沿空留巷開采技術

• 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 沿空留巷研究和應用存在的不足及研究目標

• 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 沿空巷道的護巷技術

• 3.1 護巷方式分類與巷旁支護類型

• 3.2 機械構筑護巷帶

• 3.3 風力充填構筑凝固材料護巷帶

• 3.4 泵送充填構筑凝固材料護巷帶

• 3.5 沿空巷道護巷帶參數(shù)的選擇、計算與觀測

• 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

• 4.1 高水材料的物理力學特性

• 4.2 高水材料的水化反應及水化硬化機理

• 4.3 高水材料的穩(wěn)定性能

• 4.4 高水固結充填體的力學特性

• 4.5 高水巷旁泵充填技術

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

• 5 膏體巷旁充填沿空留巷技術

• 5.1 膏體充填材料

• 5.2 快速留巷巷旁充填系統(tǒng)的研究

沿空留巷是煤炭企業(yè)改善安全條件和提高技術經(jīng)濟指標，增產(chǎn)、增盈的重要途徑之一。本書在總結國內外沿空留巷開采技術的基礎上，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、沿空巷道的護巷技術、高水材料巷旁充填沿空留巷技術、膏體 巷旁充填沿空留巷技術。本書可供煤礦生產(chǎn)、設計和科研部門的工程技術人員閱讀。

沿空留巷國外代表

上世紀60年代英國、德國開始采用。這些發(fā)達國家非常重視這種一次性能源的開采。分別采用前進式和后退式的工作面沿空留巷方法以實現(xiàn)無煤柱開采?；酒占盁o煤柱開采。國外主要以無機有機混合結構形式結合鋼結構骨架實施沿空留巷隔墻。我國上世紀70年代引進使用，那時候因為經(jīng)濟基礎等因素影響，所采用的方法都沒有廣泛適應性。后期出現(xiàn)的“高水材料”成本過高、強度和耐久性不足、特別是沒有掌握礦山壓力規(guī)律，從根本上扭轉巷道維護困難的局面而沒有得到推廣。

沿空留巷我國典范

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

在掌握了沿空留巷的內在本質的基礎上，西安科技大學惠興田課題組認真分析沿空留巷研究成果。專注于及時和高強兩方面兼顧上下功夫。在此基礎上研究并發(fā)明了封閉模鑄砌體結構。這種隔墻技術由于采用預制混凝土技術作為隔墻高強內核使得隔離墻具有早期高強度，以注漿技術的密閉和充填性作為支護的及時性可以保證砌體墻體既有嚴密的封閉性又能夠及時貼頂支護。這種技術一次解決了現(xiàn)有混凝土隔墻技術無法解決的及時性和高強度問題。而且成本遠遠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：發(fā)明4項：礦用錨柱及預支撐錨柱網(wǎng)沿空留巷方法，一種剛柔復合結構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及其施工方法。實用新型2項：一種沿空留巷砌筑隔離墻使用的復合模板；一種變形內胎模板。

1.2.無煤柱開采意義

減少巷道掘進量——緩解接續(xù)緊張；

減少掘進隊——節(jié)約大量掘進費用；

去掉區(qū)段煤柱——延長礦井壽命，提高社會效益

上世紀沿空留巷技術方案缺陷阻礙了該項技術實施近十年混凝土技術的成熟為沿空留巷打下良好基礎

推行無煤柱開采，不僅對生產(chǎn)礦井進行技術改造、緩和采掘關系和延長礦井壽命具有現(xiàn)實意義，而且也是使煤炭企業(yè)改善安全條件和技術經(jīng)濟指標，增產(chǎn)、增盈減虧的主要途徑之一。根據(jù)我國的實踐經(jīng)驗和當前的技術水平，推行的無煤柱開采護巷分為沿空留巷、沿空掘巷。其中沿空留巷這種無煤柱護巷方式有5種形式。各礦應該根據(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當優(yōu)先采用留巷形式實施無煤柱開采。

