沿空留巷矿压特征

沿空隔离墙体上部顶板矿压力学表现是我们设计隔离墙的基础。

1、顶板宏观表现

煤层开采后采空顶板的活动跟支护状况有关。采面过后支撑顶板会使顶板岩层折断。这一过程决定于支护方式和支护强度。

由于沿空巷道一般要经过4次矿压显现。沿空巷道的围岩变化是非常复杂的。顶板离层和老顶折断理论可以方便的说明沿空巷道后支撑墙体结构和强度对巷道稳定性的影响。

2、顶部微观表现

掘进期间稳定平衡微量离层回采超前动压影响 掘进支护图 4"para n59723" label-module="para">2100433B

沿空矿压特点

实际上矿压的演化在采空区侧煤体内是一个随时间和距离变化的函数。

沿空巷道是处在采面后侧。位于采矿区后侧的煤体内矿压是空间和时间的函数。

从纵向空间的观察来看，工作面后侧煤体顺沿空巷道向后煤体中矿压的变化是距离的函数。从以往的研究成果看，采面后侧15-30米是矿压急剧上升区域。

从横向观察来看，采空区外侧煤体矿压分布是采空区外侧煤体内矿压表现

沿空侧煤体在采面刚过后的矿压表现 以时间的观点来看，煤体中的每一点要经受超前压力、采动矿压和采面过后又一次老空垮落矿压。

沿空巷道矿压分析

作为沿空留巷的最为关键的是研究支撑隔离带上部顶板的矿压特征，以确定合理的支护形式和支护强度。研究留巷顶板的矿压特征以确定合理的顺槽初期支护方案和支护参数。

沿空巷道顶部要经受矿压分布，掘进动压，回采超前动压外，更严重的是要经受回采后侧矿压的又一次剧变动压后保持稳定性。一般顺槽在经受回采动压后就遭到严重破坏，在采空区后侧采空区垮落形成的剧烈矿压过程中彻底崩溃形成垮落。

在几十年的研究应用中，该领域的成功与失败并存，我们

分析这些经验归结如下：

1、密集支架形式基本不可取

沿空留巷在上世纪研究初期基本上都是以支架形式完成。那时候各种支架形式的应用曾经解决过许多回采工作面的无煤柱采煤问题。但都是应用到一些采面地压相对较小并且煤层赋存条件较好的无自然发火的低瓦斯矿井。而且应用情况也不能令人满意。

这种方式因为支护材料品种多，工作量大，支护效果差，采空区隔离效果差等问题很少应用。

2、矸石堆垛方式应该淘汰

矸石堆垛法是一种看似简单经济的做法，但因为该方法不能达到及时有效支撑顶板，容易造成顶板过量下沉导致巷道不利于回采工作。这种方式虽然材料单价低，但会消耗大量的人力，而且隔离效果很差，因此适应面很小。一些好的方法的出现会加速这一方法的淘汰。

3、砌体墙法存在缺陷

采用预制块砌墙可以克服上述2.1和2.2节所述密集柱和矸石堆垛的许多缺陷，能够基本形成一道隔离采空区的密闭墙体。但该方法还是不能解决墙体与顶板的接顶问题，往往会造成顶板过量离层使得支护效果不佳。应该在此基础上进行改进。2.4. 高水材料巷旁充填沿空留巷是主流的留巷方式　随工作面在采空区所在一侧构筑巷帮充填体形成巷帮支护带。高水材料可以通过调节水灰比改变充填体抗压强度可以满足多种强度要求的工程需要，可以提供较大的初期支护阻力、增阻速度快，能够适应顶板的下沉并保证巷道较好的维护效果，而且具有很高的机械化程度，构筑的巷旁充填体具有良好的密闭性能、隔绝采空区效果较好；该材料制作的浆液单独存放24h不凝固，易于远距离输送，非常适合进行大规模沿空留巷。

4、现浇混凝土隔墙法实践证明较好

经过数年实践证明，混凝土墙体虽然有价材料用量大。但该方法适应性广，承载力高，能够形成足够的切顶强度，安全可靠。已经被广泛接受。

混凝土墙的缺点在于其比较高的工程费用和施工的复杂性以及强度上升的速度不能适应高产高效矿井工作面。还有一些施工方法不能保证墙体及时紧密贴顶。这种技术方案的施工方法主要有：

