【文章內(nèi)容簡介】 均月進(jìn)尺80~120m，礦井采掘接續(xù)緊張；高瓦斯工作面回采時，上隅角瓦斯超限頻繁，礦井安全生產(chǎn)難以保證；大煤柱護巷，煤炭資源回收率低，礦井可采儲量損失嚴(yán)重。上述問題制約著薛湖煤礦的科學(xué)發(fā)展，只有采用沿空留巷無煤柱開采技術(shù)，才能從本質(zhì)上解決生產(chǎn)中遇到的難題，實現(xiàn)煤炭資源的科學(xué)開采。 研究意義柔?；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(jìn)率，緩解礦井采掘矛盾。（2）取消護巷煤柱，提高煤炭資源回收率，延長礦井服務(wù)年限。（3）改善礦井安全生產(chǎn)條件。沿空留巷Y型通風(fēng)方式解決了 U型通風(fēng)工作面上隅角瓦斯積聚超限難題，實現(xiàn)了工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冉抵?%以下，為杜絕煤礦瓦斯爆炸事故創(chuàng)造了前提條件 [6]；留巷作為專用排水巷或在留巷內(nèi)建設(shè)水倉 [7]，將采空區(qū)的積水有序疏排到留巷內(nèi)，可預(yù)防工作面透水事故；由于沿空留巷無煤柱開采大量減少了采空區(qū)遺煤，故在很大程度上消除了礦井自然發(fā)火的根源和幾率 [8]。（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 [9]。（5）實現(xiàn)無煤柱開采，沒有煤柱影響區(qū)的應(yīng)力集中，煤與瓦斯突出危險威脅消除，被保護層巷道維護容易 [10]。薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告5（6）Y型通風(fēng)條件下采煤工作面可以降溫3～5℃，有效解決深井開采的熱害問題。采空區(qū)內(nèi)的熱量通過沿空巷道直接進(jìn)入專用回風(fēng)巷；機電設(shè)備和機械等產(chǎn)生的熱量，通過進(jìn)風(fēng)流帶入沿空巷道進(jìn)入到專用回風(fēng)巷；兩巷進(jìn)風(fēng)，工作面人員全部位于進(jìn)風(fēng)流，作業(yè)環(huán)境改善。（7）留巷埋管瓦斯抽放代替了鉆孔卸壓抽放和頂?shù)装宓母?、低抽放巖巷 [11]，少打鉆和少掘巖巷效益顯著。（8）留巷埋管抽放的高濃度卸壓瓦斯可以直接在地面用來燃燒、發(fā)電等，降低空氣中的有害氣體濃度，實現(xiàn)了節(jié)能減排。 205。187。179。246。178。227。177。163。187。164。178。227。205。187。179。246。178。227。1?3200。171。208。182。209。185。177。163。187。164。199。248。211。242。3?4 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(xué)陸士良 [12]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，這一論斷揭示了沿空留巷大變形的本質(zhì)，給出了沿空留巷力學(xué)模型的邊界條件。煤炭科學(xué)研究總院朱德仁 [13]提出了長壁工作面端頭頂板可能形成“三角形懸板”的觀點。建立的采場頂板結(jié)構(gòu)力學(xué)模型為研究沿空留巷礦壓規(guī)律提供了研究思路。薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告6安徽理工大學(xué)何廷峻 [14]根據(jù)MARCUS板的簡化計算法，把“三角形懸板”看成由若干偽傾斜條梁組成的板，利用該模型預(yù)測了“三角形懸板”在沿空留巷中破斷的位置和時間。該研究成果為定量確定滯后工作面臨時加強支護的范圍和時間提供了依據(jù)。中國礦業(yè)大學(xué)漆泰岳 [15]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。中國礦業(yè)大學(xué)闞甲廣 [16]根據(jù)直接頂厚度和采高的比值，將工程實踐中接觸到的幾種典型頂板條件分為厚層直接頂、薄層直接頂和無直接頂 3 種類型。