【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 然上一個(gè)臺(tái)階。 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(kāi)采條件； ? 可靠性高。 缺點(diǎn)： ? 不適應(yīng)高瓦斯易燃煤層； ? 不適應(yīng)部分放頂煤開(kāi)采工作面； 錯(cuò)誤 !未指定書(shū)簽。 西安科技大學(xué)惠興田 第 15 頁(yè) 20201216 1－ 15 . 預(yù)支撐沿空隔離墻掘巷 這種預(yù)支撐沿空隔離墻掘巷的無(wú)煤柱開(kāi)采方式具有非常廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。采用這一技術(shù)方案選擇合適的掘巷時(shí)機(jī)幾乎可以應(yīng)用到所有煤層情況。 以上幾種無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)，才條件允許的情況下優(yōu)先選擇沿空留全巷。 優(yōu)點(diǎn)： ? 留巷隔離墻施工簡(jiǎn)單； ? 隔離墻能夠很好的控制頂板下沉，支護(hù)效果好； 缺點(diǎn) ： ? 需要 掘巷工程； . 錨筋?yuàn)A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。沿空掘巷應(yīng)該是越靠近采空區(qū)礦壓越小。為了達(dá)到煤柱回收和巷道維護(hù)的最佳效果，極限情況也就是可以采用小到一根錨桿長(zhǎng)度的煤柱。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。因此，新發(fā)明的技術(shù)專利方案是采用以原煤體為主體的復(fù)合錨筋混凝土結(jié)構(gòu)。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)度表面封閉性兩者的優(yōu)點(diǎn)，利用錨桿的錨固特性形成復(fù)合體的配筋。從理論上講，這種墻體雖然比普通鋼筋混 凝土強(qiáng)度低，但比普通煤柱體強(qiáng)度高出幾個(gè)等級(jí)。 錨筋?yuàn)A芯混凝土隔墻沿空掘巷無(wú)煤柱開(kāi)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)。這一技術(shù)是專門針對(duì)難以實(shí)施沿空留巷的松軟破碎頂板或高瓦斯煤層或是采高超過(guò) 4m 的綜采工作面實(shí)施無(wú)煤柱開(kāi)采而發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)。 該技術(shù)利用煤體的連續(xù)性形成沿空隔離墻主體，利用混凝土的高強(qiáng)度特征在煤體兩側(cè)使用錨桿的預(yù)應(yīng)力將混凝土和煤體錨固在一起形成一道以錨桿為筋肋的預(yù)應(yīng)力夾芯混凝土隔離墻。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。是非常廉價(jià)的優(yōu)秀發(fā)明專利。 錨筋?yuàn)A芯混凝土隔墻幾個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)： ? 嚴(yán)密的封閉特性是任何沿空巷道所無(wú)法比擬的。任何情況下不會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)； ? 復(fù)合墻體的綜合承載能力相當(dāng)于 鋼筋混凝土墻體強(qiáng)度。足夠的支撐能力控制沿空側(cè)頂板的動(dòng)態(tài)沉降確?；夭砂踩? ? 力學(xué)上充分利用地壓規(guī)律使巷道圍巖應(yīng)力處于合理降壓區(qū)域。減少巷道維護(hù)量； ? 施工方法簡(jiǎn)單可靠。無(wú)需專業(yè)施工機(jī)具。 缺點(diǎn)： 錯(cuò)誤 !未指定書(shū)簽。 西安科技大學(xué)惠興田 第 16 頁(yè) 20201216 1－ 16 ? 需要增加巷道加固費(fèi)用； ? 掘巷中線需要精確檢測(cè) 錯(cuò)誤 !未指定書(shū)簽。 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(kāi)采首先必須研究沿空巷道的礦壓特性。