無煤柱開采沿空留巷防止漏風(fēng)的安全技術(shù)措施

1、無煤柱開采沿空留巷防止漏風(fēng)的安全技術(shù)措施無煤柱開采技術(shù)已廣泛被應(yīng)用，它是一項提高回采、減少掘進工程量、保證接續(xù)、提高工效、降低成本的即安全又經(jīng)濟的有效開采工藝。但是通過回采實踐過程揭露一些不容忽視的問題，即，在有自燃傾向性煤層中采用該各開采工藝時，往往由于沿深留巷過程中漏風(fēng)問題解決不好，造成采空區(qū)，開切眼上。下順槽，最終停采線漏風(fēng)而自然發(fā)火，特別是在厚煤層中分層采和放頂煤開采時，采空區(qū)自然事故出現(xiàn)的幾率更高、更明顯。為減少漏風(fēng)穩(wěn)定系統(tǒng)、抑制自燃發(fā)火方面做如下幾方面的安全技術(shù)。一、水砂充填帶隔離采空區(qū)這種防火工藝就是在采煤過程中隨即將開切眼附近，采面后部的上下順或者左右上山依次充填，工作面回采完

2、后將停采線附近予以充填。如圖1所示，最后用一個充填將采區(qū)予以封閉，起著一種隔離煤柱的作用。充填帶的寬度開切眼和停采線處一般為10寬，上下順槽或上山則隨該井巷的寬度而定。開切眼和停采線處充填帶的充填工藝和正常開采時充填法相同，上下順槽或上山的充填工藝和一般巷道包幫灌漿充填相似。這種水砂充填方法工藝簡單，在有水砂充填的礦井無需增添設(shè)備，無水砂充填系統(tǒng)的礦井，只需添置砂漿泵和管材即可。二、可塑性膠泥堵漏風(fēng)如圖2。當兩個前進式工作面（綜采工作面）回采完成后，留出了兩條沿空巷道，第三個后退式回采工作面就自然地形成。為防止此兩條沿空巷風(fēng)流漏入采空區(qū)而引起煤的自然發(fā)火，應(yīng)采用一種半塑性不凝固的膠泥，將膠泥壓

3、入采區(qū)矸石堆的縫隙中，膠泥與矸石堆能很好膠結(jié)，形成了一片4米寬的矸石墻。這樣在沿空巷道采區(qū)的一側(cè)形成了一個不透氣的隔離帶，阻止了風(fēng)流漏入老空區(qū)。這種半塑性、不凝固膠泥與矸石膠結(jié)合當巷道動壓來臨時，隨著巷道變形而變形，不會形成新的裂隙而漏風(fēng)。三、噴涂塑料泡沫防止漏風(fēng)為防止巷道風(fēng)流漏入采空區(qū)引起自然發(fā)火普遍采用常溫凝固的塑料泡沫噴涂到密閉上、巷道壁上、形成厚度為2030厘米的閉孔泡沫塑料層。這種泡沫塑料一般都具有難燃、抗靜電、耐壓、不透氣的特性。以常溫固化尿醛樹脂為原料的防漏風(fēng)泡沫塑料噴涂技術(shù)。泡沫1型發(fā)泡裝置噴放泡沫。這種塑料泡沫對煤、巖石、木材、金屬體和其它材料都很好膠結(jié)，在出現(xiàn)礦山壓力時，此

4、時尿醛塑料泡沫可以縮其初始高度的7080，只有稍微漏氣。通過煤礦井下1200米的密封采空區(qū)的試驗、堵漏風(fēng)效果良好。泡沫1型塑料泡沫裝置，僅需2人操作，在6小時的小班內(nèi)可噴涂厚度為0.20.3泡沫層100m2。尿醛塑料泡沫密閉漏風(fēng)與負壓關(guān)系式為：q=ah，式中q塑料泡沫層漏風(fēng)量a和根據(jù)試驗數(shù)據(jù)用對比法求出的系數(shù)；h已密閉采空區(qū)負壓，mmh2o。圖3為沿空巷道沿老空區(qū)側(cè)噴涂的防漏風(fēng)尿醛泡沫塑料層。圖4為不同厚度泡沫塑料的負壓h與漏風(fēng)量q關(guān)系。四、風(fēng)壓調(diào)節(jié)法防止漏風(fēng)風(fēng)壓調(diào)節(jié)法是使用一定的通風(fēng)設(shè)備和設(shè)施作為手段，改變井下通風(fēng)壓力狀態(tài)，降低采空區(qū)或封閉區(qū)進回風(fēng)側(cè)的風(fēng)壓差，減少漏風(fēng)的一種工藝。采用建立調(diào)壓

