柏建彪沿空留巷

巷旁充填沿空留巷原理

與技術(shù)研究中國礦業(yè)大學柏建彪（博士、教授bjianb@163.com

1柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co要內(nèi)容1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2沿空留巷巷旁支護機理膏體材料、高水速凝材料充填技術(shù)沿空留巷巷內(nèi)支護技術(shù)高水速凝材料充填實例2柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590871國內(nèi)外研究現(xiàn)狀沿空留巷極大緩解采掘接替緊張，提高資源回收率實，現(xiàn)Y型通風、增加回風通道、解決回采工作面隅角瓦斯積聚難題，為瓦斯抽采提供空間和時間，是煤礦開采及回采巷道布置技術(shù)的一項重大改革。

3柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590871國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

沿空留巷巷旁支護是關(guān)鍵。傳統(tǒng)的巷旁支護如矸石帶、密集支柱、木垛等。力學性能與沿空留巷圍巖變形不相適應，適用于薄及中厚煤層。

4柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590871國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

硬石膏巷旁支護在我國基本沒有應用。高水速凝材料留巷效果較好。膏體材料（或混凝土）強度較大，缺點是充填工藝較復雜、輔助運輸工作量較大。錨桿支護廣泛應用，為沿空留巷創(chuàng)造了較好的支護條件。

5柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590872沿空留巷巷旁支護機理

2.1巷旁支護體作用機理

巷旁支護體應具有足夠的支護強度，切落一定高度的頂板巖層，使更上位巖層得到采空區(qū)冒落矸石的支撐；同時應具備適量的可縮量滿足上覆巖層的旋轉(zhuǎn)下沉，防止在頂板巖層旋轉(zhuǎn)下沉時巷旁支護體被破壞。6柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590872沿空留巷巷旁支護機理

2.1巷旁支護體作用機理

(1)巷旁支護體早期支護直接頂、防止離層，切斷采空區(qū)的直接頂。（2）老頂破斷過程中應達到切頂阻力，切斷采空區(qū)側(cè)老頂。

（3）巷道圍巖運動穩(wěn)定后，維持巷道上方已切斷巖層的平衡。

7柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590872沿空留巷巷旁支護機理

2.2沿空留巷力學模型

上區(qū)段回采后，基本頂沿傾斜方向破斷，在工作面端頭形成“三角塊大結(jié)構(gòu)”，該結(jié)構(gòu)構(gòu)成沿空留巷、沿空掘巷的上部邊界，對沿空巷道穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。8柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590872沿空留巷巷旁支護機理

2.2沿空留巷力學模型

9柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590872沿空留巷巷旁支護機理

2.3巷旁支護阻力求解

10柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co體材料、高水速凝材料

巷旁充填技術(shù)

11柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590873.1膏體充填煤礦膏體充填料漿是一種利用煤矸石、粉煤灰、膠結(jié)料等制作的特殊“混凝土”、特殊“砂漿”。12柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co膏體充填特點：①濃度高，一般質(zhì)量濃度>75%；②不沉淀、不泌水、不離析；③流動狀態(tài)為柱塞結(jié)構(gòu)流；④無臨界流速，粒徑達到25~35mm，流速小于1m/s仍然能夠正常輸送；⑤強度較大；⑥固化體壓縮率低；

⑦充填工藝控制要求高；

⑧輔助運輸工作量較大、充填系統(tǒng)費用較高。13柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co膏體充填的用途：

“三下一上”采煤（不遷村采煤，鐵路下采煤，水體下采煤，承壓水上采煤）；

沿空留巷巷旁充填；保水采煤；堅硬頂板管理；固體廢棄物利用（矸石、粉煤灰等處理等）。14柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co中國礦業(yè)大學充填采礦實驗室

充填注漿材料制備實驗系統(tǒng)

粗粒料漿充填實驗系統(tǒng)

