【正文】 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)。最大限度的控制頂板不使其產(chǎn)生離層性位移更好。 在實(shí)現(xiàn)充填材料更新、充填工藝及裝備機(jī)械化的基礎(chǔ)上，成功的采用沿空留巷，實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯同采。 . 惠興田教授的支護(hù)成果 表面看來(lái)錨網(wǎng)支護(hù)乃至沿空巷道支護(hù)技術(shù)已經(jīng)成熟。截止 2020年有 7 項(xiàng)技術(shù)專利和 8 種新產(chǎn)品。 2020 年發(fā)明了 雙錨固快速預(yù)應(yīng)力錨桿 —— 安裝無(wú)需等待樹脂凝固就可一次安裝到位，而且有一定初錨力和預(yù)應(yīng)力。 為了實(shí)現(xiàn)沿空留巷的機(jī)械化問(wèn)題?，F(xiàn)有的沿空巷道方案可以歸納如下。 缺點(diǎn)： ? 不適 應(yīng)高瓦斯易燃煤層； ? 不適應(yīng)部分放頂煤開采工作面； ? 不適應(yīng)快速回采高效工作面。 優(yōu)點(diǎn)： ? 留巷工藝簡(jiǎn)單可靠； ? 可適應(yīng)大多數(shù)地層和開采條件； ? 可靠性高。但僅有一根錨桿長(zhǎng)度的煤體的承載能力可能會(huì)因?yàn)榫蜻M(jìn)過(guò)程等情況影響而不能達(dá)到要求。是非常廉價(jià)的優(yōu)秀發(fā)明專利。 西安科技大學(xué)惠興田 第 17 頁(yè) 20201216 1－ 17 3. 沿 空 巷道礦壓及支護(hù)原理 研究無(wú)煤柱開采首先必須研究沿空巷道的礦壓特性。采高決定巷旁支護(hù)的切頂高度。研究認(rèn)為，通過(guò)合理 錯(cuò)誤 !未指定書簽。在此 基礎(chǔ)上對(duì)順槽的全壽命沿空巷道研究也取得了可喜成績(jī)。 (2)研究了沿傾斜方向巷旁煤體內(nèi)不同應(yīng)力帶的特征及分布規(guī)律。根據(jù)我國(guó)大量實(shí)測(cè)資料，沿空留巷周邊位移及支架受載有以下基本規(guī)律 ： 1)沿空巷道頂?shù)装逡平枯^大，且靠近采空區(qū)側(cè)頂?shù)装逡平靠蛇_(dá)靠煤體側(cè)的 ～ 倍 ； 2)底鼓在沿空留巷頂?shù)装逡平恐兴急戎剌^大，少數(shù)沿空留巷底鼓所占比重可達(dá)%； 3)沿空留巷頂板水平移動(dòng)明顯 ； 4)沿空留巷巷內(nèi)支架受載并不是特別大，實(shí)測(cè)在 30～ 300kN 之間 ； 5)沿空留巷兩側(cè)頂壓不均衡，靠采空區(qū)側(cè)頂壓達(dá)靠煤體側(cè)的 ～ 倍。從以往的研究成果看，采面后側(cè) 1530 米是礦壓急劇上升區(qū)域。一般順槽在經(jīng)受回采動(dòng)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(guò)程中徹底崩潰形成垮落。 這一過(guò)程決定于支護(hù)方式和支護(hù)強(qiáng)度。一般巖體能夠在一個(gè)星期達(dá)到一個(gè)相對(duì)平衡。我們應(yīng)該清醒的認(rèn)識(shí)到，沿空巷道在最初形成時(shí)候必然要經(jīng)過(guò)一個(gè)高應(yīng)力變化時(shí)間。但是，過(guò)小的煤柱不能承受礦壓轉(zhuǎn)移過(guò)程中的高地壓荷載。 西安科技大學(xué)惠興田 第 26 頁(yè) 20201216 1－ 26 ? 順槽掘進(jìn)過(guò)程支護(hù)必須及時(shí) —— 減少頂板暴露時(shí)間 ? 巷道二次加固必須施加足夠的預(yù)應(yīng)力 —— 減少頂板離層 回采后順槽支護(hù)： ? 