并采用理論分析、三維數(shù)值模擬計算、物理模擬實驗和工業(yè)性試驗相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究了三種典型頂板條件下的巷旁充填體支護阻力、頂板垮落規(guī)律與變形特征和圍巖應(yīng)力演化規(guī)律，提出沿空留巷“三位一體”圍巖強化控制技術(shù)。 沿空留巷巷旁支護研究現(xiàn)狀英國人 Whittaker[17]將采場礦壓研究的 Wilson 模型加以發(fā)展，利用巖體結(jié)構(gòu)靜力關(guān)系導(dǎo)出了分離巖塊力學(xué)模型。蘇聯(lián)人胡托爾諾依 [18]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Ｓ?Smart[19]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)。其基本思想是通過巷旁支護限制巷道煤體一側(cè)到采空區(qū)邊緣之間的頂板下沉量，指出頂板傾斜角和轉(zhuǎn)動支點位置是巷旁支護設(shè)計的兩個重要參數(shù)。中國礦業(yè)大學(xué)吳健 [20]借鑒采場支架與圍巖相互作用的研究成果，提出了沿空留巷薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告7支護系統(tǒng)最終承受的是冒落帶巖塊的靜壓以及巷道變形大小由裂隙帶活動和穩(wěn)定過程決定的觀點。據(jù)此，討論了沿空留巷的力學(xué)模型、巷旁支護載荷的計算及支架可縮量的設(shè)計。中國礦業(yè)大學(xué)孫恒虎 [21]根據(jù)煤層頂板特征和彈塑性力學(xué)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(rèn)為沿空留巷支護載荷只與短支承邊界的載荷有關(guān)。采用條帶載荷法和塑性極限分析法來確定沿空留巷巷旁支護阻力，同時還提出了巷旁支護體的后期阻力的計算方法。中國礦業(yè)大學(xué)周華強 [22]通過相似材料模擬試驗，明確指出巷旁支護能夠控制老頂沉降。進(jìn)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。 沿空留巷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀（1）國外沿空留巷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀世界上一些主要產(chǎn)煤國家都對沿空留巷進(jìn)行了大量研究，做工作得較多的是前蘇聯(lián)、德國、英國和波蘭等國家 [23]。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(jìn)行了試驗，并結(jié)合理論分析和實驗室研究進(jìn)行了各種實測工作。據(jù)報導(dǎo)，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%。德國巷旁支護采用石膏、飛灰加硅酸鹽水泥、矸石加膠結(jié)料等作為充填材料，巷內(nèi)采用重型U型鋼支架支護，成功地在該國1/2～2/3 的煤礦進(jìn)行了沿空留巷，但是德國的這種沿空留巷技術(shù)使得噸煤成本高達(dá)1000元，在我國不具有推廣價值。薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告8英國在1979年試驗成功了高水材料巷旁充填，隨后有了迅速的發(fā)展，高水材料充填己占全英巷旁充填的90%左右。我國在上個世紀(jì)80年代引進(jìn)該技術(shù)并在開灤、焦作等礦區(qū)試驗推廣。波蘭在前進(jìn)式或后退式采煤時都用單巷準(zhǔn)備，沿空留巷應(yīng)用于走向開采或傾斜開采根據(jù)條件而定。一般沿空留巷巷內(nèi)支護采用金屬可縮性支架，巷旁支護使用充填帶、矸石帶或混凝土墩柱等。（2）國內(nèi)沿空留巷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀20世紀(jì)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，如淄博、雞西、本溪、雙鴨山、棗莊、峰峰等礦區(qū)薄煤層中都有應(yīng)用。但由于矸石的可縮量大，不能與巷內(nèi)支架相匹配，使得巷內(nèi)支架變形嚴(yán)重，維護工作量大，并沒有形成完整和系統(tǒng)的無煤柱開采技術(shù)體系 [24]。