【正文】 是否一定確保成功，是否建設成本太高。這才使得我們找到了針對各種復雜情況下的無煤柱開采的可行性。 惠興田 2020 錯誤 !未指定書簽。我們是否能夠以人類在地球的可持續(xù)生存作為最高境界。我真正痛心的是兩個區(qū)段間隨手丟掉了那么多的煤柱資源。我更痛心的是煤礦主宰者沒有認識到專注于煤礦技術的我們現(xiàn)在已經在理論和實踐上都已經能夠解決大多數(shù)復雜情況的無煤柱采煤技術。最好不要在今天主宰者身后的近幾代人就開始指 責我們。 西安科技大學惠興田 第 3 頁 20201216 1－ 3 錯誤 !未指定書簽。 可以說是先輩們的前赴后繼 加上我們不懈的追求才真正解開了無煤柱開采的關鍵癥結。 一般情況下，采用封閉模鑄砌體隔墻技術的建設成本為一個正常掘進巷道的費用。其中沿空留巷這種無煤柱護巷方式如果實施技術方案合理的話在技術和經濟上有更多優(yōu)越性，具有廣泛意義，因而對于具有適合條件的礦井都應當優(yōu)先采用。后期出現(xiàn)的 “ 高水材料 ” 成本過高、強度和耐久性不足、 因而沒有廣泛的市場。對于這種數(shù)千萬年形成的寶貝我們今天才開始提出“資源費，回采 率”等概念。世界各國都在積極研究推行無煤柱開采技術。大多數(shù)是以密集棚和混凝土砌塊以及矸石帶等廉價方式進行，雖然取得了一些成果，實際上都是個例成果，不足以能夠推廣。也就是隨著資源的緊缺和國家能源政策的深化，才有了鋼筋混凝土隔墻在近 5 年的出現(xiàn)。 由于 這種封閉模鑄砌體混凝土結構具有及時高強和密封特性 就 能夠很好的適合采煤工作面高效回采和快速留巷。 錯誤 !未指定書簽。）使得這種錨管能夠實現(xiàn)多種用途錨桿的功能，這一技術 在 2020 美國巖層控制國際會議上獲得美國工程院士 syd peng 的高度評價 ； 2020 年發(fā)明了快速安裝預 應力錨桿 —— 解決松軟圍巖錨固問題； 2020 年提出了一體化剛性錨固新理念 —— 分析了目前國內外綜掘機的原理和大量應用的適應性條件，揭露了多年來掘錨不能實現(xiàn)一體的內在本質，提出了“機體 巖體 人體”的三位一體新理念。 在 2020 年后半年，為了解決錨網(wǎng)支護現(xiàn)存的結構和構件搭配的技術漏洞，提出了 HT桁架錨桿體系，對整個順槽錨網(wǎng)體系進了整合設計，發(fā)明了π型強力鋼帶 、 雙錨固錨桿、臨時支護鉆機、雙聯(lián)藥卷為實現(xiàn)錨網(wǎng)巷道快速打下了基 礎； 2020 年在完成順槽全壽命周期時候 發(fā)明專利 3 項： 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。沿空留巷技術正處在一個急速起步的黃金時代。因此，采礦條件、技術和施工要求高。 優(yōu)點： ? 預留巷道可以服務兩個區(qū)段； ? 回采時候隔離墻完善工藝簡單； ? 頂板控制性較好； 缺點： ? 經受多次動壓； ? 不適應頂板破碎和高應力狀況。 優(yōu)點： ? 留巷隔離墻施工簡單； ? 隔離墻能夠很好的控制頂板下沉，支護效果好； 缺點 ： ? 需要 掘巷工程； . 錨筋夾心混凝土沿空掘巷 在完全留巷不具備條件的情況下，采用怎樣的沿空掘巷是可行的。這一技術是專門針對難以實施沿空留巷的松軟破碎頂板或高瓦斯煤層或是采高超過 4m 的綜采工作面實施無煤柱開采而發(fā)明的一項實用技術。無需專業(yè)施工機具。 郭育光教授等研究認為，巷旁支護應具有早期強度高、增阻速度快的特點，應緊隨工作面構筑，及時支護直接頂，避免與上部基本頂離層，并切斷直接頂，減小巷旁支護載荷，控制巷道變形。研究結果表明 ： 在保證頂煤及頂板穩(wěn)定前提下，合理利用圍巖移動規(guī)律，確定合理充填方式和充填體強度，既能保證充填體穩(wěn)定，又能達到很好的留巷效果?？偨Y出沿空巷道的圍巖穩(wěn)定機理并提出沿空巷道支護原理。而且成本遠遠低于一般泵送混凝土的成本。大量研究資料證實，一次采動對沿空留巷的影響是最嚴重的，尤其是工作面后方 5～ 40m 范圍內 形成的頂?shù)装逡平靠烧既^程移近量的 60～ 錯誤 !未指定書簽。位于采礦區(qū)后側的煤體內礦壓是空間和時間的函數(shù)。 西安科技大學惠興田 第 20 頁 20201216 1－ 20 . 