5、峒室法。在一些易自然發(fā)火的煤礦，為了控制向采空區(qū)漏風(fēng)，在已采過的聯(lián)絡(luò)巷密閉，或工作面回采完畢的采終線密閉可以普遍設(shè)立調(diào)壓峒室以調(diào)節(jié)密閉區(qū)（即采空區(qū)）內(nèi)外的壓力差，以阻止向采空區(qū)的漏風(fēng)。調(diào)壓峒室的結(jié)構(gòu)如圖5所示。調(diào)壓室的風(fēng)墻與防火墻間距離一般是510米，當調(diào)壓室水柱計呈現(xiàn)負壓狀態(tài)時，啟動風(fēng)機并將窗口調(diào)板調(diào)至水柱壓力為零，此時密閉區(qū)內(nèi)的氣壓與調(diào)節(jié)峒室的大氣壓力趨于平衡，以此阻力向密閉區(qū)（或采空區(qū)）漏風(fēng)。五、飛灰充填帶封閉采空區(qū)飛灰是火力發(fā)電廠在煙道中排出的污染大氣的塵埃。飛灰的形狀和化學(xué)成份隨煤質(zhì)和粉碎工藝以及燃燒方法的不同而變化。它的一般物理性狀和化學(xué)成份列表中。sio2al2o3fe2o3ca

6、omgoh2o強熱減量比重比表面積cm2/g粒度(目)48.2025.7610.754.01.250.653.01.952700200以下飛灰顆粒形狀多數(shù)為球形,容易吸收水汽而結(jié)塊。作為煤礦井下用防火材料具有氣密性能好，脫水性強的特點，并可用水力輸送和風(fēng)力輸送。飛灰可以作為防止井下密閉漏風(fēng)的充填材料，也可以作為采空區(qū)周邊防止漏風(fēng)充填隔離帶的材料，更可以代替黃泥灌漿作為防火灌漿材料之用。在煤巷、石門、立眼、斜井中均可用水力、風(fēng)力流送飛灰來構(gòu)筑防漏風(fēng)抑制自然發(fā)火的密閉和采空區(qū)充填帶。圖6是某煤礦利用飛灰充填密閉的工藝圖。利用飛灰作用井下防火充填材料在實際應(yīng)用時，飛灰漿濃度是飛灰：水=6：4。飛灰沉

7、淀、脫水后的體積為灌入體積1/3。所以在沉淀24小時后必須進行第二次充填，為了能充滿，在密閉處的巷頂應(yīng)預(yù)先挖槽，并使充填管出口伸至最高位置。飛灰由于顆粒很細，一般在200目以下，為了防止灰漿從縫隙隨水脫出，在木板閉內(nèi)壁鋪設(shè)麻布或塑料編織布，以便于沉灰脫水。飛灰作為防火充填材料有很多優(yōu)點，飛灰來源廣泛，價格低廉。飛灰脫水性好，脫水后的飛灰氣密性好，且強度大，滲透性好，能夠?qū)㈨肥?，巷道壁的裂縫填滿充實。一般用泵將飛灰漿輸送到充填或密閉地點，速度快，所需工時少，井下任何地點均可采用。以上所述防漏風(fēng)抑制自然發(fā)火的技術(shù)措施，都是煤礦行之有效的防火方法，為了有效地防止、控制、撲來無煤柱開采、沿空巷道綜采工

8、作面因漏風(fēng)而引起的自然發(fā)火，毫無疑問地采用上述各項防漏風(fēng)技術(shù)的同時，還應(yīng)配合其它有效的防滅火技術(shù)，如阻化劑防火，井下火災(zāi)的預(yù)測預(yù)報等實行綜合防滅火技術(shù)，這樣才能更有效地防止自然發(fā)火的發(fā)生，保證煤礦安全生產(chǎn)。沿空掘巷就是把巷道布置于低應(yīng)力場，便于巷道維護，減少變形量，其關(guān)鍵是嚴格控制煤柱寬度，留小煤柱的目的是將巷道與采空區(qū)隔離，防止采空區(qū)的水與有害氣體串入巷道，危及安全生產(chǎn)，但煤柱寬度對巷道的維護狀況起決定作用，若煤柱過小，由于靠采空側(cè)的煤柱受支承力的影響已呈塑形，容易失穩(wěn)，片幫嚴重，若煤柱過大，則回采巷道布置在壓力增高區(qū)內(nèi)，將使巷道壓力大，支護困難。沿空留巷gob-sideentryretai

9、ning采煤工作面后沿采空區(qū)邊緣維護原回采巷道。1.概述編輯本段1.1.問題的提出為了回收傳統(tǒng)采礦方式中留設(shè)的保安煤柱。采用一定的技術(shù)手段將上一區(qū)段的順槽重新支護留給下一個區(qū)段使用。這種留巷的做法是沿著采空區(qū)邊緣在原順槽位置保留就稱為沿空留巷。沿空留巷可以最大限度回收資源。避免煤體損失。1.1.1.國外代表上世紀60年代英國、德國開始采用。這些發(fā)達國家非常重視這種一次性能源的開采。分別采用前進式和后退式的工作面沿空留巷方法以實現(xiàn)無煤柱開采?，F(xiàn)在基本普及無煤柱開采。國外目前主要以無機有機混合結(jié)構(gòu)形式結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)骨架實施沿空留巷隔墻。我國上世紀70年代引進使用，那時候因為經(jīng)濟基礎(chǔ)等因素影響，所采用的

