【正文】 算柔模混凝土巷旁支護上的載荷采用 “分離巖塊法 ”，該方法的理論依據(jù)是沿空巷道和支護上方一定范圍內(nèi)分離巖塊的重量構(gòu)成了支護靜載荷，沿空留巷巷旁支護礦壓計算模型見圖 。2501500mm 的 鐵管，壁厚不小于 5mm，一端焊接法蘭盤，使用前需要在瓦斯管內(nèi)外兩側(cè)涂一層防火漆。軟管和柔模灌注口連接好以后，柔模工電話通知泵站開始泵注混凝土。同時應(yīng)觀察混凝土泵的壓力和各系統(tǒng)的工作情況，待各系統(tǒng)運轉(zhuǎn)順利后，方可以正常速度進行泵送。 圖 E1302 工作面柔模混凝土沿空留巷通風示意 高河礦 E1302 綜放工作面柔模支護沿空留巷 Y 型通風研究方案 24 滯后工作面一梁三柱臨時加強支護80m超前工作面一梁四柱支護30m采空區(qū)E130 2工作面 超前隔離支護巷旁支護不放頂煤123鋪頂網(wǎng) 圖 E1302 工作面回風順槽柔模泵注混凝土沿空留巷工程平面高河礦 E1302 綜放工作面柔模支護沿空留巷 Y 型通風研究方案 25 4 柔?；炷裂乜樟粝锸┕? 沿空留巷施工工藝 柔模泵注混凝土沿空留巷施工工藝及流程如圖 和 所示。 （ 3）當班作業(yè)前必須先進行敲幫問頂，及時找凈幫頂活矸。/h；雙回路供電，電壓 660V 或者 1140V；泵站和柔?；旄吆拥V E1302 綜放工作面柔模支護沿空留巷 Y 型通風研究方案 29 凝土澆筑點采用對講機、喊話器或者電話聯(lián)通。 （ 9）所有開關(guān) 必須上架，且置于安全、無淋水處。司機必須認真負責，嚴格按《操作規(guī)程》進行。 （ 6）上述工作完成以后，開始綁扎柔模灌注口。 （ 6） 輸送管的鋪設(shè)應(yīng)保證安全施工，便于清洗管道、排除故障和裝拆 維修。灌注完畢后處理好封口，盡量避免混凝土的流出。 （ 5）混凝土泵啟動后應(yīng)先泵送適量水以濕潤混凝土泵的料斗活塞及輸送管的內(nèi)壁等直接與混凝土接觸部位。 （ 3）柔模工必須配備便攜式瓦斯監(jiān)測儀，嚴禁用鐵器敲打單體液壓支柱，發(fā)現(xiàn)瓦斯超限立即停止作業(yè)，采取措施降低瓦斯?jié)舛龋畛Ｓ玫霓k法就是加強通風或者用注液槍向采空區(qū) 灑水。221300mm 的等強錨栓，雙托盤雙螺母，間排距為 10001000mm。 基于高河礦的礦山壓力、回采推進度及瓦斯涌出情況，參考其他煤礦工程實踐經(jīng)驗，確定柔?；炷裂乜樟粝锎凉仓臻g控頂距范圍為 ~6m，最大不能超過 6m。 金屬網(wǎng)：采用 10＃鉛絲制作，網(wǎng)格為 5050mm 經(jīng)緯網(wǎng)，規(guī)格為 3500850mm（長寬），梯子梁： Φ1438001800mm。 NW49176。傾向 SE75176。 根據(jù)地質(zhì)報告及該區(qū)域內(nèi)的 W1905 號鉆孔資料，預(yù)計該巷道掘進過程中煤層夾矸隨煤層傾伏變化，該夾矸位于 3煤層底板向上 處，泥巖夾矸厚度 左右。 但高水充填材料固有的性能缺陷導致其應(yīng)用范圍受到了很大的制約。進一步指出巷旁支護控制頂板下沉是通過其對頂板足夠的支撐作用，改變頂板彎矩分布，實現(xiàn)巷旁支護側(cè)切落下位頂板；由于頂板巖層分層或分組垮落，沿空留巷巷旁支護必需的切頂阻力根據(jù)最難切落的那層巖層（巖層組）切頂需要來確定。 中國礦業(yè)大學柏建彪采用數(shù)值模擬分析了巷內(nèi)支護與圍巖變形、應(yīng)力分布的關(guān)系，揭示了沿空留 巷巷內(nèi)支護機理：采用高阻讓壓支護，提高沿空留巷圍巖承載能力和抗變形能力，適應(yīng)沿空留巷階段性圍巖大變形與應(yīng)力調(diào)整。 