沿空巷道礦壓分析 作為 沿空留巷的最為關鍵的是研究支撐隔離帶上部頂板的礦壓特征，以確定合理的支護形式和支護強度。 圖 34 采空上空垮落規(guī)律 圖 33 沿空側煤體在采面剛過后的礦壓表現(xiàn) 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 22 頁 20201216 1－ 22 . 頂板力學表現(xiàn) 靜 力平衡過程 ： 在 掘進過程中，剛暴露的頂板會具有向巷道內部移動變形的趨勢，這時候頂板還是處于原巖狀態(tài)，內部沒有明顯的裂隙和層理離層。而后，經過一個時間空間的變化，采空區(qū)側煤體內的礦壓變化穩(wěn)定后表現(xiàn)為沿煤體邊巖石抗壓 巖石抗拉 鋼材抗壓抗拉 235540Mpa 1060Mpa 圖 310 同一個坐標系的巖石和鋼材特性 錯誤 !未指定書簽。 采空區(qū)冒落規(guī)律?? 高強才是硬道理高強才是硬道理 圖 311 相似模擬采空區(qū)垮落規(guī)律 對圖示的總結可以一句話： 一語道破天機，強度決定留巷！ . 沿空留巷支護原理 沿空留巷的支護應該從兩方面入手： 加強頂板錨固 圖 312 普通支護對 沿空巷道 頂部 強度影響 支架動壓影響 后支撐 后采空動 壓 后支撐 后采空動 壓 普 通支撐 錯誤 !未指定書簽。 . 沿空留巷支護對策 上述圖示 全面分析了沿空巷道相關工程和力學問題。 西安科技大學惠興田 第 27 頁 20201216 1－ 27 4. 無煤柱順槽巷道隔離技術 現(xiàn)狀 將上區(qū)段順槽維護后留給下區(qū)段使用或是沿采空側掘巷完成下區(qū)段開采。 圖 41 密集圓木點柱矸石堆垛 錯誤 !未指定書簽。應該在此基礎上進行改進。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。 西安科技大學惠興田 第 31 頁 20201216 1－ 31 . 桶柱方式巷幫支護法 桶 柱間距為 一 2 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的影響，保障了工作面的正常推進，桶柱內混凝土的標號到 C30，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。 . 柔性 模袋 技術 柔性 模袋技術出現(xiàn)在上世紀早期。因此對沿空留巷技術產生了副作用，大多數(shù)人失去信心。一次柔性模板不適合于采高超過 2 米。 . 沿空留巷隔離墻復合模板支架 經過幾十年的實踐理論走向成熟，沿空留巷技術開始全面走向 實施。 2) 內胎模采用普通阻燃纖維并且可以局部使用。 . 主要實踐依據(jù) 密集支柱 —— 支護材料品種多，工作量大，支護效果差，采空區(qū)隔離效果差等問題現(xiàn)在很少應用； 矸石堆垛法 —— 看似簡單經濟，但容易造成頂板過量下沉導致巷道失修影響回采工作。 混凝土膏體 技術 —— 雖然就地取材，成為環(huán)保開采，但由于施工工藝和膏體強度問題很難推廣； 柔模技術 —— 能夠快速施工和接頂，但成本很高，生產環(huán)節(jié)工序和工藝復雜。 根據(jù)采礦區(qū)側煤體內應力分布規(guī)律，應力高峰區(qū)域在煤體內一定的區(qū)域（多在 815m）。 . 架后沿空隔墻擴巷 架后沿空隔離墻擴巷的方式是一種保守 的沿空留巷方式，主要是用到頂板破碎，巷道維護困難的采面。為了達到煤柱回收和巷道維護的最 佳效果，可以采用小到一根錨桿長度的煤柱。 西安科技大學惠興田 第 35 頁 20201216 1－ 35 錨筋夾芯混凝土隔墻幾個顯著優(yōu)點： ? 嚴密的封閉特性是任何沿空巷道所無法比擬的。 西安科技大學惠興田 第 36 頁 20201216 1－ 36 5. 封閉 模鑄砌體隔墻沿空留巷技術簡介 分析 了國內外沿空留巷技術和實踐的發(fā)展現(xiàn)狀，研究了目前沿空留巷隔離墻帶支護技術方法和實踐。保證頂板完整性的同時讓壓力向深部轉移。 —— 但該方案柔性模板的生產成本投入較大，施工的墻體不規(guī)則造成承載力相對較小。 袋 注混凝土都是自密實混凝土結構。 砌 體結構 雖然材料用量大，運輸施工都有不便，但具有較大變形情況下的較高初撐抵抗能力。 