5、大型自移式沿空留巷充填支架

该支架大大提高了沿空留巷的安全性，其结构复杂，支架独立性、灵活性强、适应性以及安全性强，使用效果好。

缺陷：混凝土结构施工完成后不能紧贴顶板，导致顶板离层，增加了留巷维护费用。

桶柱方式巷帮支护法

桶柱间距为1.4一1.8米，桶柱施工数量少，降低了工作量，施工速度快，减少了对工作面生产的影响，保障了工作面的正常推进，桶柱内混凝土的标号到300#，其试件抗压极限强度为30Mpa“，直径为600一660mm的混凝土桶柱的最大支撑力可以达到976OkN。但封闭采空区不方便。效果比整体混凝土墙体差。

膏体混凝土

膏体混凝土,其主要成分是硅酸盐水泥、砂、粉煤灰及膏体混凝土外加添加剂。凝固速度快、早强的特制充填体,其最大强度能达到2 MPa。充填体宽2.5 m,高3.4 m。

这种方法的优点是膏体状便于施工。缺点是强度和采矿关系的不协调性，导致材料用量大很多。

支护技术

柔模支护技术由西安科技大学王晓利教授研发而成。成功应用于10余矿，已经正在推广应用。将此技术应用到煤矿井下作为充填墙体是煤矿技术的进步。柔模泵注混凝土沿空留巷支护技术通过省级科技成果鉴定，达到国际领先水平，并享有多项发明专利。这一技术的应用使得现浇混凝土技术在沿空留巷的施工工艺得到简化。

上世纪60年代世界一些主要产煤国家为了达到少掘巷道、增加煤炭资源回收率、增加生产的连续性和提高矿井的经济效益目的，而采用往复式“Z”形开采，前进式和后退式的工作面沿空留巷方法以实现无煤柱开采。对沿空留巷的矿压显现、适用条件、合理支护形式及新型支护材料等都进行了大量研究。在这方面做得较多的是前苏联、德国、英国、波兰等国家。这些发达国家非常重视这种一次性能源的开采。

我国从薄煤层到厚煤层，从缓倾斜煤层到急倾斜煤层，都已有沿空留巷的成功经验。但是，在沿空留巷研究与应用中仍存在着不足之处，使得一些矿井在应用沿空留巷技术中没有取得预期的效果，并限制了沿空留巷技术在我国更广泛的推广。

经过几十年的发展，我国一些矿区在沿空留巷方面取得了可喜成绩。一些矿井取得了非常客观的经济效益。

沿空留巷技术正处在一个急速起步的黄金时代。

沿空留巷国外代表

上世纪60年代英国、德国开始采用。这些发达国家非常重视这种一次性能源的开采。分别采用前进式和后退式的工作面沿空留巷方法以实现无煤柱开采。基本普及无煤柱开采。国外主要以无机有机混合结构形式结合钢结构骨架实施沿空留巷隔墙。我国上世纪70年代引进使用，那时候因为经济基础等因素影响，所采用的方法都没有广泛适应性。后期出现的“高水材料”成本过高、强度和耐久性不足、特别是没有掌握矿山压力规律，从根本上扭转巷道维护困难的局面而没有得到推广。

沿空留巷我国典范

实践证明，无煤柱开采方案实践可有效地控制瓦斯爆炸、冲击地压等相关事故的发生。通过对岩层运动和矿山压力发展变化规律的研究，正确的进行巷道矿压控制设计以及解决好巷道掘进和维护期间老塘透风问题，完全能够控制原煤柱护巷方案产生的重大事故。

在掌握了沿空留巷的内在本质的基础上，西安科技大学惠兴田课题组认真分析沿空留巷研究成果。专注于及时和高强两方面兼顾上下功夫。在此基础上研究并发明了封闭模铸砌体结构。这种隔墙技术由于采用预制混凝土技术作为隔墙高强内核使得隔离墙具有早期高强度，以注浆技术的密闭和充填性作为支护的及时性可以保证砌体墙体既有严密的封闭性又能够及时贴顶支护。这种技术一次解决了现有混凝土隔墙技术无法解决的及时性和高强度问题。而且成本远远低于一般泵送混凝土的成本。