中國礦業(yè)大學漆泰岳應(yīng)用彈性基礎(chǔ)梁理論和數(shù)值模擬方法證明，沿空留巷的老頂斷裂不會發(fā)生在靠巷道煤幫側(cè)的邊沿的上方，而是在煤層內(nèi)的上方，老頂斷裂深度隨圍巖級類的提高而加大；煤層和直接頂?shù)膭偠葘ψo巷 帶的穩(wěn)定性影響較大，剛度越大護巷帶切頂效果越好，為本文研究留巷支護與圍巖剛度匹配關(guān)系提供了啟示。 沿空留巷的意義 柔?；炷裂乜樟粝锏募夹g(shù)、經(jīng)濟和社會效益如下： （ 1） 少掘巷道，降低巷道掘進率，緩解礦井采掘矛盾。 2021 2021 2021 2021 2021 2021 202101234567死亡率/人/百萬噸年份 圖 中國煤礦歷年百萬噸死亡率 高河礦 E1302 綜放工作面柔模支護沿空留巷 Y 型通風研究方案 3 （ 4）煤炭完全開采的需要 美國、澳大利亞、德國和加拿大等發(fā)達國家，煤炭資源回收率能達到 80％左右，他們每采 1噸煤只消耗 ~。 立項背景 （ 1）中國能源結(jié)構(gòu)的需要 《煤炭工業(yè)發(fā)展 “十二五 ”規(guī)劃》中指出：我國是世界第一產(chǎn)煤大國，同時煤炭又是我國的主體能源，在一次能源結(jié)構(gòu)中占 70%左右，在未來相當長時期內(nèi)，煤炭作為主體能源的地位不會改變。我國現(xiàn)有生產(chǎn)礦井只有 1/3 符合安全先進礦井生產(chǎn)條件； 1/3 的煤礦有可能 經(jīng)過重組和技術(shù)改造，形成安全高效生產(chǎn)能力；其余有 1/3 礦井實際達不到安全生產(chǎn)條件，基本沒有改造成安全高效礦井的條件。雙 U 型通風方式使每個回采工作面至少浪費掉 50m 煤柱，工作面長度按照 200m 計算，回收率不足 80%，嚴 重消耗著礦井的可采儲量，礦井服務(wù)年限至少縮短 1/5 的服務(wù)年限，不利于礦井的可持續(xù)發(fā)展。 突出層保護層突出層1?3?全 卸 壓 保 護 區(qū) 域3?4? 圖 圖 沿空留巷國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 沿空留巷圍巖活動規(guī)律研究現(xiàn)狀 中國礦業(yè)大學陸士良在實測基礎(chǔ)上，提出了沿空留巷頂板下沉量主要取決于 “裂隙帶巖層取得平衡前的強烈沉降 ”的觀點。 安徽理工大學華心祝建立了考慮巷幫煤 體承載作用和巷旁錨索加強作用的沿空留巷力學模型，分析了巷內(nèi)錨桿支護和巷旁錨索加強支護作用機理，該研究成果為沿空留巷支護設(shè)計提供了有力的理論支撐。 中國礦業(yè)大學孫恒虎根據(jù)煤層頂板特征和彈塑性力學的有關(guān)理論，將長壁工作面沿空留巷的煤層頂板簡化成了層間結(jié)合力忽略不計的矩形 “疊加層板 ”，認為沿空留巷支護載荷只與短支承邊界的載荷有關(guān)。 （ 2）國內(nèi)沿空留巷工程實踐概況 20世紀 50年代我國 首先在一些薄煤層開采中用矸石帶代替煤柱作為巷旁支護用， 但由于矸石的可縮量大，巷內(nèi)支架變形嚴重，維護工作量大， 并沒有推廣開來。 直接底 泥巖 —粉砂巖 — f= 深灰 —灰黑色，薄 中厚層狀，均勻?qū)永砗托⌒徒诲e層理。傾向 NW80176。 SE41176。布置，距頂、底板分別為 100mm、 200mm，排距為 800m。 金屬網(wǎng)片采用 10鉛絲加工編制的經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)孔為 5050 mm， 見圖 。 因此，柔模混凝土巷旁支護的厚度確定為 ，高度為 ，設(shè)計混凝土的強度等級為 C30。 柔模工操作規(guī)程 （ 1）掛設(shè)柔性模板時，先要將柔模掛設(shè)位置處散落矸石等雜物清理干凈，柔?；炷烈湓趯嵉咨?；對于虛底要進行加固處理。 （ 3）泵送混凝土時混凝土泵的支腿應(yīng)完全伸出，并插好安全銷。 （ 15）泵送完畢時應(yīng)將混凝土泵和輸送管清洗干凈。 （ 3） 接近排水設(shè)施和安全可靠的供水、供電設(shè)備。