只有將沿空巷道的壓力 特征研究到一定的深度，才能比較好的創(chuàng)意沿空巷道方案和沿空巷道隔離結(jié)構(gòu)技術(shù)結(jié)構(gòu)。 . 沿空留巷國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外對(duì)沿空留巷的研究較有影響的理論是英國(guó)南威爾斯大學(xué)斯麥脫 (Smart)于 1982年提出的巖梁傾斜理論。該理論認(rèn)為巷旁支護(hù)對(duì)巷道基本頂起控制作用，主張用控制巷道煤柱側(cè)和巷旁支護(hù)側(cè)的頂板下沉量，即控制頂板傾斜度的方法作為設(shè)計(jì)巷旁支護(hù)工作阻力和可縮量的依據(jù)。 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)。 郭育光教授等研究認(rèn)為，巷旁支護(hù)應(yīng)具有早期強(qiáng)度高、增阻速度快的特點(diǎn)，應(yīng)緊隨工作面構(gòu)筑，及時(shí)支護(hù)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(hù)載荷，控制巷道變形。隨著工作面推進(jìn)，巷旁支護(hù)阻力應(yīng)達(dá)到切頂阻力，當(dāng)基本頂?shù)膹澗卦谙锱灾ёo(hù)邊緣附近達(dá)到極限時(shí)，切斷基本頂?？迓涞?巖石 由于破碎后體積增大，當(dāng)充滿采空區(qū)時(shí)，更上位巖層在煤體和 矸 石的支撐下，取得運(yùn)動(dòng)平衡，巷道圍巖變形趨向緩和。采高決定巷旁支護(hù)的切頂高度。巷旁支護(hù)阻力大小應(yīng)根據(jù)塊體不同時(shí)期的平衡條件推導(dǎo)出不同時(shí)期的 巷旁支護(hù)阻力的計(jì)算式。 李化敏教授分析了沿空留巷頂板巖層的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及其變形特征，明確了頂板巖層運(yùn)動(dòng)各階段巷旁充填體的作用，根據(jù)充填體與頂板相互作用原理，確定了各階段沿空留巷巷旁充填體支護(hù)阻力控制的設(shè)計(jì)原則，并建立了相應(yīng)的支護(hù)阻力及合理壓縮量的數(shù)學(xué)模型。 漆泰岳教授等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和理論分析，對(duì)不同圍巖條件下基本頂斷裂引起的整體澆注護(hù)巷帶的支護(hù)強(qiáng)度和變形能力進(jìn)行了深入研究，提出了使沿空留巷巷道保持穩(wěn)定的整體澆注護(hù)巷帶支護(hù)強(qiáng)度與變形的理論計(jì)算方法，進(jìn)而對(duì)沿空留巷整體澆注護(hù)巷帶的適應(yīng)性進(jìn)行了研究。 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。研究結(jié)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(dòng)規(guī)律，確定合理充填方式和充填體強(qiáng)度，既能保證充填體穩(wěn)定，又能達(dá)到很好的留巷效果。 朱川曲教授等根據(jù)綜放沿空留巷圍巖變形大、圍巖力學(xué)參數(shù)中有許多隨機(jī)變量的特征，闡述了其支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠 性分析的必要性 。應(yīng)用工程結(jié)構(gòu)可靠性理論，建立了綜放沿空留巷支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性分析模型，得到了支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算公式。研究認(rèn)為，通過(guò)合理 錯(cuò)誤 !未指定書(shū)簽。 西安科技大學(xué)惠興田 第 18 頁(yè) 20201216 1－ 18 選擇錨桿類型、加大錨桿支護(hù)密度、改善錨固體及充填材料力學(xué)性能等措施，可達(dá)到提高綜放沿空留巷支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性的目的。 