沿空巷道后支護(hù)結(jié)構(gòu)必須足夠強(qiáng)大 —— 以抵抗巷道后期 2 次動(dòng)壓 ? 沿空巷道后支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)該有貼頂能力 —— 以形成強(qiáng)力對(duì)抗支 護(hù)減少頂板過(guò)量下沉 ? 沿空巷道后支護(hù)可以采用注漿技術(shù)加固頂板 —— 以提高頂板完整性 . 現(xiàn)有技術(shù)分析結(jié)果 沿空巷道礦壓特征 —— 沿空留巷礦壓是空間和時(shí)間的函數(shù)，采面后側(cè) 1530 米是礦壓急劇上升區(qū)域 。 . 沿空留巷施工技術(shù)分析 有關(guān)沿空留巷方面的實(shí)踐 分析歸結(jié)如下： . 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。 矸石 堆垛法是一種看似簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的做法，但因?yàn)樵摲椒ú荒苓_(dá)到及時(shí)有效支撐頂板，容易造成頂板 過(guò)量下沉導(dǎo)致巷道不利于回采工作。 由于使用材料量大， 該支護(hù)方法一般使用 的大體積 材料強(qiáng)度低，用量大 ，而且當(dāng)采面速度較快時(shí) 不能有效控制直接頂?shù)碾x層和及時(shí)切斷 直接頂，不利于保持巷道的穩(wěn)定性。 西安科技大學(xué)惠興田 第 30 頁(yè) 20201216 1－ 30 現(xiàn)澆混凝土 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。 . 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。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(jiǎn)化?；炷恋南忍斓膬?yōu)勢(shì)能夠滿足工程需要。 砌 體結(jié)構(gòu)雖然材料用量大，運(yùn)輸施工都有不便，但具有較大變形情況下的較高初撐抵抗能力。柔性模袋技術(shù)由中國(guó)礦大發(fā)明以來(lái)在沿空留巷領(lǐng)域產(chǎn)生了一個(gè)進(jìn)步。在同樣用料的情況下，比現(xiàn)有自密實(shí)混凝土的 成本降低強(qiáng)度提高 20%成本降低 15%。但該方法還是不能解決墻體與頂板的接頂問(wèn)題，又不能可靠密封，使用效果不佳； 高水充填材料強(qiáng)度低，用量大且不能有效控制直接頂?shù)碾x層和及時(shí)切斷直接頂。 西安科技大學(xué)惠興田 第 34 頁(yè) 20201216 1－ 34 . 沿空掘巷施工技術(shù) . 窄煤柱掘巷處于圍巖高應(yīng)力區(qū) 一般煤柱應(yīng)力影響區(qū)域?yàn)?2540m。一旦將窄煤柱定到塑性區(qū)。適應(yīng)高應(yīng)力破碎圍巖； 預(yù)制混凝土隔離墻靠一幫煤壁施工。這一結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了原煤體的連續(xù)性和混凝土的高強(qiáng)度表面封閉性，利用錨桿的錨固特性形成復(fù)合體的配筋。減少巷道維護(hù)量； ? 施工方法簡(jiǎn)單可靠。傳統(tǒng)的支架支柱，預(yù)制水泥砌塊和矸石被動(dòng)充填不能很好的實(shí)現(xiàn)支護(hù)效果，不能滿足控頂和密封的需要。 . 混凝土隔墻技術(shù)分析 整體高強(qiáng)度適應(yīng)性廣。目前柔模的成本在每一立方混凝土中達(dá)到 400 元以上。