10、方法都沒有廣泛適應(yīng)性。后期出現(xiàn)的“高水材料”成本過高、強度和耐久性不足、特別是沒有掌握礦山壓力規(guī)律，從根本上扭轉(zhuǎn)巷道維護困難的局面而沒有得到推廣。1.1.2.我國典范從20世紀90年代淮南礦業(yè)集團為了治理瓦斯，堅持實施科學(xué)創(chuàng)新開采。在袁亮院士帶領(lǐng)下，淮南在實現(xiàn)充填材料更新、充填工藝及裝備機械化的基礎(chǔ)上，成功的采用沿空留巷，實現(xiàn)了煤與瓦斯同采。在較好的解決了回采工作面推進上隅角瓦斯積聚以及在高應(yīng)力區(qū)掘巷引發(fā)的瓦斯突出和瓦斯爆炸事故的同時，把沿空留巷無煤柱開采推進到了一個新的發(fā)展階段。實踐證明，無煤柱開采方案實踐可有效地控制瓦斯爆炸、沖擊地壓等相關(guān)事故的發(fā)生。通過對巖層運動和礦山壓力發(fā)展變化規(guī)律的

11、研究，正確的進行巷道礦壓控制設(shè)計以及解決好巷道掘進和維護期間老塘透風(fēng)問題，完全能夠控制原煤柱護巷方案產(chǎn)生的重大事故。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)惠興田課題組認真分析近年沿空留巷研究成果。專注于及時和高強兩方面兼顧上上下功夫。在此基礎(chǔ)上研究并發(fā)明了封閉模鑄砌體結(jié)構(gòu)。這種隔墻技術(shù)由于采用預(yù)制混凝土技術(shù)作為隔墻高強內(nèi)核使得隔離墻具有早期高強度，以注漿技術(shù)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(shù)一次解決了現(xiàn)有混凝土隔墻技術(shù)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。對沿空留巷具有代表意義的專利技術(shù)：發(fā)明3項：

12、一種剛?cè)釓?fù)合結(jié)構(gòu)模板及其沿空留巷隔墻施工方法；可變彈性接頂模板及其施工方法；用于沿空留巷的綜合一體機及其施工方法。實用新型2項：一種沿空留巷砌筑隔離墻使用的復(fù)合模板；一種變形內(nèi)胎模板。1.2.無煤柱開采意義減少巷道掘進量緩解接續(xù)緊張；節(jié)約掘進費用提高綜合經(jīng)濟效益煤炭全部回收延長礦井壽命，提高社會效益上世紀沿空留巷技術(shù)方案缺陷阻礙了該項技術(shù)實施近十年混凝土技術(shù)的成熟為沿空留巷打下良好基礎(chǔ)1.2.1.現(xiàn)實意義減少巷道掘進量緩解接續(xù)緊張；提高綜合效益1.2.2.戰(zhàn)略意義開發(fā)煤炭資源；提高煤炭回收率 推行無煤柱開采，不僅對生產(chǎn)礦井進行技術(shù)改造、緩和采掘關(guān)系和延長礦井壽命具有現(xiàn)實意義，而且也是使煤炭企業(yè)

13、改善安全條件和技術(shù)經(jīng)濟指標，增產(chǎn)、增盈減虧的主要途徑之一。根據(jù)我國的實踐經(jīng)驗和當前的技術(shù)水平，目前推行的無煤柱開采護巷分為沿空留巷、沿空掘巷、跨采和預(yù)采無煤柱護巷以及在采空區(qū)內(nèi)形成巷道四種形式，其中沿空留巷這種無煤柱護巷方式如果實施技術(shù)方案合理的話在技術(shù)和經(jīng)濟上有更多優(yōu)越性，具有廣泛意義，因而對于條件適合的礦井都應(yīng)當優(yōu)先采用。編輯本段1.3.無煤柱采礦經(jīng)歷上世紀60年代世界一些主要產(chǎn)煤國家為了達到少掘巷道、增加煤炭資源回收率、增加生產(chǎn)的連續(xù)性和提高礦井的經(jīng)濟效益目的，而采用往復(fù)式“z”形開采，前進式和后退式的工作面沿空留巷方法以實現(xiàn)無煤柱開采。對沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)、適用條件、合理支護形式及新型

14、支護材料等都進行了大量研究。在這方面做得較多的是前蘇聯(lián)、德國、英國、波蘭等國家。這些發(fā)達國家非常重視這種一次性能源的開采?，F(xiàn)在基本普及無煤柱開采。國外目前主要以無機有機混合結(jié)構(gòu)形式結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)骨架實施沿空留巷隔墻。我國上世紀70年代引進使用，那時候因為經(jīng)濟基礎(chǔ)等因素影響，所采用的方法都沒有廣泛適應(yīng)性。后期出現(xiàn)的“高水材料”成本過高、強度和耐久性不足、特別是沒有掌握礦山壓力規(guī)律，從根本上扭轉(zhuǎn)巷道維護困難的局面而沒有得到推廣。我國從薄煤層到厚煤層，從緩傾斜煤層到急傾斜煤層，都已有沿空留巷的成功經(jīng)驗。但是，在沿空留巷研究與應(yīng)用中仍存在著不足之處，使得一些礦井在應(yīng)用沿空留巷技術(shù)中沒有取得預(yù)期的效果，并限