華心祝教授從如何提高頂板巖層的自我承載能力入手，提出了一種主動(dòng)的巷旁加強(qiáng)支護(hù)方式一巷旁錨索加強(qiáng)支護(hù)，建立了考慮巷幫煤體承載作用和巷旁錨索加強(qiáng)作用的沿空留巷力學(xué)模型，并分析了巷內(nèi)錨桿支護(hù)和巷旁錨索加強(qiáng)支護(hù)的作用機(jī)理。利用理論分析所得結(jié)論，進(jìn)行了工程實(shí)踐，其研究成果為較 大采高工作面沿空留巷技術(shù)提供了理論依據(jù)和借鑒經(jīng)驗(yàn)。 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(kāi)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?？偨Y(jié)出沿空巷道的圍巖穩(wěn)定機(jī)理并提出沿空巷道支護(hù)原理。指出治標(biāo)治本的雙重支護(hù)如下兩點(diǎn)核心： 巷道的巷幫和頂部的加固可以避免頂部微觀離層，使穩(wěn)定拱線向采空區(qū)方向移動(dòng) 隔離墻的高強(qiáng)度和及時(shí)性可以防止頂板宏觀離層，使得巷道形成新的自穩(wěn)隱形拱 在過(guò)去的十?dāng)?shù)年間，惠興田科研團(tuán)隊(duì)解決了 60 多例煤礦支護(hù)問(wèn)題。精通煤礦順槽支護(hù)技術(shù)。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)。研究集中在隔離結(jié)構(gòu)的及時(shí)和高強(qiáng)兩方面兼顧上下功夫。在此基礎(chǔ)上研究并發(fā)明了封閉模鑄砌體結(jié)構(gòu)技術(shù)。這種隔墻技術(shù)由于采用預(yù)制混凝土技術(shù)作為隔墻高強(qiáng)內(nèi)核使得隔離墻具有早期高強(qiáng)度，以注漿技術(shù)的密閉和充填性作為支護(hù)的及時(shí)性可以保證砌體墻體既有嚴(yán)密的封閉性又能夠及時(shí)貼頂支護(hù)。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。而且成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般泵送混凝土的成本。 歸結(jié)起來(lái) ，我國(guó)通過(guò)理論研究、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室研究，在沿空留巷的圍巖應(yīng)力狀態(tài)、沿空留巷的礦壓顯現(xiàn) 規(guī)律及 “ 支架一圍巖 ” 相互作用關(guān)系等方面進(jìn)行了一系列的基礎(chǔ)研究工作，取得的主要進(jìn)展有 ： (1)研究了與采空區(qū)相鄰煤體的內(nèi)應(yīng)力分布。從理論上研究了與采空區(qū)相鄰煤體內(nèi)的應(yīng)力分布規(guī)律，分析了支承壓力的各種影響因素，通過(guò)力學(xué)模型得出了求解煤體內(nèi)彈性區(qū)應(yīng)力、塑性區(qū)應(yīng)力、塑性區(qū)寬度及支承壓力影響范圍等的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 (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。 70 年代末期以來(lái)，我國(guó)部分科研單位通過(guò)數(shù)值分析、實(shí)驗(yàn)研究和不同礦區(qū)的三、四十個(gè)礦井進(jìn)行的井下實(shí)測(cè)，查明了不同礦井中沿傾斜方向巷旁煤體邊緣卸載帶寬度、 側(cè)向支承壓力峰值的應(yīng)力集中系數(shù)和峰值離巷道的距離以及側(cè)向支承壓力影響的總范圍。這四個(gè)參數(shù)的變動(dòng)范圍相應(yīng)地為 1～ 3m、 ～ 和 8～ 20m 以及 30～ 50m。 (3)開(kāi)展了對(duì)沿空留巷全過(guò)程的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究。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。大量研究資料證實(shí)，一次采動(dòng)對(duì)沿空留巷的影響是最嚴(yán)重的，尤其是工作面后方 5～ 40m 范圍內(nèi) 形成的頂?shù)装逡平靠烧既^(guò)程移近量的 60～ 錯(cuò)誤 !