但這一技術(shù)其混凝土初期 37 天的抗壓強(qiáng)度的不足、自密實(shí)的強(qiáng)度損失缺陷以及柔性模板強(qiáng)度等問(wèn)題還需要進(jìn)一步的 技術(shù)創(chuàng)新。因此，這樣的砌體施工技術(shù)具有： 預(yù)制 砌塊能夠保證最佳混凝土效果，比現(xiàn)場(chǎng)泵注的自密實(shí)混凝土墻的提高 20%； 砌 體預(yù)制混凝土塊對(duì)頂板提高及時(shí)強(qiáng)大的被動(dòng)初撐力，可以減少墻體 厚度 15%，保證沿空留巷的安全性； 注 漿砌縫在 37 天內(nèi)能夠提供一定的讓壓特性釋放切頂時(shí)候的礦壓峰值； 施工 快速，效果直觀，可靠性是目前所有形式中最好的 封閉模鑄專利技術(shù)中，封閉模鑄砌體技術(shù)具有施工方便簡(jiǎn)單，成本的，支護(hù)強(qiáng)度高，密閉性好，設(shè)備投資小等優(yōu)點(diǎn)。 . 泵注混凝土技術(shù)分析 現(xiàn) 澆混凝土不能解決采動(dòng)礦壓的及時(shí)支撐問(wèn)題。需要建設(shè)地面大型烘干砂子石子；需要混凝土干拌；需要重新裝袋；需要井下二次拌合。 袋 注混凝土都是自密實(shí)混凝土 結(jié)構(gòu)。西安科技大學(xué)惠興田教授科研團(tuán)隊(duì)從 2020 年開始專注于沿空留巷技術(shù)的研究。 . 封閉注漿砌筑技術(shù)方案 沿 空巷道的秘訣在于： 高強(qiáng)能夠承受多次動(dòng)壓 高強(qiáng)能夠及時(shí)切頂遠(yuǎn)離煤壁 高強(qiáng)能夠保證巷道最小的維護(hù)成本 能夠接頂?shù)母邚?qiáng)才是真正有效的高強(qiáng) 封閉注漿砌筑技術(shù) 是為了克服袋注混凝土早期強(qiáng)度低、成本高施工效率低而開發(fā)的 矸石 充填雖然支護(hù)效果差，但具方便簡(jiǎn)單廉價(jià)特征；換句話說(shuō)，只要能夠克服矸石充填法的支護(hù)貼頂初撐力問(wèn)題，就會(huì)形成一種廉價(jià)高效的沿空留巷技術(shù)方法。為了補(bǔ)足這一缺陷 —— 只有靠增加墻體厚度來(lái)解決（比一般墻體要多出 25%的材料消耗）。為解決此問(wèn)題，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在2020 年和西安科 技大學(xué)在 2020 年曾經(jīng)發(fā)明了不同形式的柔性袋裝泵送混凝土施工技術(shù)給沿空留巷帶來(lái)新的生機(jī)。 因此，沿空留巷的關(guān)鍵技術(shù)是： 高強(qiáng)度，墻外切頂。 錯(cuò)誤 !未指定書簽。 錯(cuò)誤 !未指定書簽。但沿空掘巷應(yīng)該是越靠近采空區(qū)礦壓越小。為此，產(chǎn)生的架后隔離墻沿空掘巷和錨筋?yuàn)A芯混凝土隔離墻兩種沿空掘巷技術(shù)方案。但據(jù)研究表明，窄煤柱 46m 的范圍還是處于高應(yīng)力 變化區(qū)域，巷道的維護(hù)仍然存在較大困難。漏漿問(wèn)題存在。 沿空巷道支護(hù)對(duì)策 —— 早期高預(yù)應(yīng)力支護(hù)，回采期不空頂支護(hù)，采后及時(shí)高強(qiáng)隔離墻接頂支護(hù)。 施工效率高，安全可靠。因此，這樣的砌體施工技術(shù)具有幾個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)： 預(yù)制 砌塊能夠保證最佳混凝土效果，比現(xiàn)場(chǎng)泵注的自密實(shí)混凝土墻提高 20%； 砌 體預(yù)制混凝土塊對(duì)頂板提高及時(shí)強(qiáng)大的被動(dòng)初撐力，可以減少墻體厚度 15%，保證沿空留巷的安全性； 注 漿砌縫在 37 天內(nèi)能夠提供一定的讓壓特性釋放切頂時(shí)候的礦壓峰值； 施工 快速，效果直觀，可靠性是目前所有形式中最好的 。 