20 世紀(jì) 60、70 年代在中厚煤層應(yīng)用密集支柱、木垛、砌塊等作為巷旁支護取得一定成效 [25]，但這些方法存在勞動強度大，施工速度慢，采空區(qū)漏風(fēng)等缺點，作為單一的巷旁支護形式已經(jīng)被淘汰，應(yīng)用較多的是與其他巷旁支護技術(shù)聯(lián)合支護，實現(xiàn)沿空留巷。20世紀(jì)80年代，我國煤礦大力推行綜合機械化采煤，隨著采高的不斷增大、工作面推進(jìn)加快、巷道頂?shù)滓平吭龃?，我國煤礦工作者在引進(jìn)、吸收國外的巷旁充填技術(shù)的同時，發(fā)展了ZKD高水巷旁充填技術(shù) [26]。90年代末，我國在潞安礦務(wù)局常村煤礦的綜放工作面進(jìn)行了沿空留巷工業(yè)性試驗研究 [27]，巷內(nèi)采用錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護，巷旁采用高水材料充填加空間錨栓加固技術(shù)，成功地進(jìn)行了綜放大斷面沿空留巷試驗。但高水充填材料固有的性能缺陷導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受到了很大的限制。進(jìn)入 21 世紀(jì)以后，煤炭行業(yè)一路走俏，促使一些單位重新將目光轉(zhuǎn)向了沿空留巷薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告9技術(shù)，鋼模板混凝土沿空留巷技術(shù)應(yīng)用而生，但是這種方法一般存在接頂不密實、適應(yīng)頂板條件差、墻體寬度大和留巷成本高等問題。（3）柔模混凝土沿空留巷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀2022 年，西安科技大學(xué)王曉利教授 [28]開發(fā)出柔性模板，利用其透水不透漿的特性快速提高混凝土的早期強度，利用其柔性自成形的特點簡化支模工藝。2022 年，西安科技大學(xué)王曉利教授科研團隊 [29,30]又相繼開發(fā)出柔模專用外加劑和自密實混凝土。2022 年，西安科技大學(xué)王曉利教授 [5]在實驗室進(jìn)行了大量科學(xué)試驗，并開發(fā)出柔?；炷裂乜樟粝锏膶Ｓ檬┕ぱb備——柔模混凝土制備輸送機組，為柔?；炷林ёo技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。2022 年，西安科技大學(xué)王曉利教授率先將柔模混凝土技術(shù)應(yīng)用于神華寧煤集團紅柳煤礦大斷面緩坡副斜井的井筒永久支護工程中，取得了成功。2022 年，柔模混凝土巷道支護技術(shù) [31]經(jīng)過寧夏回族自治區(qū)科技廳組織的科技成果鑒定，鑒定委員會一致認(rèn)為柔?；炷料锏乐ёo技術(shù)在改革創(chuàng)新方面屬國際領(lǐng)先水平。2022 年，西安科技大學(xué)王曉利教授又將柔?；炷林ёo技術(shù)應(yīng)用于冀中能源峰峰集團羊渠河煤礦的野青煤沿空留巷，并取得成功。2022 年，柔?；炷帘∶簩友乜樟粝镏ёo技術(shù) [32]經(jīng)過河北省科技廳組織的科技成果鑒定，鑒定委員會一致認(rèn)為柔?；炷良夹g(shù)在薄煤層沿空留巷方面屬國際領(lǐng)先水平。2022 年，西安科技大學(xué)王曉利教授又將柔?；炷林ёo技術(shù)應(yīng)用于冀中能源峰峰集團九龍煤礦中厚煤層沿空留巷，并取得成功。薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告102022 年，柔?；炷林泻衩簩友乜樟粝镏ёo技術(shù) [33]經(jīng)過中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的科技成果鑒定，鑒定委員會一致認(rèn)為柔?；炷良夹g(shù)在中厚煤層沿空留巷方面屬國際領(lǐng)先水平。截止目前，柔?；炷林ёo技術(shù)已經(jīng)在神華集團神東公司、神華寧煤集團、神華烏海能源公司、冀中能源峰峰集團、冀中能源邯鄲礦業(yè)集團、陜煤集團、山西潞安礦業(yè)集團、河南神火集團、貴州六枝工礦集團、山西金暉煤焦化工集團和山西宏源煤業(yè)集團等單位的 30 多個煤礦的薄煤層、中厚煤層和厚煤層沿空留巷工程中進(jìn)行了成功應(yīng)用。