15、制了沿空留巷技術(shù)在我國更廣泛的推廣。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國一些礦區(qū)在沿空留巷方面取得了可喜成績。一些礦井取得了非常客觀的經(jīng)濟效益。沿空留巷技術(shù)正處在一個急速起步的黃金時代。2.沿空留巷技術(shù)現(xiàn)狀在幾十年的研究應(yīng)用中，該領(lǐng)域的成功與失敗并存，我們分析這些經(jīng)驗歸結(jié)如下：編輯本段2.1.密集支架形式基本不可取沿空留巷在上世紀研究初期基本上都是以支架形式完成。那時候各種支架形式的應(yīng)用曾經(jīng)解決過許多回采工作面的無煤柱采煤問題。但都是應(yīng)用到一些采面地壓相對較小并且煤層賦存條件較好的無自然發(fā)火的低瓦斯礦井。而且應(yīng)用情況也不能令人滿意。這種方式因為支護材料品種多，工作量大，支護效果差，采空區(qū)隔離效果差等問題現(xiàn)在

16、很少應(yīng)用。圖表31密集圓木點柱矸石堆垛編輯本段2.2.矸石堆垛方式應(yīng)該淘汰矸石堆垛法是一種看似簡單經(jīng)濟的做法，但因為該方法不能達到及時有效支撐頂板，容易造成頂板過量下沉導(dǎo)致巷道不利于回采工作。這種方式雖然材料單價低，但會消耗大量的人力，而且隔離效果很差，因此適應(yīng)面很小。一些好的方法的出現(xiàn)會加速這一方法的淘汰。圖表32薄煤層袋裝矸石堆垛編輯本段2.3.砌體墻法存在缺陷采用預(yù)制塊砌墻可以克服上述2.1和2.2節(jié)所述密集柱和矸石堆垛的許多缺陷，能夠基本形成一道隔離采空區(qū)的密閉墻體。但該方法還是不能解決墻體與頂板的接頂問題，往往會造成頂板過量離層使得支護效果不佳。應(yīng)該在此基礎(chǔ)上進行改進。圖表33預(yù)制混

17、凝土砌塊編輯本段2.4.高水高效充填支護法事倍功半隨工作面在采空區(qū)所在一側(cè)構(gòu)筑巷幫充填體形成巷幫支護帶。該支護方法一般使用材料強度低，用量大且不能有效控制直接頂?shù)碾x層和及時切斷直接頂，不利于保持巷道的穩(wěn)定性。同時，由于成本高，支護效果差，現(xiàn)場實際應(yīng)用很少見。該方法的最大優(yōu)點是充填范圍大，適應(yīng)性廣，施工機械化程度高。該方法的最大缺點是：支護強度低很難適應(yīng)沿空巷道的高壓突變性；材料成本很高。圖表34充填灌漿圖表35巷旁充填編輯本段2.5.現(xiàn)澆混凝土隔墻法實踐證明較好經(jīng)過近幾年實踐證明，混凝土墻體雖然有價材料用量大。但該方法適應(yīng)性廣，承載力高，能夠形成足夠的切頂強度，安全可靠?，F(xiàn)在已經(jīng)被廣泛接受?；?/p>

18、凝土墻的缺點在于其比較高的工程費用和施工的復(fù)雜性以及強度上升的速度不能適應(yīng)高產(chǎn)高效礦井工作面。還有一些施工方法不能保證墻體及時緊密貼頂。這種技術(shù)方案的施工方法主要有：2.5.1.大型自移式沿空留巷充填支架該支架大大提高了沿空留巷的安全性，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，支架獨立性、靈活性強、適應(yīng)性以及安全性強，使用效果好。缺陷：混凝土結(jié)構(gòu)施工完成后不能緊貼頂板，導(dǎo)致頂板離層，增加了留巷維護費用。2.5.2.桶柱方式巷幫支護法桶柱間距為1.4一1.8米，桶柱施工數(shù)量少，降低了工作量，施工速度快，減少了對工作面生產(chǎn)的影響，保障了工作面的正常推進，桶柱內(nèi)混凝土的標號到300#，其試件抗壓極限強度為30mpa“，直徑為6