西安科技大學(xué)惠興田 第 32 頁(yè) 20201216 1－ 32 效承載利用率下降。 . 現(xiàn)澆混凝土隔墻技術(shù)評(píng)價(jià) 在 過(guò)去的沿空留巷實(shí)施中，失敗比成功多。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。 圖 46 大型自移式液壓支架模板 錯(cuò)誤 !未指定書簽。 圖 44 充填灌漿 圖 45 巷旁充填 . 現(xiàn)澆混凝土隔墻法 性價(jià)比好 經(jīng)過(guò) 近幾年實(shí)踐證明，混凝土墻體雖然有價(jià)材料用量大。但該方法還是 很難 解決墻體與頂板的接頂問(wèn)題，往往會(huì)造成頂板過(guò)量離層使得支護(hù)效果不佳。 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(wèn)題現(xiàn)在很少應(yīng)用。這是沿空留巷成功的關(guān)鍵 錯(cuò)誤 !未指定書簽。有時(shí)候?qū)е孪锏婪磸?fù)維修使得巷道支護(hù)費(fèi) 用很高。沿空隔離墻只有足夠的強(qiáng)度才能夠承擔(dān)煤壁的作用，防止采空頂板斷裂擴(kuò)展到巷道煤壁根部。 西安科技大學(xué)惠興田 第 23 頁(yè) 20201216 1－ 23 . 材料力學(xué)特征 圖 39 幾種不同性質(zhì)材料力學(xué)特性 上述圖示給我們揭示了： ? 鋼材的強(qiáng)度能夠?qū)r體加固的原因是其高強(qiáng)度； ? 鋼材必須和巖土變形一致才能夠起作用 ，而且作用很??； ? 只有高預(yù)應(yīng)力鋼材才能夠很好的對(duì)巖體起到加固作用； ? 沿空后巷砌墻必須緊貼巷道頂板才能有效支護(hù)巷道 . 沿空巷道支護(hù)原理 實(shí)踐證明，在采面過(guò)后，靠近采空側(cè)的煤壁首先要經(jīng)受比垂直地壓大很多的礦壓顯現(xiàn)。 . 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(dòng)壓影響 掘進(jìn)支護(hù) 圖 37 回采巷道生命周期 采面 采面 采面 圖 36 不同支撐強(qiáng)度使得頂板形成不同形式的垮落 用什么支撐？ 我們一直不慷慨！ 是不是傳統(tǒng)簡(jiǎn)易支護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)？ 圖 35 采面過(guò)后支撐頂板會(huì)使頂板巖層折斷 錯(cuò)誤 !未指定書簽。只要隔墻有足夠的強(qiáng)度，采空側(cè)頂板斷裂線就會(huì)遠(yuǎn)離隔墻向老空上方發(fā) 展。 圖 31 采空區(qū)外側(cè)煤體內(nèi)礦壓表現(xiàn) 錯(cuò)誤 !未指定書簽。沿空巷道是處在采面后側(cè)。通過(guò)大量井下觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)，研究了沿空留巷全過(guò)程所經(jīng)歷的五個(gè)不同礦壓顯現(xiàn)階段 (掘進(jìn)影響、無(wú)采掘影響、一次采動(dòng)影響、一次采動(dòng)后穩(wěn)定及二次采動(dòng)影響階段 )中的巷道圍巖移動(dòng)和支架受載特點(diǎn)，查明了不同階段對(duì)無(wú)煤柱護(hù)巷的影響程度。這種技術(shù)一次解決了現(xiàn)有混凝土隔墻技術(shù)無(wú)法解決的及時(shí)性和高強(qiáng)度問(wèn)題。 