2003500mm 固定柔模外邊緣， 木 點柱中對中排距為 500mm。 （ 3） “三大保護 ”必須有專人管理，并定期檢查；根據(jù)負荷變化及時改變流值、整定值；非專業(yè)人員不得調(diào)整變動，檢 查調(diào)整好以后做好記錄。 礦壓監(jiān)測的目的和意義 沿空留巷礦壓監(jiān)測的目的就是揭示并且總結(jié)回采巷道和沿空巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，一旦發(fā)現(xiàn)異常，可及時采取措施，保證安全生產(chǎn)；同時，通過礦壓監(jiān)測， 獲得圍巖穩(wěn)定狀態(tài)信息，為優(yōu)化沿空留巷設(shè)計提供科學依據(jù)。 （ 4）泵注結(jié)束時，全孔必須及時用混凝土全部充滿填實。 （ 2）掛設(shè)柔模前首先將架立筋和錨栓分別穿入翼緣和預(yù)留孔內(nèi)，上緊錨栓托板和螺母，采用 10鐵絲將架立筋和柔模翼緣綁扎牢靠，綁扎扣距為 300mm。通過機械化上料系統(tǒng)將混凝土干料運輸?shù)交炷林苽錂C中，在制備機中加水攪拌。 高河礦 E1302 綜放工作面柔模支護沿空留巷 Y 型通風研究方案 23 （ 10）泵送混凝土時水箱或活塞清洗室中應(yīng)經(jīng)常保持充 滿水。這樣一方面可以確保柔?；炷脸浞纸禹?，另一方面有助于柔?；炷翂w早期強度（ 1~7d 強度）的發(fā)展。 柔性模板長度一般為 3m。； H—冒落高度，根據(jù)地質(zhì)條件，取 14m。 高河礦 E1302 綜放工作面柔模支護沿空留巷 Y 型通風研究方案 16 超前 隔離支護設(shè)計 由于工作面回采后 頂煤和 直接頂隨采隨冒，導致垮落矸 石可能沖入待澆筑空間，給施工人員帶來一定的安全風險。 錨固方式：樹脂加長錨固，采用一支 K2335 和一支 Z2360 型樹 脂藥卷錨固。 NW80176。傾角 36176。 推進長度 （ m） 一切： 二切： 544 傾斜長 （ m） 230 面積 （ m2） 一切： 二切： 125120 煤層情況 煤層總厚（ m） — 煤層結(jié)構(gòu)（ m） 煤層傾角 （度） 3—15 （ ） 8 可采指數(shù) 變異系數(shù)（ %） 穩(wěn)定程度 穩(wěn)定 賦存于二疊系下統(tǒng)山西組（ P1s） ， 為陸相湖泊型沉積， 黑色，塊狀，以亮煤為主，暗煤次之，光亮型煤，參差狀斷口，似金屬光澤 ，全煤間夾有 1層炭質(zhì)泥巖夾矸，厚度 ～，煤層埋深 ~，距 9煤層 。據(jù)報導，至 1993 年，俄羅斯無煤柱開采產(chǎn)量占煤炭總產(chǎn)量的 80%，不同礦區(qū)變動在 60%～ 90%之間，在各種無煤柱護巷方式中，應(yīng)用最廣的是沿空留巷，占 65%。 英國人 Smart 提出了較有影響的頂板巖梁傾斜理論，該理論首次提出了巷旁支護可以控制老頂?shù)奈粦B(tài)。上述論斷對我國后來的沿空留巷支護設(shè)計起到了指導性作用。 （ 4）改善礦井生產(chǎn)技術(shù)條件，變跳采為連續(xù)開采，有利于生產(chǎn)的集中化。柔模支護完全開采的本質(zhì)就是以柔模支護技術(shù)為手段，把地下有限的煤炭資源全部開采出來，更好地造福子孫后代。 《國家煤炭科技“十二五”規(guī)劃》明確提出，十二五的主要任務(wù)之一就是研究沿空留巷支護材料、支護設(shè)備、巷旁充填材料及設(shè)備，潞安礦區(qū)深受瓦斯和和低回收率問題困擾，采用先進的柔模泵注混凝土沿空留巷技術(shù)，實現(xiàn)工作面 Y型通風和無煤柱開采，從本質(zhì)上解決發(fā)展中存在的問題。 山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司是山西省煤炭企業(yè)中唯一一個高新技術(shù)企業(yè)，對高新技術(shù)的開發(fā)和推廣責無旁貸。 