19、00一660mm的混凝土桶柱的最大支撐力可以達到976okn。但封閉采空區(qū)不方便。效果比整體混凝土墻體差。2.5.3.膏體混凝土膏體混凝土,其主要成分是硅酸鹽水泥、砂、粉煤灰及膏體混凝土外加添加劑。凝固速度快、早強的特制充填體,其最大強度能達到2mpa。充填體寬2.5m,高3.4m。這種方法的優(yōu)點是膏體狀便于施工。缺點是強度和采礦關(guān)系的不協(xié)調(diào)性，導(dǎo)致材料用量大很多。2.5.4.柔性模板技術(shù)柔性模袋技術(shù)出現(xiàn)在上世紀早期。將此工藝用到沿空留巷是一個創(chuàng)新。這一技術(shù)2006年由中國礦業(yè)大學(xué)和邯鄲礦務(wù)局首先應(yīng)用到沿空留巷的隔離墻施工上并取得一些成果，但由于使用的是高水材料存在許多問題沒有得到推廣。而后2

20、009年由西安科技大學(xué)和邯鄲礦務(wù)局合作將此技術(shù)改良并以混凝土作為充填取得良好效果。這一技術(shù)的應(yīng)用使得現(xiàn)澆混凝土技術(shù)在沿空留巷的施工工藝得到簡化。但這一技術(shù)的顯著缺點是混凝土的預(yù)制過程非常復(fù)雜。需要將石子砂子烘干與水泥和外加劑按照比例干混攪拌后二次裝袋運到井下后再次加水攪拌后送入混凝土泵輸送。技術(shù)工藝還是相當復(fù)雜的。下圖是現(xiàn)場應(yīng)用效果。圖36袋注混凝土技術(shù)的應(yīng)用編輯本段2.6.現(xiàn)澆混凝土隔墻技術(shù)評價在過去的沿空留巷實施中，失敗比成功多。因此對沿空留巷技術(shù)產(chǎn)生了副作用，大多數(shù)人失去信心。通過近幾年的研究終于使人們認識到過去沿空留巷的失誤多是因為隔離墻的強度和支護接頂問題造成的。近幾年現(xiàn)澆混凝土技術(shù)

21、隔墻的應(yīng)用給沿空留巷技術(shù)帶來了新的生機。混凝土的先天的優(yōu)勢能夠滿足工程需要。雖然混凝土是目前理想的隔墻方法，但還是有一些不足。目前混凝土施工中的主要缺陷是：l使用鋼模板的各種支架或模板都存在模板漏漿，影響施工質(zhì)量；l鋼模板很難解決墻體接頂問題，容易造成頂板與墻體之間形成不均勻空縫，容易造成頂板過量下沉導(dǎo)致支護效果大打折扣；l現(xiàn)澆混凝土強度需要28天的最終強度，任何添加劑也只能保證先期強度的上升。并不能保證任何情況下完全滿足回采動壓的需要，因此，只能靠加大混凝土墻體尺寸解決，造成混凝土的浪費；l柔性模板能夠解決接頂和漏漿問題，但不規(guī)則的外表會造成混凝土有效承載利用率下降。一次柔性模板不適合于采高

22、超過2米。一次性柔性模袋成本較高。2.7.封閉注漿砌筑技術(shù)（惠興田教授的專利02985583491）矸石充填雖然支護效果差，但具方便簡單廉價特征；換句話說，只要能夠克服矸石充填法的支護貼頂初撐力問題，就會形成一種廉價高效的沿空留巷技術(shù)方法。砌體結(jié)構(gòu)雖然材料用量大，運輸施工都有不便，但具有較大變形情況下的較高初撐抵抗能力。換句話說，只要能夠提高砌體結(jié)構(gòu)的初撐能力，這種具有初撐能力的砌體結(jié)構(gòu)將會比現(xiàn)澆混凝土更優(yōu)秀。封閉模鑄砌體就是為了克服上述兩種方法的缺陷產(chǎn)生的一種全新的隔離墻結(jié)構(gòu)。封閉注漿指的是將砌體干砌成到一個封閉的袋模具內(nèi)形成一個袋模包裹的干砌體結(jié)構(gòu)，然后通過高壓將水泥漿體注入這個封閉到袋模

23、中的干砌體的細小空隙內(nèi)形成一個具有強力支撐力的新的混凝土結(jié)構(gòu)。因此，這樣的砌體施工技術(shù)具有幾個顯著優(yōu)點：預(yù)制砌塊能夠保證最佳混凝土效果，比現(xiàn)場泵注的自密實混凝土墻提高20%；砌體預(yù)制混凝土塊對頂板提高及時強大的被動初撐力，可以減少墻體厚度15%，保證沿空留巷的安全性；注漿砌縫在3-7天內(nèi)能夠提供一定的讓壓特性釋放切頂時候的礦壓峰值；施工快速，效果直觀，可靠性是目前所有形式中最好的3.沿空留巷技術(shù)分析3.1.圖42采空區(qū)外側(cè)煤體內(nèi)礦壓表現(xiàn)沿空礦壓特點傳統(tǒng)的礦壓概念參見圖41采空區(qū)外側(cè)煤體內(nèi)礦壓表現(xiàn)。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41采空區(qū)外側(cè)煤