对沿空留巷具有代表意义的专利技术：发明4项：矿用锚柱及预支撑锚柱网沿空留巷方法，一种刚柔复合结构模板及其沿空留巷隔墙施工方法；可变弹性接顶模板及其施工方法；用于沿空留巷的综合一体机及其施工方法。实用新型2项：一种沿空留巷砌筑隔离墙使用的复合模板；一种变形内胎模板。

1.2.无煤柱开采意义

减少巷道掘进量——缓解接续紧张；

减少掘进队——节约大量掘进费用；

去掉区段煤柱——延长矿井寿命，提高社会效益

上世纪沿空留巷技术方案缺陷阻碍了该项技术实施近十年混凝土技术的成熟为沿空留巷打下良好基础

推行无煤柱开采，不仅对生产矿井进行技术改造、缓和采掘关系和延长矿井寿命具有现实意义，而且也是使煤炭企业改善安全条件和技术经济指标，增产、增盈减亏的主要途径之一。根据我国的实践经验和当前的技术水平，推行的无煤柱开采护巷分为沿空留巷、沿空掘巷。其中沿空留巷这种无煤柱护巷方式有5种形式。各矿应该根据具体情况选用合适合理的方案。大多数情况下对于条件适合的矿井都应当优先采用留巷形式实施无煤柱开采。

沿空留巷是煤炭企业改善安全条件和提高技术经济指标，增产、增盈的重要途径之一。本书在总结国内外沿空留巷开采技术的基础上，比较系统地介绍了沿空留巷开采的基本原理、采区巷道矿山压力与矿压显现规律、沿空巷道的护巷技术、高水材料巷旁充填沿空留巷技术、膏体 巷旁充填沿空留巷技术。本书可供煤矿生产、设计和科研部门的工程技术人员阅读。

• 1 概论

• 1.1 沿空留巷的定义及其必要性

• 1.2 沿空留巷的基本方式及适用条件

• 1.3 沿空留巷研究现状综述

• 1.4 沿空留巷研究和应用存在的不足及研究目标

• 2 采区巷道矿山压力与矿压显现规律

• 2.1 巷道矿山压力的基本概念

• 2.2 采区巷道的变形与破坏

• 2.3 采区巷道矿压显现规律

• 2.4 沿空留巷开采覆岩移动规律

• 3 沿空巷道的护巷技术

• 3.1 护巷方式分类与巷旁支护类型

• 3.2 机械构筑护巷带

• 3.3 风力充填构筑凝固材料护巷带

• 3.4 泵送充填构筑凝固材料护巷带

• 3.5 沿空巷道护巷带参数的选择、计算与观测

• 3.6 巷道壁后充填与巷道周边封闭

• 4 高水材料巷旁充填沿空留巷技术

• 4.1 高水材料的物理力学特性

• 4.2 高水材料的水化反应及水化硬化机理

• 4.3 高水材料的稳定性能

• 4.4 高水固结充填体的力学特性

• 4.5 高水巷旁泵充填技术

• 4.6 山西保利合盛煤业有限公司综合机械化高水巷旁充填沿空留巷技术

• 5 膏体巷旁充填沿空留巷技术

• 5.1 膏体充填材料

• 5.2 快速留巷巷旁充填系统的研究

采场覆岩垮落形成的长时间剧烈扰动是沿空留巷围岩结构失稳的关键诱因。课题拟采用理论分析、物理模拟及数值计算等方法，深入研究采场覆岩分次垮落对沿空留巷的间歇性扰动规律，探索顶压渐增期间碎胀矸石的压实效应与断裂顶板的随动特性，结合巷道顶板传递载荷的能力，阐述顶板运动对沿空留巷的长期施载机理；提出以沿空留巷侧向顶板预裂卸压为核心的主动控制方法，通过岩层预裂手段改变顶板的断裂时机和断裂位置，从而缩短顶板的扰动周期并降低顶板的附加应力；揭示预裂孔两侧断裂块体的结构关系对沿空留巷卸压效果的影响规律，形成预裂卸压效果的评价方法；联系长时缓增压状态下岩体的承载性能，阐明卸压区围岩与锚固支护的协调承载机理。研究成果可为深部等复杂条件下的沿空留巷空间维控奠定基础。