針對煤炭資源低回收率問題，在多年科學研究及工程實踐的基礎(chǔ)上，西安科技大學王曉利教授于 2021年正式提出了 “中國煤炭柔模支護完全開采 ”的理念和配套技術(shù)。回采工作面采用 Y型通風方式代替目前的雙 U型通風，解決了 U型通風工作面上隅角瓦斯積聚超限難題，實現(xiàn)了工作面回風流瓦斯?jié)舛冉抵?1%以下，為杜絕煤礦瓦斯爆炸事故創(chuàng)造了前提條件；回采巷道掘進率降低 75%，從 根源上降低了瓦斯爆炸事故的幾率。設(shè)計支護最大變形以后期為主。 蘇聯(lián)人胡托爾諾依將采場礦壓懸梁模型引入到沿空留巷的研究中，得到了計算巷旁支護切斷直接頂?shù)墓ぷ髯枇τ嬎闶健? 前蘇聯(lián)在現(xiàn)場對許多專門為沿空留巷設(shè)計的支架進行了試驗，并結(jié)合理論分析和實驗室研究進行了各種實測工作。 (見《 E1302工作面井下對照圖》 )。傾向 SE41176。 正 FE105 NE10176。 錨桿配件：采用高強錨桿螺母 M243,配合高強托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈 , 采用弧形高強度托盤 17017012mm。在沿空留巷過程中，根據(jù)留巷礦壓顯現(xiàn)，適時對頂板采取注漿加固處理，提高頂板的強度和剛度，確保留巷圍巖穩(wěn)定。； ?—煤層傾角，為 8176。 瓦斯抽放管 10000mm補強錨索,排距1600mm,間距1200/1900mm用W鋼帶組合支護，W鋼帶長3500mm金屬網(wǎng)片錨栓 圖 滯后工作面瓦斯 放 示意 圖 柔性模板設(shè)計 柔性模板規(guī)格 柔性模板上設(shè)有加筋繩、厚度控制拉筋、錨栓預(yù)留孔、灌注口和翼緣。 （ 7）當柔?；炷脸浞纸禹敃r，利用柔模透水不透漿的特性，在泵壓作用下柔模內(nèi)的水分開始不斷外流，這時暫停 3 分鐘，待柔?；炷羶?nèi)的水分停止外滲后，再泵注至飽滿，這樣反復(fù) 3～ 5 次為止。 （ 9）泵送混凝土時如輸送管內(nèi)吸入了空氣應(yīng)立即反泵吸出混凝土至料斗中重新攪拌排出空氣后再泵送。 地面柔?；炷粮苫炝蠑嚢枵镜闹饕δ苁菍⒒炷粮闪线M行精確配制、充分攪拌，然后通過運料車將混凝土干料運輸?shù)骄?下混凝土泵站。 柔模掛設(shè)措施 （ 1）掛設(shè)柔模前必須將待澆筑空間底板浮煤、浮矸清理掉，確保柔?；炷翂w坐落 在堅硬完整的實底上。 （ 3）泵注過程中，泵注壓力突然上升時，必須停止泵運轉(zhuǎn)，卸壓后方可進行處理。在實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用數(shù)學分析方法對各種位移和壓力顯現(xiàn)信息進行科學分析，從而總結(jié)沿空巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)高河礦 E1302 綜放工作面柔模支護沿空留巷 Y 型通風研究方案 30 律，預(yù)測預(yù)報沿空巷道礦壓顯現(xiàn)發(fā)展趨勢，用以解決現(xiàn)場實際問題。 （ 4）任何電器設(shè)備嚴禁帶電進行搬遷、檢修、拆裝等。木點柱靠采空區(qū)側(cè)采用金屬網(wǎng)片擋矸，金屬網(wǎng)片采用 10鉛絲加工編制的經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)孔為5050 mm。 （ 4） 與運料車及工人施工作業(yè)的相互干擾小。 （ 16）排除堵塞重新泵送或清洗混凝土泵時，布料設(shè)備的出口應(yīng)朝安全方向，以防堵塞物或廢漿高速飛出傷人。將泵固定牢靠，防止泵注過程中擺動。 （ 2）柔模泵注混凝土澆筑前，生產(chǎn)班支護工必須完成待澆筑空間支護。 為了控制