24、體內(nèi)礦壓表現(xiàn)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)。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)15-30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22采空區(qū)外側(cè)煤體內(nèi)礦壓表現(xiàn) 圖43沿空側(cè)煤體在采面剛過后的礦壓表現(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。3.2.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

25、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。編輯本段3.3.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)是我們設(shè)計隔離墻的基礎(chǔ)。3.3.1.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(guān)。圖34采面過后支撐頂板會使頂板巖層折斷。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(fù)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

26、響。用什么支撐？我們一直不慷慨！是不是不掏錢能夠?qū)崿F(xiàn)？圖44采面過后支撐頂板會使頂板巖層折斷 圖10不同支撐強度使得頂板形成不同形式的垮落圖46不同支撐強度頂板的宏觀斷裂狀態(tài)3.3.2.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47回采巷道生命周期采面采面采面3.3.3.頂板力學(xué)表現(xiàn)靜力平衡過程：在掘進過程中，剛暴露的頂板會具有向巷道內(nèi)部移動變形的趨勢，這時候頂板還是處于原巖狀態(tài)，內(nèi)部沒有明顯的裂隙和層理離層。在經(jīng)歷數(shù)小時后，頂板開始產(chǎn)生較大位移，頂部巖層離層開始產(chǎn)生明顯裂隙，這種微小的離層裂隙是一般支護都無法阻止的。掘進過程中這種巖體位移的新的平衡一般需要數(shù)天到數(shù)月甚至更

27、長的時間。一般巖體能夠在一個星期達到一個相對平衡?；夭蓜討B(tài)平衡回采期間超前動壓，周期來壓，支架動壓，后巷動壓平衡。在動壓平衡的幾個階段中，每一個過程都是對支護體系的一次考驗。圖48沿空巷道生命周期全過程回采過程動壓影響采面掘進期間穩(wěn)定平衡微量離層回采超前動壓影響掘進支護采面采面采面支架動壓影響后支撐后采空動壓后支撐材料力學(xué)特征。圖48幾種不同性質(zhì)材料力學(xué)特性巖石抗壓巖石抗拉鋼材抗壓抗拉235-540mpa10-60mpa0.2-1mpa圖410同一個坐標系的巖石和鋼材特性上述圖39同一個坐標系的巖石和鋼材特性給我們揭示了：l鋼材的強度能夠?qū)r體加固的原因是其高強度；l鋼材必須和巖土變形一致才能

28、夠起作用，而且作用很小；l只有高預(yù)應(yīng)力鋼材才能夠很好的對巖體起到加固作用；l沿空后巷砌墻必須緊貼巷道頂板才能有效支護巷道編輯本段3.4.沿空留巷支護對策圖411沿空巷道支撐強度影響支架動壓影響后支撐后采空動壓后支撐后采空動壓高強支撐上述沿空礦壓特點，沿空巷道礦壓分析，沿空頂部礦壓特征全面分析了沿空巷道相關(guān)工程和力學(xué)問題。根據(jù)分析結(jié)果提升如下原則：l順槽掘進過程支護必須及時減少頂板暴露時間l支護必須施加足夠的預(yù)應(yīng)力減少頂板離層l頂板應(yīng)該使用強力鋼帶以增加橫向約束力和群錨效應(yīng)l沿空巷道后支護結(jié)構(gòu)必須足夠強大以抵抗巷道后期2次動壓l沿空巷道后支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)該有貼頂能力以形成強力對抗支護減少頂板過量下沉l

29、沿空巷道后支護可以采用注漿技術(shù)加固頂板以提高頂板完整性，對沿空留巷支護對策的總結(jié)可以一句話：l一語道破天機，強度決定留巷！4.封閉模板沿空留巷新專利（惠興田）分析了國內(nèi)外沿空留巷技術(shù)和實踐的發(fā)展現(xiàn)狀，研究了目前沿空留巷隔離墻帶支護技術(shù)方法和實踐。經(jīng)過幾十年的研究我們認識到傳統(tǒng)的幾種方法失敗的原因是隔離結(jié)構(gòu)的強度與實際需要相差太遠。沿空隔墻需要足夠強度承載采空區(qū)邊緣的切頂壓力。傳統(tǒng)的支架支柱，預(yù)制水泥砌塊和矸石被動充填不能很好的實現(xiàn)支護效果，不能滿足控頂和密封的需要。其原因都是因為沒有足夠的支護強度以至于使采空側(cè)產(chǎn)生切頂。現(xiàn)澆混凝土技術(shù)方案能夠在采礦條件允許情況下（回采速度適合）能最大限度的滿地

