【正文】 柔?；炷翂w的變形破壞特點試驗及現(xiàn)場觀測都證明柔?；炷翂w的變形破壞是一個復(fù)雜而漸進的過程，C30柔?；炷翂w全應(yīng)力—應(yīng)變曲線如圖 所示。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32②寬高比的影響 柔模混凝土墻體自身形狀及寬高比對其應(yīng)力分布及其強度也有不可忽視的影響。39。柔模混凝土墻體所受殘余壓力的大小，可按直接頂巖層的重量考慮。②柔?；炷翂w雖已出現(xiàn)破壞部分，但柔?；炷翂w壓力迅速降低(圖中線②)，則柔?；炷翂w屈服后仍可依靠殘余強度承受殘余支承壓力，柔?；炷翂w可繼續(xù)保持自身的穩(wěn)定。這是因為在實際開采中，隨著回采工作面的臨近和遠離，柔模混凝土墻體上的支承壓力迅速增大而又迅速減弱，然后穩(wěn)定在較小的壓力水平上。柔?；炷翂w破壞機理與巖石單軸壓縮試驗類似。②錨桿（索）設(shè)計在圍巖地質(zhì)力學(xué)評估的基礎(chǔ)上，依據(jù)“組合剛性頂板”理論，進行巷內(nèi)支護設(shè)計。被動支護不具有這種能力，只能通過高強度、高剛度和高預(yù)應(yīng)力的錨桿（索）主動支護來實現(xiàn)。破裂區(qū)范圍越大，彈塑性變形引起的巷道收斂相對越小，破裂膨脹變形引起的巷道收斂越大。巷道變形量與彈性模量成反比。1C)(11kc????可見，巷道變形量（ ）與圍巖破裂區(qū)厚度 的 次方成正比，而與圍巖塑性區(qū)u2bL1n大小無關(guān)。r從而計算出巷道彈性區(qū)的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力，塑性區(qū)和破裂區(qū)的圍巖應(yīng)力及應(yīng)變。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24除了上述因素以外，巷道掘進斷面大小對巷道圍巖破裂范圍也有直接影響。6) 開采的影響設(shè)原巖應(yīng)力為 ，開采引起的應(yīng)力集中系數(shù)為 ，將 取代破裂區(qū)半徑公式H? KH?中的 ，即可繪出破裂區(qū)厚度與應(yīng)力集中系數(shù)的關(guān)系曲線。因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23為：(1) 現(xiàn)有的支護 (架)還沒有控制巷道圍巖使之不破裂的能力；(2) 支護不及時，不可能在圍巖破裂前實施文護措施；(3) 支架架設(shè)時與圍巖不能密切接觸，只有在圍巖產(chǎn)生較大變形并作用于支架時支護才能反作用于巷道圍巖，而此時圍巖已經(jīng)破裂。 根據(jù) I．W ．Farmer 的研究，巖石的單向抗壓殘余強度通常很低，有的接近于零甚至等于零，而巖體的單向抗壓殘余強度將更低。k?當(dāng)其它條件一定時，巖石的應(yīng)變軟化程度越大即 越大．巷道圍巖破裂區(qū)厚度越大，反之，則越小。4) 應(yīng)變軟化程度的影響應(yīng)變軟化系數(shù)是描述巖石破裂(應(yīng)力超過強度極限)后強度隨應(yīng)變增大衰減幅度大小的參數(shù)。而對于強度較高的巖石，即使達到較大的開采深度，巷道維護也不困難。分析表明，與巖體極限強度相比，殘余強度對巷道圍巖破裂區(qū)厚度的影響更為突出。k ip0r1) 開采深度的影響巷道所處應(yīng)力場是影響巷道圍巖破裂范圍的主要因素之一。其中，在采動影響階段，在回采引起的超前移動支承壓力作用下，巷道圍巖應(yīng)力重新分布，塑性區(qū)顯著增大，圍巖變形急劇增長。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20巷道圍巖變形引起圍巖變形，表示巷道變形量的主要參數(shù)包括頂板下沉量、底板鼓起量、巷幫移近量、深部圍巖移近量以及巷道剩余斷面積等。巷道圍巖狀態(tài)參數(shù)變化是圍巖應(yīng)力和圍巖強度共同作用的結(jié)果，是二者的綜合反映。（2）在軟頂軟底條件下，巷旁支護剛度增加一倍，巷旁支護承載的擠壓變形壓力約增加 倍；在硬頂軟底或軟頂硬底條件下，巷旁支護剛度增加一倍，巷旁支護承載的擠壓變形壓力約增加 倍；在硬頂硬底條件下，巷旁支護剛度增加一倍，巷旁支護承載的擠壓變形壓力約增加 倍。p 和 Kp 分別為兩種不同巷旁支護材料的剛度，且 K39。巷旁支護的變形量既與三角形懸板 B 回轉(zhuǎn)形成的變形量有關(guān)，更主要取決于“直接頂巷旁支護底板”支圍系統(tǒng)剛度。 頂?shù)装鍎偠葘ο到y(tǒng)剛度的影響令 ， ，則沿空留巷支圍系統(tǒng)剛度為：prmK?pfn （）pKmn??由于柔模混凝土巷旁支護強度高（單軸抗壓強度 20~50MPa） ，剛度大（峰值應(yīng)變?yōu)?2103） ，因此當(dāng) n=4 時，可認為底板剛度較大，為實底；當(dāng) n= 時，認為底板剛度較小，為軟底。（3）底板剛度分析與采場底板不同，沿空留巷底板揭露時間長，裂隙發(fā)育，加之長期通風(fēng)、排水和流變等因素作用，圍巖性能進一步劣化。單軸載荷作用下沿空留巷直接頂?shù)膭偠葹椋? （）???????? hbEsllEslQKpzrzrzrrRr )(??由上式可知，沿空留巷直接頂?shù)膭偠扰c其整體強度和控頂距（巷道寬度和巷旁支護寬度之和）之積成正比，與直接頂厚度厚度成反比。hbL煤 幫 Kpfr直 接 頂 采 空 區(qū) SL圖 沿空留巷支圍系統(tǒng)剛度結(jié)構(gòu)模型工作面老頂斷裂后，沿空留巷三角形懸板 B 可能形成的回轉(zhuǎn)角度 ，反映了沿空?留巷頂板圍巖活動的劇烈程度，其影響因素有：直接頂剛度，巷旁支護剛度， “關(guān)鍵塊”的長度 L，直接頂厚度 及其殘余碎脹系數(shù) 和采高 M，不考慮巷旁支護的作用，?h0k則 （）??Lkh1sin0????b 代表留巷寬度，b p 代表巷旁支護寬度，l 代表沿空留巷的控頂距（留巷寬度 +巷旁支護寬度） ，則三角形懸板 B 回轉(zhuǎn)對沿空留巷形成的變形量為： （）????????? 1)(sin0khMLblSpL?此處主要討論“直接頂巷旁支護底板”支圍系統(tǒng)各部分剛度對三角形懸板 B 回轉(zhuǎn)下沉形成的采動壓力和巷旁支護變形量的影響。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14巖 體 ABC166。理論和實測留巷礦壓表明 [37]，老頂對巷旁支護作用力最大的位置為圖 中虛線位置處的截面，取該截面單位寬度建立柔?；炷裂乜樟粝飮鷰r結(jié)構(gòu)模型。 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。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。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。