑凝固材料護(hù)巷帶

• 3.5 沿空巷道護(hù)巷帶參數(shù)的選擇、計(jì)算與觀測

• 3.6 巷道壁后充填與巷道周邊封閉

• 4 高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)

• 4.1 高水材料的物理力學(xué)特性

• 4.2 高水材料的水化反應(yīng)及水化硬化機(jī)理

• 4.3 高水材料的穩(wěn)定性能

• 4.4 高水固結(jié)充填體的力學(xué)特性

• 4.5 高水巷旁泵充填技術(shù)

• 4.6 山西保利合盛煤業(yè)有限公司綜合機(jī)械化高水巷旁充填沿空留巷技術(shù)

• 5 膏體巷旁充填沿空留巷技術(shù)

• 5.1 膏體充填材料

• 5.2 快速留巷巷旁充填系統(tǒng)的研究

采場覆巖垮落形成的長時間劇烈擾動是沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的關(guān)鍵誘因。課題擬采用理論分析、物理模擬及數(shù)值計(jì)算等方法，深入研究采場覆巖分次垮落對沿空留巷的間歇性擾動規(guī)律，探索頂壓漸增期間碎脹矸石的壓實(shí)效應(yīng)與斷裂頂板的隨動特性，結(jié)合巷道頂板傳遞載荷的能力，闡述頂板運(yùn)動對沿空留巷的長期施載機(jī)理；提出以沿空留巷側(cè)向頂板預(yù)裂卸壓為核心的主動控制方法，通過巖層預(yù)裂手段改變頂板的斷裂時機(jī)和斷裂位置，從而縮短頂板的擾動周期并降低頂板的附加應(yīng)力；揭示預(yù)裂孔兩側(cè)斷裂塊體的結(jié)構(gòu)關(guān)系對沿空留巷卸壓效果的影響規(guī)律，形成預(yù)裂卸壓效果的評價方法；聯(lián)系長時緩增壓狀態(tài)下巖體的承載性能，闡明卸壓區(qū)圍巖與錨固支護(hù)的協(xié)調(diào)承載機(jī)理。研究成果可為深部等復(fù)雜條件下的沿空留巷空間維控奠定基礎(chǔ)。