30、強度的要求，只有支護施工工藝合理就能夠及時切頂。在近幾年的實踐中混凝土被認為是當今最為理想的方案。因此，沿空留巷的關(guān)鍵技術(shù)是：高強度，墻外切頂。保證頂板完整性的同時讓壓力向深部轉(zhuǎn)移。嚴密封，稍微讓壓。保證墻體完整性的同時嚴格密封采空區(qū)。編輯本段4.1.混凝土隔墻技術(shù)分析整體高強度適應(yīng)性廣。但早期強度較低，柔模成本很高，施工準備成本高現(xiàn)澆混凝土隔離墻是現(xiàn)有技術(shù)中適應(yīng)性最廣，應(yīng)用最可靠的方法。但其施工中還有不足。分析如下：剛性模板現(xiàn)澆混凝土不能很好的解決墻體貼頂問題。為解決此問題，中國礦業(yè)大學(xué)在2007年和西安科技大學(xué)在2009年曾經(jīng)發(fā)明了不同形式的柔性袋裝泵送混凝土施工技術(shù)給沿空留巷帶來新的生機

31、。但該方案柔性模板的生產(chǎn)成本投入較大，施工的墻體不規(guī)則造成承載力相對較小。為了補足這個缺點就需要增加墻體厚度，使得比現(xiàn)澆滑模材料消耗量增大約5-8%。重要的是柔模的強度不能適應(yīng)2米以上的采高需要，加高柔模會產(chǎn)生非常高的成本。目前柔模的成本在每一立方混凝土中達到400元以上。各種現(xiàn)澆混凝土不能解決采動礦壓的及時支撐問題。比如，一些工作面回采速度達到每日5-10m，需要墻體能夠在3-5天達到最大承載力。這不符合混凝土的強度上升規(guī)律。為了補足這一缺陷只有靠增加墻體厚度來解決（比一般墻體要多出25%的材料消耗）。袋注混凝土都是自密實混凝土結(jié)構(gòu)。這種自密實混凝土結(jié)構(gòu)比振搗混凝土強度降低大約15%解決這個

32、問題的方法就是增加墻體厚度（材料消耗量增加10-15%；自密實混凝土比常規(guī)混凝土增加添加劑的成本多出20%以上）。由上分析可知：這種袋注自密實混凝土與一般剛性模板混凝土技術(shù)比起來具有優(yōu)勢，已經(jīng)在現(xiàn)場應(yīng)用取得巨大成功。但這一技術(shù)其混凝土初期3-7天的抗壓強度的不足、自密實的強度損失缺陷以及柔性模板強度等問題還需要進一步的技術(shù)創(chuàng)新。袋注自密實混凝土是現(xiàn)今泵送混凝土隔離墻技術(shù)中比較理想的方法編輯本段4.2.封閉注漿砌筑技術(shù)方案封閉注漿砌筑技術(shù)是為了克服袋注混凝土早期強度低、成本高施工效率低而開發(fā)的矸石充填雖然支護效果差，但具方便簡單廉價特征；換句話說，只要能夠克服矸石充填法的支護貼頂初撐力問題，就會

33、形成一種廉價高效的沿空留巷技術(shù)方法。砌體結(jié)構(gòu)雖然材料用量大，運輸施工都有不便，但具有較大變形情況下的較高初撐抵抗能力。換句話說，只要能夠提高砌體結(jié)構(gòu)的初撐能力，這種具有初撐能力的砌體結(jié)構(gòu)將會比現(xiàn)澆混凝土更優(yōu)秀。封閉注漿指的是將砌體干砌成到一個封閉的袋模具內(nèi)形成一個袋模包裹的干砌體結(jié)構(gòu)，然后通過高壓將水泥漿體注入這個封閉到袋模中的干砌體的細小空隙內(nèi)形成一個具有強力支撐力的新的混凝土結(jié)構(gòu)。因此，這樣的砌體施工技術(shù)具有：預(yù)制砌塊能夠保證最佳混凝土效果，比現(xiàn)場泵注的自密實混凝土墻的提高20%；砌體預(yù)制混凝土塊對頂板提高及時強大的被動初撐力，可以減少墻體厚度15%，保證沿空留巷的安全性；注漿砌縫在3-7

34、天內(nèi)能夠提供一定的讓壓特性釋放切頂時候的礦壓峰值；施工快速，效果直觀，可靠性是目前所有形式中最好的5.封閉模鑄砌體隔墻沿空留巷技術(shù)簡介沿空巷道的秘訣在于：l高強才是硬道理。高強能夠承受多次動壓高強能夠及時切頂遠離煤壁高強能夠保證巷道最小的維護成本能夠接頂?shù)母邚姴攀钦嬲行У母邚姺忾]模鑄專利技術(shù)中，封閉模鑄砌體技術(shù)具有施工方便簡單，成本的，支護強度高，密閉性好，設(shè)備投資小等優(yōu)點。因此，在王斜礦實施沿空留巷選擇封閉模鑄砌體技術(shù)。沿空留巷技術(shù)能否實現(xiàn)的關(guān)鍵就決定于砌墻技術(shù)的完善性。在研究了國內(nèi)外沿空留巷技術(shù)和目前國內(nèi)使用效果最好的混凝土隔墻技術(shù)的基礎(chǔ)上。西安科技大學(xué)惠興田教授科研團隊從2006年開始