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，鑒定委員會一致認為柔模混凝土技術(shù)在中厚煤層沿空留巷方面屬國際領(lǐng)先水平。2022 年，柔?；炷料锏乐ёo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。（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。20世紀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、工作面推進加快、巷道頂?shù)滓平吭龃?，我國煤礦工作者在引進、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]。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。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1000元，在我國不具有推廣價值。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。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。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?。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。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。248。163。182。227。187。164。227。187。采空區(qū)內(nèi)的熱量通過沿空巷道直接進入專用回風(fēng)巷；機電設(shè)備和機械等產(chǎn)生的熱量，通過進風(fēng)流帶入沿空巷道進入到專用回風(fēng)巷；兩巷進風(fēng)，工作面人員全部位于進風(fēng)流，作業(yè)環(huán)境改善。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]。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。本課題屬“中國煤炭柔模支護完全開采技術(shù)”的1個子課題。資源開發(fā)和利用方式難以支撐經(jīng)濟社會長遠發(fā)展。平均而言，我國的煤炭資源回收率只有30%，不到國際先進水平的一半。經(jīng)過幾十年的不懈努力，我國煤礦每年發(fā)生災(zāi)害的次數(shù)及因災(zāi)死亡人數(shù)都在不斷下降，但每年發(fā)生的礦井災(zāi)害仍然不斷。由此可知，煤炭工業(yè)是關(guān)系國家經(jīng)濟命脈和能源安全的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。 研究背景（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 [1]：我國是世界第一產(chǎn)煤大國，煤炭產(chǎn)量占世界煤炭年產(chǎn)量的 46%；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(dāng)長時期內(nèi)，煤炭作為主體能源的地位不會改變。1989~2022 年我國煤炭在能源生產(chǎn)和消費中的比重分別見圖 和 。 （2）煤礦安全生產(chǎn)的需要我國煤炭資源總量 萬億 t，其中埋深在 1000 米以下的為 萬億 t，占煤炭資源總量的 53%，而深部開采又是我國煤礦安全事故的重災(zāi)區(qū)。2022 年我國煤炭總產(chǎn)量 億噸，百萬噸死亡率仍高達 [3]，是美國的 10 倍，安全生產(chǎn)形勢嚴峻。據(jù)《2022中國能源發(fā)展報告藍皮書》數(shù)據(jù) [4]，我國在1980~2022年的 20年間，煤炭資源就浪費了280億噸，這20年間浪費的煤炭資源可以保證我國2022~2022 年間全國的煤炭供應(yīng)。 針對煤炭資源低回收率問題，在多年科學(xué)研究及工程實踐的基礎(chǔ)上，西安科技大學(xué)王曉利教授 [5]于2022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)。 煤 炭 開 采巷 道 支 護 采 煤柔 模 混 凝 土 條帶 錨 碹 支 護 柔 模 混 凝 土 連續(xù) 錨 碹 支 護 柔 模 混 凝 土 無煤 柱 開 采 三 下 一 上 柔 模充 填 開 采 廢 棄 老 井 復(fù) 采柔 模 混 凝 土沿 空 留 巷 柔 模 混 凝 土沿 空 掘 巷 綜 采 充 填 巷 采 充 填柔 模 支 護 完 全 開 采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4以上三個方面問題嚴重制約著我國煤炭工業(yè)的進一步發(fā)展，只有通過技術(shù)攻關(guān)，突破制約才能獲得發(fā)展空間。 研究意義柔模混凝土沿空留巷的技術(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。（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]。（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。179。177。178。179。1?3200。209。187。211。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。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。英國人 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)。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” ，認為沿空留巷支護載荷只與短支承邊界的載荷有關(guān)。 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]。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。（2）國內(nèi)沿空留巷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀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，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。90年代末，我國在潞安礦務(wù)局常村煤礦的綜放工作面進行了沿空留巷工業(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)，成功地進行了綜放大斷面沿空留巷試驗。2