細粒料漿充填實驗系統(tǒng)充填采礦實驗室是“211工程”建設(shè)成果煤炭資源與安全開采國家重點實驗室的重要組成15柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co中國礦業(yè)大學SL膏體膠結(jié)料性能NoSL用量kg/m3粉煤灰量kg/m3質(zhì)量濃度%抗壓強度/MPa8h24h3d7d28d160390800.110.350.941.201.53280370800.160.701.461.882.433100350800.311.092.132.713.384150300800.631.543.254.335.475250200801.222.076.228.3410.242.5R水泥1004008000.290.680.922.13注：集料為太平煤礦充填所用泗河砂。16柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co中國礦大SL膠結(jié)料與42.5R普通水泥對比No膠結(jié)料集料Ckg/m3Cw%抗壓強度/MPa1d3d7d28d142.5R金川全尾砂200800.510.841.041.63242.5R250800.581.291.492.46342.5R300800.661.712.163.614SL200800.541.733.746.405SL250801.583.795.207.246SL300802.905.286.629.947SL固化體強度/42.5R固化體強度1.1~4.42.1~3.13.1~3.62.7~3.917柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co沿空留巷膏體材料試驗結(jié)果18柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590873.2高水速凝材料巷旁充填沿空留巷中國礦業(yè)大學承擔“七五”、“八五”國家科技攻關(guān)項目成果。高水速凝材料：在體積比水占90%，固體占10%條件下，20~30min內(nèi)凝結(jié)，100%固化，最終強度達到4~5MPa。通過調(diào)整水灰比或高水速凝材料配比調(diào)整充填體的強度，水灰比1.5：1時，充填體強度可以達到12MPa，有效采空區(qū)頂板、實現(xiàn)沿空留巷。19柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co水速凝材料性能水平No水灰比凝結(jié)時間/min抗壓強度/MPa初凝終凝4h24h7d11.90:18274.286.398.2422.05:110293.755.597.3232.25:112413.024.615.5942.50:117582.424.145.1552.70:119661.943.464.3163.00:120751.532.743.39英國高水速凝材料性能水平72.50:1201.503.505.0020柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co水速凝材料加灰渣的單軸抗壓強度21柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co軸條件下固結(jié)體試塊變形曲線

高水速凝材料力學性能適應沿空留巷圍巖活動規(guī)律，留巷效果好。22柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590873.3高水速凝材料巷旁充填工藝

（1）分甲料、乙料兩部分，按1:1的比例配合使用。甲料、乙料混合后快速凝結(jié)硬化。為防止?jié){液在攪拌、運輸過程中凝結(jié)、堵塞管路和泵等設(shè)備，需分別攪拌和泵送甲料、乙料。

（2）要求甲料和乙料兩部分必須等量進漿、混合均勻，其強度才能達到最大。

（3）充填系統(tǒng)和充填工藝簡單。

23柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co填點混合甲乙料應用鋼模板成型。雙液充填工藝24柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590874沿空留巷巷內(nèi)支護

4.1沿空留巷圍巖變形規(guī)律沿空留巷強烈底鼓。25柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590874沿空留巷巷內(nèi)支護4.2沿空留巷巷內(nèi)支護（1）高強度、大延伸量、樹脂藥卷加長錨固的錨桿支護（2）錨索加強支護阻止頂板離層，提高頂板的承載能力。26柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590874.3底鼓控制技術(shù)打底板錨桿控制底鼓27柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590874.4巷內(nèi)加強支護沿空留巷圍巖變形強烈的地段在工作面前方20m、后方70～100m，尤其是工作面后方50m，巷道變形強烈，需要加強支護。巷內(nèi)加強支護可以采用單體液壓支柱或?qū)ｉT的支架。

28柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com139513590875高水速凝材料巷旁充填實例

我們在多個地方成功進行了沿空留巷。

29柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com1395135908730沿空留巷成功案例之一：1992年徐州龐莊礦東城井，采高2.0m，直接頂頁巖2.5m，向上3.0m的砂頁巖互層。模板成型采空區(qū)切頂情況30柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com1395135908731沿空留巷成功案例之二：1994年新汶翟鎮(zhèn)煤礦1201西綜采工作面，面長155m、留巷長800m，采高2.2m，直接頂粉砂巖7m，中間夾一層平均厚0.6m的煤層、老頂為2～10m的砂巖。31柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co/p>

沿空留巷成功案例之三：焦煤九里山礦，煤厚6m、巷道底板為3m厚煤層，解決高瓦斯煤層抽放和采掘接替難題沿空留巷施工沿空留巷頂板狀況沿空留巷維護沿空留巷維護32柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co空留巷成功案例之四：山西沁新集團沁新煤礦和新源煤礦，開采焦煤，解決高瓦斯通風、提高回收率和鄰近采空區(qū)巷道維護困難的難題。33柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co空留巷成功案例之五：天安煤業(yè)二礦第二個工作面回采前方巷道維護效果留巷施工期間巷道維護效果34柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com1395135908735高水充填材料充填冒頂空巷實例：潞安集團王莊煤礦，綜放工作面面長270m、前方有1條空巷、巷道沿底板掘進。35柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.com1395135908736高水充填材料充填空巷實例：冒頂高度最高9m、長度130m。36柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@163.co建彪教授1395135908737充填空巷實例：應用高水充填材料充填冒落空間形成人工假頂采煤機截割充填體情況37柏建彪教授中國礦業(yè)大學bjianb@16