2020 年至2020 年發(fā)明了滑模泵鑄混凝土、復合模鑄隔墻和封閉模鑄砌體沿空留巷隔墻技術 3 項專 錯誤 !未指定書簽。這種自密實混凝土結構比振搗混凝土強度降低約15%，費用增加 15%。 現(xiàn) 澆混凝土施工工藝管理相當復雜。特別推薦的模鑄砌體結構因為技術思路簡潔直觀，施工工藝簡化，投資小，容易上馬是現(xiàn)代沿空留巷隔墻技術上的大的創(chuàng)舉。 封閉 注漿指的是將砌體干砌成到一個封閉的袋模具內形成一個袋模包裹的干砌體結構，然后通過高壓將水泥漿體注入這個封閉到袋模中的干砌體的細小空隙內形成一個具有強力支撐力的新的混凝土結構。 由 上分析可知：這種袋注自密實混凝土與一般剛性模板混凝土技術比起來具有優(yōu)勢，已經在現(xiàn)場應用取得巨大成功。重要的是柔模的強度不能適應 2 米以上的采高需要，加高柔模會產生非常高的成本。保證墻體完整性的同時嚴格密封采空區(qū)。沿空隔墻需要足夠強度承載采空區(qū)邊緣的切頂壓力。足夠的支撐能力控制沿空側頂板的動態(tài)沉降確?；夭砂踩?； ? 力學上充分利用地壓規(guī)律使巷道圍巖應力處于合理降壓區(qū)域。因此，新的技術專利方案是采用以原煤體為主體的復合錨筋混凝土結構。 這種沿空掘巷方案的顯著優(yōu)點是： 墻體施工可靠性高。由于煤體內應力分布過程中，許多情況下煤體外側要產生一定范圍的塑性破壞區(qū)域。 錯誤 !未指定書簽。不容易推廣應用； 預制塊砌墻 —— 能夠基本形成一道隔離采空區(qū)的高強度墻體。 西安科技大學惠興田 第 33 頁 20201216 1－ 33 提高生產效率 ； 4) 復合模板支架具有多面振搗功能?，F(xiàn)有的沿空留巷隔離墻施工模板方式如大型支架模板（淮南河北使用）需要配合生產工作面進度進行，因而存在生產和墻體施工的矛盾，這種矛盾一些時候不可調和。 . 封閉注漿砌筑技術 剛柔并舉 矸石 充填雖然支護效果差，但具方便簡單廉價特征；換句話說，只要能夠克服矸石充填法的支護貼頂初撐力問題，就會形成一種廉價高效的沿空留巷技術方法。近幾年現(xiàn)澆混凝土技術隔墻的應用給沿空留巷技術帶來了新的生機。這一技術2020 年由中國礦業(yè)大學和 晉中能源共同進行的科研中 首先應用到沿空留巷的隔離墻施工上并取得一些成果。效果比整體混凝土墻體差 。 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 29 頁 20201216 1－ 29 圖 43 預制混凝土砌塊 . 高水高效充填支護法事倍功半 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。也是一般企業(yè)初期以低成本方式起步的方式。 在幾十年的研究應用中，該領域的成功與失敗并存 。 根據(jù)分析結果提 出 如下原則： 順槽前支護： ? 頂板應該使用強力鋼帶 —— 以增加橫向約束力和群錨效應 ? 只有高預應力鋼材才能夠很好的對巖體起到加固作用； 回采過程順槽支護： 圖 314 沿空巷道支撐強度影響 支架動壓影響 后支撐 后采空動 壓 后支撐 后采空動 壓 高強支撐 圖 313 沿空巷道 頂板采用錨固后的 強度影響 支架動壓影響 后支撐 后采空動 壓 后支撐 后采空動 壓 普 通支撐 錯誤 !未指定書簽。隔離墻后期的礦壓顯現(xiàn)就越小。因此，無論理論上怎樣描述沿空巷道的有利礦壓位置。 掘進 過程中這種巖體位移的新的平衡一般需要數(shù)天到數(shù)月甚至更長的時間。 見圖。 沿 空巷道頂部要經受礦壓分布，掘進動壓，回采超前動壓外 ，更嚴重的是要經受回采后側礦壓的又一次劇變動壓后保持穩(wěn)定性。 從 縱向空間的觀察來看，工作面后側煤體順沿空巷道向后煤體中礦壓的變化是距離的函數(shù)。 (4)進行了沿空留巷 “ 支架一圍巖 ” 相互作用關系研究。從理論上研究了與采空區(qū)相鄰煤體內的應力分布規(guī)律，分析了支承壓力的各種影響因素，通過力學模型得出了求解煤體內彈性區(qū)應力、塑性區(qū)應力、塑性區(qū)寬度及支承壓力影響范圍等的數(shù)學表達式。精通煤礦順槽支護技術。應用工程結構可靠性理論，建立了綜放沿空留巷支護結構可靠性分析模型