【文章內(nèi)容簡介】 然上一個臺階。 優(yōu)點： ? 留巷工藝簡單可靠； ? 可適應大多數(shù)地層和開采條件； ? 可靠性高。 缺點： ? 不適應高瓦斯易燃煤層； ? 不適應部分放頂煤開采工作面； 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 15 頁 20201216 1－ 15 . 預支撐沿空隔離墻掘巷 這種預支撐沿空隔離墻掘巷的無煤柱開采方式具有非常廣泛的應用基礎。采用這一技術方案選擇合適的掘巷時機幾乎可以應用到所有煤層情況。 以上幾種無煤柱開采技術，才條件允許的情況下優(yōu)先選擇沿空留全巷。 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。沿空掘巷應該是越靠近采空區(qū)礦壓越小。為了達到煤柱回收和巷道維護的最佳效果，極限情況也就是可以采用小到一根錨桿長度的煤柱。但僅有一根錨桿長度的煤體的承載能力可能會因為掘進過程等情況影響而不能達到要求。因此，新發(fā)明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(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了原煤體的連續(xù)性和混凝土的高強度表面封閉性兩者的優(yōu)點，利用錨桿的錨固特性形成復合體的配筋。從理論上講，這種墻體雖然比普通鋼筋混 凝土強度低，但比普通煤柱體強度高出幾個等級。 錨筋夾芯混凝土隔墻沿空掘巷無煤柱開采新技術是由西安科技大學惠興田教授 2020年發(fā)明的專利技術。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。 該技術利用煤體的連續(xù)性形成沿空隔離墻主體，利用混凝土的高強度特征在煤體兩側(cè)使用錨桿的預應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應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)性和混凝土的高強度表面封閉性，利用錨桿的錨固特性形成復合 體的配筋。是非常廉價的優(yōu)秀發(fā)明專利。 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。任何情況下不會導致采空區(qū)漏風； ? 復合墻體的綜合承載能力相當于 鋼筋混凝土墻體強度。足夠的支撐能力控制沿空側(cè)頂板的動態(tài)沉降確保回采安全； ? 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。減少巷道維護量； ? 施工方法簡單可靠。無需專業(yè)施工機具。 缺點： 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 16 頁 20201216 1－ 16 ? 需要增加巷道加固費用； ? 掘巷中線需要精確檢測 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 17 頁 20201216 1－ 17 3. 沿 空 巷道礦壓及支護原理 研究無煤柱開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)技術結(jié)構(gòu)。 . 沿空留巷國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外對沿空留巷的研究較有影響的理論是英國南威爾斯大學斯麥脫 (Smart)于 1982年提出的巖梁傾斜理論。該理論認為巷旁支護對巷道基本頂起控制作用，主張用控制巷道煤柱側(cè)和巷旁支護側(cè)的頂板下沉量，即控制頂板傾斜度的方法作為設計巷旁支護工作阻力和可縮量的依據(jù)。 國內(nèi)的專家學者 如 孫恒虎教授等根據(jù)煤層頂板特征和彈塑性力學的有關理論，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。 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(gòu)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。隨著工作面推進，巷旁支護阻力應達到切頂阻力，當基本頂?shù)膹澗卦谙锱灾ёo邊緣附近達到極限時，切斷基本頂?？迓涞?巖石 由于破碎后體積增大，當充滿采空區(qū)時，更上位巖層在煤體和 矸 石的支撐下，取得運動平衡，巷道圍巖變形趨向緩和。采高決定巷旁支護的切頂高度。