未指定書(shū)簽。 西安科技大學(xué)惠興田 第 19 頁(yè) 20201216 1－ 19 70%，通過(guò)研究還提出了預(yù)計(jì)沿空留巷一次采動(dòng)引起的頂?shù)装逡平考傲粝锶^(guò)程的移近量等。 (4)進(jìn)行了沿空留巷 “ 支架一圍巖 ” 相互作用關(guān)系研究。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。 . 沿空礦壓特點(diǎn) 傳統(tǒng) 的礦壓概念參見(jiàn) 圖 。實(shí)際上礦壓的演化在采空區(qū)側(cè)煤體內(nèi)是一個(gè)隨時(shí)間和距離變化的函數(shù)。 作為 沿空巷道，僅憑 圖中解釋是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。沿空巷道是處在采面后側(cè)。位于采礦區(qū)后側(cè)的煤體內(nèi)礦壓是空間和時(shí)間的函數(shù)。 上圖的空間理解是無(wú)法完全揭示沿空巷道礦壓特征的。 從 縱向空間的觀察來(lái)看，工作面后側(cè)煤體順沿空巷道向后煤體中礦壓的變化是距離的函數(shù)。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。 從橫向觀察來(lái)看 ，采空區(qū)外側(cè)煤體礦壓分布是圖 32 采空區(qū)外側(cè)煤體內(nèi)礦壓表現(xiàn)。 以 時(shí)間的觀點(diǎn)來(lái)看，煤體中的每一點(diǎn)要經(jīng)受超前壓力、采動(dòng)礦壓和采面過(guò)后又一次老空垮落礦壓。 礦壓函數(shù)變量不僅是空間，而且還有時(shí)間變量。 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(shū)簽。 西安科技大學(xué)惠興田 第 20 頁(yè) 20201216 1－ 20 . 沿空巷道礦壓分析 作為 沿空留巷的最為關(guān)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(hù)形式和支護(hù)強(qiáng)度。研究留巷頂板的礦壓特征以確定合理的順槽初期支護(hù)方案和支護(hù)參數(shù)。 沿 空巷道頂部要經(jīng)受礦壓分布，掘進(jìn)動(dòng)壓，回采超前動(dòng)壓外 ，更嚴(yán)重的是要經(jīng)受回采后側(cè)礦壓的又一次劇變動(dòng)壓后保持穩(wěn)定性。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。 . 沿空巷道頂部礦壓特征 沿 空隔離墻體上部頂板礦壓力學(xué)表現(xiàn)是我們?cè)O(shè)計(jì)隔離墻的基礎(chǔ)。 . 采場(chǎng)老空垮落規(guī)律 另一方面， 圖 34 采空上空垮落規(guī)律 可以看出，老空上部垮落是以大約 45o 斜上冒落。也就是說(shuō)留巷側(cè)采空區(qū)上空破裂線一般不會(huì)進(jìn)入到巷道頂板內(nèi)。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 34 采空上空垮落規(guī)律 圖 33 沿空側(cè)煤體在采面剛過(guò)后的礦壓表現(xiàn) 錯(cuò)誤 !未指定書(shū)簽。 西安科技大學(xué)惠興田 第 21 頁(yè) 20201216 1－ 21 . 頂板宏觀表現(xiàn) 煤層 開(kāi)采后采空頂板的活動(dòng)跟支護(hù)狀況有關(guān)。 見(jiàn)圖。 這一過(guò)程決定于支護(hù)方式和支護(hù)強(qiáng)度。 由于 沿空巷道一般要經(jīng)過(guò) 4 次礦壓顯現(xiàn)。沿空巷道的圍巖變化是非常復(fù)雜的。頂板離層和老頂折斷理論可以方便的說(shuō)明沿空巷道后支撐墻體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響。 . 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(shū)簽。 西安科技大學(xué)惠興田 第 22 頁(yè) 20201216 1－ 22 . 頂板力學(xué)表現(xiàn) 靜 力平衡過(guò)程 ： 在 掘進(jìn)過(guò)程中，剛暴露的