除此以外，柔模支護技術(shù)還在陜西中能煤田有限公司榆陽煤礦的充填開采和山西潞安礦業(yè)集團常村煤礦的沿空掘巷無煤柱開采中進(jìn)行了應(yīng)用，進(jìn)一步充實了柔模支護完全開采技術(shù)的內(nèi)涵。 沿空留巷存在的主要問題以往的沿空留巷圍巖規(guī)律多是建立在淺部薄和中厚煤層的基礎(chǔ)上，對深部厚煤層開采條件下的圍巖活動規(guī)律研究較少；未見圍巖與支護剛度匹配關(guān)系的系統(tǒng)研究；對深部厚煤層開采條件下的留巷支護和施工工藝研究較少；對 Y 型通風(fēng)和留巷埋管瓦斯抽放技術(shù)研究深度不夠。 研究內(nèi)容和技術(shù)路線沿空留巷應(yīng)同時滿足圍巖控制和保持井下良好的工作環(huán)境兩個方面的要求。從圍巖控制角度來講，留巷應(yīng)該不會出現(xiàn)冒頂或大變形事故，滿足正常的通風(fēng)、運輸?shù)纫蟆谋３志铝己玫墓ぷ鳝h(huán)境來說，應(yīng)使留巷與采空區(qū)之間有良好的密閉性能，使漏風(fēng)和遺煤的自燃降到最低。因此，針對沿空留巷中遇到的這兩大課題，結(jié)合目前沿空留巷研究中存在的問題，特完成了“薛湖煤礦深井厚煤層泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用研究” 。薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告11研究方法：采用理論研究與現(xiàn)場實踐相結(jié)合的方法。研究內(nèi)容與技術(shù)路線：見圖 。深 井 厚 煤 層 柔 模 混 凝 土 沿 空 留 巷 技 術(shù) 應(yīng) 用 研 究 主要研究內(nèi)容圍 巖 與 支 護 剛 度 匹 配 研 究深 井 厚 煤 層 沿 空 留 巷 支 護 設(shè) 計 與 研 究沿 空 留 巷 施 工 設(shè) 計 與 研 究Y型 通 風(fēng) 與 瓦 斯 防 治 技 術(shù) 研 究礦 壓 觀 測 設(shè) 計 與 結(jié) 果 分 析 研 究調(diào) 研 、 收 集 資 料理 論 分 析現(xiàn) 場 實 測主要研究方法深 井 厚 煤 層 柔 模 混 凝 土 沿 空 留 巷 設(shè) 計深 井 厚 煤 層 柔 模 混 凝 土 沿 空 留 巷 施 工深 井 厚 煤 層 柔 模 混 凝 土 沿 空 留 巷 優(yōu) 化圖 研究內(nèi)容與技術(shù)路線薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告122 柔?；炷裂乜樟粝飮鷰r活動規(guī)律與支護研究 圍巖活動規(guī)律 采場頂板運動規(guī)律沿空留巷位于采空區(qū)邊緣，留巷頂板的變形、破壞必然受到采空區(qū)上覆巖層移動總規(guī)律的制約，即自下而上形成垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，并且移動延續(xù)時間也包括開始移動、活躍移動和移動衰退等三個階段。采空區(qū)三帶三區(qū)分布特征見圖 。A煤壁支撐影響區(qū)；B離層區(qū)；C重新壓實區(qū)；I、II 和 III 分別代表垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶 圖 采空區(qū)三區(qū)三帶示意由于回采工作面超前支承壓力的作用，留巷頂板在煤壁前方已變形、破壞。當(dāng)回采工作面通過巷道中的某一斷面時，由于巷道一側(cè)失去煤幫的支撐，留巷上覆巖層劇烈運動，使該處頂板急劇下沉，并向采空區(qū)方向傾斜。當(dāng)垮落直接頂充滿采空區(qū)后，限制了老頂位態(tài)，裂隙帶巖層被支撐，留巷頂板變形開始緩和。當(dāng)采空區(qū)矸石被壓實后，留巷圍巖變形趨于穩(wěn)定。 沿空留巷圍巖活動規(guī)律留巷頂板活動規(guī)律必然要和采場覆巖破斷規(guī)律相結(jié)合，采空區(qū)側(cè)向頂板運動規(guī)律決定著沿空留巷圍巖的活動規(guī)律。工作面回采一定距離后，采空區(qū)老頂沿斷裂線形成薛湖煤礦深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷安全開采技術(shù)應(yīng)用研究技術(shù)研究報告13“OX”型破斷 [36]。由于老頂?shù)目估瓘姸?、載荷層厚度、老頂本身厚度和墊層（直接頂和煤層）等因素的影響，老頂一般在煤體