巷旁支護阻力大小應根據(jù)塊體不同時期的平衡條件推導出不同時期的 巷旁支護阻力的計算式。 李化敏教授分析了沿空留巷頂板巖層的運動過程及其變形特征，明確了頂板巖層運動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阻力控制的設計原則，并建立了相應的支護阻力及合理壓縮量的數(shù)學模型。 漆泰岳教授等通過現(xiàn)場實測和理論分析，對不同圍巖條件下基本頂斷裂引起的整體澆注護巷帶的支護強度和變形能力進行了深入研究，提出了使沿空留巷巷道保持穩(wěn)定的整體澆注護巷帶支護強度與變形的理論計算方法，進而對沿空留巷整體澆注護巷帶的適應性進行了研究。 謝文兵博士等在工 程實踐基礎上，采用適于分析巖層斷裂和垮落的數(shù)值分析軟件UDEC，建立了相應的數(shù)值分析模型，詳細分析了綜放沿空留巷圍巖移動規(guī)律，系統(tǒng)分析了基本頂斷裂位置、端頭不放頂煤長度、原有巷道支護技術、充填體寬度、充填方式和充填體強度對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。 朱川曲教授等根據(jù)綜放沿空留巷圍巖變形大、圍巖力學參數(shù)中有許多隨機變量的特征，闡述了其支護結(jié)構(gòu)可靠 性分析的必要性 。應用工程結(jié)構(gòu)可靠性理論，建立了綜放沿空留巷支護結(jié)構(gòu)可靠性分析模型，得到了支護結(jié)構(gòu)可靠度的計算公式。研究認為，通過合理 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 18 頁 20201216 1－ 18 選擇錨桿類型、加大錨桿支護密度、改善錨固體及充填材料力學性能等措施，可達到提高綜放沿空留巷支護結(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，提出了一種主動的巷旁加強支護方式一巷旁錨索加強支護，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，并分析了巷內(nèi)錨桿支護和巷旁錨索加強支護的作用機理。利用理論分析所得結(jié)論，進行了工程實踐，其研究成果為較 大采高工作面沿空留巷技術提供了理論依據(jù)和借鑒經(jīng)驗。 在掌握了沿空留巷的內(nèi)在本質(zhì)的基礎上，西安科技大學惠興田教授分析近年沿空留巷研究成果并經(jīng)過開采邊緣自穩(wěn)試驗和自穩(wěn)拱線的加固平移試驗等基礎研究。總結(jié)出沿空巷道的圍巖穩(wěn)定機理并提出沿空巷道支護原理。指出治標治本的雙重支護如下兩點核心： 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 隔離墻的高強度和及時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 在過去的十數(shù)年間，惠興田科研團隊解決了 60 多例煤礦支護問題。精通煤礦順槽支護技術。在此 基礎上對順槽的全壽命沿空巷道研究也取得了可喜成績。研究集中在隔離結(jié)構(gòu)的及時和高強兩方面兼顧上下功夫。在此基礎上研究并發(fā)明了封閉模鑄砌體結(jié)構(gòu)技術。這種隔墻技術由于采用預制混凝土技術作為隔墻高強內(nèi)核使得隔離墻具有早期高強度，以注漿技術的密閉和充填性作為支護的及時性可以保證砌體墻體既有嚴密的封閉性又能夠及時貼頂支護。這種技術一次解決了現(xiàn)有混凝土隔墻技術無法解決的及時性和高強度問題。而且成本遠遠低于一般泵送混凝土的成本。 歸結(jié)起來 ，我國通過理論研究、現(xiàn)場觀測和實驗室研究，在沿空留巷的圍巖應力狀態(tài)、沿空留巷的礦壓顯現(xiàn) 規(guī)律及 “ 支架一圍巖 ” 相互作用關系等方面進行了一系列的基礎研究工作，取得的主要進展有 ： (1)研究了與采空區(qū)相鄰煤體的內(nèi)應力分布。從理論上研究了與采空區(qū)相鄰煤體內(nèi)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(nèi)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。 (2)研究了沿傾斜方向巷旁煤體內(nèi)不同應力帶的特征及分布規(guī)律。 70 年代末期以來，我國部分科研單位通過數(shù)值分析、實驗研究和不同礦區(qū)的三、四十個礦井進行的井下實測，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。