35、專注于沿空留巷技術(shù)的研究。2009年至2010年發(fā)明了滑模泵鑄混凝土、復(fù)合模鑄隔墻和封閉模鑄砌體沿空留巷隔墻技術(shù)3項專利。特別推薦的模鑄砌體結(jié)構(gòu)因為技術(shù)思路簡潔直觀，施工工藝簡化，投資小，容易上馬是現(xiàn)代沿空留巷隔墻技術(shù)上的大的創(chuàng)舉。編輯本段5.1.泵注混凝土技術(shù)分析現(xiàn)澆混凝土不能解決采動礦壓的及時支撐問題。一些工作面回采速度達到每日5m以上，需要墻體能夠在3-5天達到最大承載力，這不符合混凝土的強度上升規(guī)律?，F(xiàn)場為了解決現(xiàn)澆混凝土的強度上升速度緩慢的問題，只有靠增加墻體厚度來解決。這就形成比一般墻體要多出25%的材料消耗。袋注混凝土都是自密實混凝土結(jié)構(gòu)。這種自密實混凝土結(jié)構(gòu)比振搗混凝土強度降低

36、約15%，費用增加15%。解決這個問題的方法也是靠增加墻體厚度，因此導(dǎo)致材料消耗量增加10-15%。現(xiàn)澆混凝土施工工藝管理相當復(fù)雜。需要建設(shè)地面大型烘干砂子石子；需要混凝土干拌；需要重新裝袋；需要井下二次拌合。工序多，環(huán)節(jié)多，任何小的故障就可能影響生產(chǎn)全局。由上分析可知：這種袋注自密實混凝土雖然已經(jīng)在現(xiàn)場應(yīng)用取得巨大成功。其成功秘訣是其高強度特性能夠支撐大懸臂梁頂板的動態(tài)變化。但這一技術(shù)其混凝土初期3-7天的抗壓強度的不足、自密實的強度損失缺陷以及柔性模板強度等問題還需要進一步的技術(shù)創(chuàng)新。編輯本段5.2.現(xiàn)澆混凝土顯著缺點5.2.1.材料制備復(fù)雜工藝帶來很多麻煩大型烘干設(shè)備設(shè)備投資大石子砂子上

37、料烘干工作量很大，電費驚人。水泥開袋費工費時，環(huán)境污染砂石水泥再加外加劑干拌料特種砂石和外加劑成本很高準備包裝袋子增加成本將混合料裝袋工作量加大5.2.2.裝袋或是專用罐車運輸?shù)骄?.2.3.泵送混凝土施工要求高，不慎容易堵管對工作影響很大5.3.圖62封閉模鑄砌體技術(shù)圖解模鑄砌體技術(shù)介紹封閉注漿指的是將砌體干砌成到一個封閉的袋模具內(nèi)形成一個袋模包裹的干砌體結(jié)構(gòu)，然后通過高壓將水泥漿體注入這個封閉到袋模中的干砌體的細小空隙內(nèi)形成一個具有強力支撐力的新的混凝土結(jié)構(gòu)。5.3.1.封閉模鑄砌體技術(shù)特點利用預(yù)制混凝土工藝質(zhì)量穩(wěn)定可靠強度高的優(yōu)點，以砌塊作為墻體硬質(zhì)內(nèi)核以便形成高強內(nèi)核支撐動壓和頂板突

38、變；保證沿空留巷的安全性。利用纖維可變彈性的優(yōu)點作為復(fù)合模板的內(nèi)胎模以適應(yīng)圍巖不規(guī)則多變性以保證墻體貼頂密封；確保切頂發(fā)生在遠離煤壁外。利用注漿工藝簡單充填致密的優(yōu)點，作為封閉充填以達到密閉；利用剛性外模板作為墻體接頂成型保證工程質(zhì)量。注漿砌縫在3-7天內(nèi)能夠提供一定的讓壓特性釋放切頂時候的礦壓峰值；圖63沿空留巷專利系列5.3.2.封閉模鑄砌體沿空留巷隔墻優(yōu)點封閉模鑄砌體沿空留巷隔墻施工工藝克服了現(xiàn)有現(xiàn)澆混凝土技術(shù)的幾個缺陷：硬質(zhì)內(nèi)核克服先期強度不足的嚴重缺陷，減少混凝土用量15-30%；具有內(nèi)胎模的剛?cè)釓?fù)合模板克服了各種剛性模板的漏漿和接頂不實的缺陷；硬質(zhì)內(nèi)核砌體注漿技術(shù)克服了泵送混凝土易堵管的難題；復(fù)合模板技術(shù)可以減少柔性模板消耗，使模板成本降低30%。干砌工藝使得機械裝備減少80%；速度提升50%；成本減少30%施工工藝相當簡單。施工快速，效果直觀，可靠性是目前所有形式中最好的任何礦都很容易上馬。起點很低，很小的投入就能夠開始。圖65模鑄砌體技術(shù)特點編輯本段5.4.研究過程剪影圖65注漿材料特性研究圖66不同參數(shù)試驗。圖67各項參數(shù)反復(fù)測試。圖