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)惠興田教授分析近年沿空留巷研究成果并經(jīng)過(guò)開采邊緣自穩(wěn)試驗(yàn)和自穩(wěn)拱線的加固平移試驗(yàn)等基礎(chǔ)研究。 謝文兵博士等在工 程實(shí)踐基礎(chǔ)上，采用適于分析巖層斷裂和垮落的數(shù)值分析軟件UDEC，建立了相應(yīng)的數(shù)值分析模型，詳細(xì)分析了綜放沿空留巷圍巖移動(dòng)規(guī)律，系統(tǒng)分析了基本頂斷裂位置、端頭不放頂煤長(zhǎng)度、原有巷道支護(hù)技術(shù)、充填體寬度、充填方式和充填體強(qiáng)度對(duì)綜放沿空留巷圍巖穩(wěn)定性影響規(guī)律，得出了許多有益的結(jié)論。 國(guó)內(nèi)的專家學(xué)者 如 孫恒虎教授等根據(jù)煤層頂板特征和彈塑性力學(xué)的有關(guān)理論，將長(zhǎng)壁工作面沿空留巷的煤層頂板簡(jiǎn)化成了層間結(jié)合力忽略不計(jì)的矩形 “ 疊加層板 ” ，認(rèn)為沿 空留巷支護(hù)載荷只與短支承邊界的載荷有關(guān)。減少巷道維護(hù)量； ? 施工方法簡(jiǎn)單可靠。 錨筋?yuàn)A芯混凝土隔墻沿空掘巷無(wú)煤柱開采新技術(shù)是由西安科技大學(xué)惠興田教授 2020年發(fā)明的專利技術(shù)。 以上幾種無(wú)煤柱開采技術(shù)，才條件允許的情況下優(yōu)先選擇沿空留全巷。因此，使用面受到限制。如果設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)不合理就會(huì)帶來(lái)巷道大量返修甚至支護(hù)失敗。一些礦井取得了非?？陀^的經(jīng)濟(jì)效益。鉆眼效率高出20%；這對(duì)掘進(jìn)戰(zhàn)線長(zhǎng)期無(wú)法解決的臨時(shí)支護(hù)問(wèn)題是一個(gè)巨大貢獻(xiàn)；自穩(wěn)錨桿鉆機(jī) —— 錨桿鉆機(jī)自帶穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可以留一定矸石方便工作人員登矸作業(yè)，提高功效 15%； 2020 年雙聯(lián)樹脂藥卷的發(fā)明使錨桿安裝簡(jiǎn)化速度加快。而后將自旋錨桿技術(shù)發(fā)展成為一個(gè)新的自旋錨管體系（ STBS169。在幾十年的專項(xiàng)研究中，課題組積累了比較豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)并總結(jié)了一些核心理論。直到 2020 年由西安科技大學(xué) 惠興田教授發(fā)明了封閉模鑄砌體混凝土技術(shù)隔離墻技術(shù)以后，使得沿空留巷隔離墻技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)階段高峰。在過(guò)去的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)和煤炭不景氣的年代是不 可能投入資金去實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開采的。過(guò)去都是在條件比較好的個(gè)別煤層實(shí)施。 今天，為了挽救人類的荒謬。 實(shí)際上，近幾年人們才開始逐漸認(rèn)識(shí)煤體資源的重要性。 我國(guó)上世紀(jì) 70 年代引進(jìn)使用， 那時(shí)候因?yàn)榻?jīng)濟(jì)基礎(chǔ)等因素影響， 特別是沒有掌握礦山壓力規(guī)律， 所采用的方法都沒有廣泛適應(yīng)性 。其他形式都是這兩種形式的完善擴(kuò)展。 這里面的矛盾在于沿空留巷