這四個參數(shù)的變動范圍相應地為 1～ 3m、 ～ 和 8～ 20m 以及 30～ 50m。 (3)開展了對沿空留巷全過程的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究。通過大量井下觀測和實驗，研究了沿空留巷全過程所經(jīng)歷的五個不同礦壓顯現(xiàn)階段 (掘進影響、無采掘影響、一次采動影響、一次采動后穩(wěn)定及二次采動影響階段 )中的巷道圍巖移動和支架受載特點，查明了不同階段對無煤柱護巷的影響程度。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(nèi) 形成的頂?shù)装逡平靠烧既^程移近量的 60～ 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 19 頁 20201216 1－ 19 70%，通過研究還提出了預計沿空留巷一次采動引起的頂?shù)装逡平考傲粝锶^程的移近量等。 (4)進行了沿空留巷 “ 支架一圍巖 ” 相互作用關系研究。根據(jù)我國大量實測資料，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_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%； 3)沿空留巷頂板水平移動明顯 ； 4)沿空留巷巷內(nèi)支架受載并不是特別大，實測在 30～ 300kN 之間 ； 5)沿空留巷兩側(cè)頂壓不均衡，靠采空區(qū)側(cè)頂壓達靠煤體側(cè)的 ～ 倍。 . 沿空礦壓特點 傳統(tǒng) 的礦壓概念參見 圖 。實際上礦壓的演化在采空區(qū)側(cè)煤體內(nèi)是一個隨時間和距離變化的函數(shù)。 作為 沿空巷道，僅憑 圖中解釋是遠遠不夠的。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)礦壓是空間和時間的函數(shù)。 上圖的空間理解是無法完全揭示沿空巷道礦壓特征的。 從 縱向空間的觀察來看，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 時間的觀點來看，煤體中的每一點要經(jīng)受超前壓力、采動礦壓和采面過后又一次老空垮落礦壓。 礦壓函數(shù)變量不僅是空間，而且還有時間變量。 圖 31 采空區(qū)外側(cè)煤體內(nèi)礦壓表現(xiàn) 錯誤 !未指定書簽。 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。研究留巷頂板的礦壓特征以確定合理的順槽初期支護方案和支護參數(shù)。 沿 空巷道頂部要經(jīng)受礦壓分布，掘進動壓，回采超前動壓外 ，更嚴重的是要經(jīng)受回采后側(cè)礦壓的又一次劇變動壓后保持穩(wěn)定性。一般順槽在經(jīng)受回采動壓后就遭到嚴重破壞，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表現(xiàn)是我們設計隔離墻的基礎。 . 采場老空垮落規(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。也就是說留巷側(cè)采空區(qū)上空破裂線一般不會進入到巷道頂板內(nèi)。只要隔墻有足夠的強度，采空側(cè)頂板斷裂線就會遠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)煤體在采面剛過后的礦壓表現(xiàn) 錯誤 !未指定書簽。 西安科技大學惠興田 第 21 頁 20201216 1－ 21 . 頂板宏觀表現(xiàn) 煤層 開采后采空頂板的活動跟支護狀況有關。 見圖。 這一過程決定于支護方式和支護強度。 由于 沿空巷道一般要經(jīng)過 4 次礦壓顯現(xiàn)。沿空巷道的圍巖變化是非常復雜的。頂板離層和老頂折斷理論可以方便的說明沿空巷道后支撐墻體結(jié)構(gòu)和強度對巷道穩(wěn)定性的影響。 . 頂部微觀表現(xiàn) 掘進期間 穩(wěn)定平衡 微量離層 回采超前 動壓影響 掘進支護 圖 37 回采巷道生命周期 采面 采面 采面 圖 36 不同支撐強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)簡易支護能夠?qū)崿F(xiàn)？ 圖 35 采面過后支撐頂板會使頂板巖層折斷 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