1 緒論

1.1 綜放開采無煤柱護巷技術簡介

1.2 小煤柱護巷技術研究現(xiàn)狀

1.3 沿空留巷技術研究現(xiàn)狀

1.4 小煤柱護巷技術研究工程背景

2 小煤柱護巷與沿空留巷技術理論分析

2.1 綜放工作面礦壓顯現(xiàn)的基本規(guī)律

2.2 綜放開采小煤柱護巷理論分析

2.3 綜放開采沿空留巷理論分析

2.4 小煤柱護巷與沿空留巷的對比分析

3 小煤柱護巷與沿空留巷技術數(shù)值分析

3.1 FLAC3D程序簡介

3.2 數(shù)值模擬模型的建立

3.3 綜放開采小煤柱護巷的數(shù)值分析

3.4 綜放開采沿空留巷的數(shù)值分析

3.5 小煤柱護巷與沿空留巷數(shù)值分析

4 綜放開采小煤柱護巷支護理論

4.1 小煤柱護巷工作面端頭支護理論

4.2 小煤柱護巷回采巷道支護理論

5 小煤柱護巷巷道支護設計

5.1 小煤柱護巷巷道支護的重要性

5.2 小煤柱護巷支護設計

5.3 小煤柱護巷技術的推廣應用

6 護巷小煤柱注漿加固技術

6.1 注漿加固技術概述

6.2 護巷小煤柱注漿加固機理分析

6.3 護巷小煤柱注漿加固工藝技術

6.4 護巷小煤柱注漿加固效果

參考文獻

在幾十年的研究應用中，該領域的成功與失敗并存，我們

分析這些經(jīng)驗歸結如下：

1、密集支架形式基本不可取

沿空留巷在上世紀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。而且應用情況也不能令人滿意。

這種方式因為支護材料品種多，工作量大，支護效果差，采空區(qū)隔離效果差等問題很少應用。

2、矸石堆垛方式應該淘汰

矸石堆垛法是一種看似簡單經(jīng)濟的做法，但因為該方法不能達到及時有效支撐頂板，容易造成頂板過量下沉導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效果不佳。應該在此基礎上進行改進。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)所在一側構筑巷幫充填體形成巷幫支護帶。高水材料可以通過調節(jié)水灰比改變充填體抗壓強度可以滿足多種強度要求的工程需要，可以提供較大的初期支護阻力、增阻速度快，能夠適應頂板的下沉并保證巷道較好的維護效果，而且具有很高的機械化程度，構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存放24h不凝固，易于遠距離輸送，非常適合進行大規(guī)模沿空留巷。

4、現(xiàn)澆混凝土隔墻法實踐證明較好

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

混凝土墻的缺點在于其比較高的工程費用和施工的復雜性以及強度上升的速度不能適應高產(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，其結構復雜，支架獨立性、靈活性強、適應性以及安全性強，使用效果好。

缺陷：混凝土結構施工完成后不能緊貼頂板，導致頂板離層，增加了留巷維護費用。

桶柱方式巷幫支護法

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，桶柱內混凝土的標號到300#，其試件抗壓極限強度為30Mpa“，直徑為600一660mm的混凝土桶柱的最大支撐力可以達到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、早強的特制充填體,其最大強度能達到2 MPa。充填體寬2.5 m,高3.4 m。

這種方法的優(yōu)點是膏體狀便于施工。缺點是強度和采礦關系的不協(xié)調性，導致材料用量大很多。

支護技術

柔模支護技術由西安科技大學王曉利教授研發(fā)而成。成功應用于10余礦，已經(jīng)正在推廣應用。將此技術應用到煤礦井下作為充填墻體是煤礦技術的進步。柔模泵注混凝土沿空留巷支護技術通過省級科技成果鑒定，達到國際領先水平，并享有多項發(fā)明專利。這一技術的應用使得現(xiàn)澆混凝土技術在沿空留巷的施工工藝得到簡化。