无煤柱开采沿空留巷防止漏风的安全技术措施解析.pdf

《无煤柱开采沿空留巷防止漏风的安全技术措施解析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无煤柱开采沿空留巷防止漏风的安全技术措施解析.pdf（23页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、1 无煤柱开采沿空留巷防止漏风的安全技术措施 无煤柱开采技术已广泛被应用，它是一项提高回采、 减少掘进工 程量、保证接续、 提高工效、降低成本的即安全又经济的有效开采工 艺。但是通过回采实践过程揭露一些不容忽视的问题，即，在有自燃 倾向性煤层中采用该各开采工艺时，往往由于沿深留巷过程中漏风问 题解决不好，造成采空区，开切眼上。下顺槽，最终停采线漏风而自 然发火，特别是在厚煤层中分层采和放顶煤开采时，采空区自然事故 出现的几率更高、更明显。 为减少漏风稳定系统、 抑制自燃发火方面做如下几方面的安全技 术。 一、水砂充填带隔离采空区 这种防火工艺就是在采煤过程中随即将开切眼附近，采面后部的 上下顺

2、或者左右上山依次充填， 工作面回采完后将停采线附近予以充 填。如图 1 所示，最后用一个充填将采区予以封闭，起着一种隔离煤 柱的作用。充填带的宽度开切眼和停采线处一般为10 宽，上下顺槽 或上山则随该井巷的宽度而定。 开切眼和停采线处充填带的充填工艺 和正常开采时充填法相同， 上下顺槽或上山的充填工艺和一般巷道包 帮灌浆充填相似。 这种水砂充填方法工艺简单， 在有水砂充填的矿井 无需增添设备，无水砂充填系统的矿井，只需添置砂浆泵和管材即 可。 二、 可塑性胶泥堵漏风 如图 2。当两个前进式工作面（综采工作面）回采完成后，留出 2 了两条沿空巷道， 第三个后退式回采工作面就自然地形成。为防止此

3、两条沿空巷风流漏入采空区而引起煤的自然发火，应采用一种半塑 性 不凝固的胶泥， 将胶泥压入采区矸石堆的缝隙中，胶泥与矸石堆 能很好胶结， 形成了一片 4 米宽的矸石墙。 这样在沿空巷道采区的一 侧形成了一个不透气的隔离带， 阻止了风流漏入老空区。 这种半塑性、 不凝固胶泥与矸石胶结合当巷道动压来临时，随着巷道变形而变形， 不会形成新的裂隙而漏风。 三、喷涂塑料泡沫防止漏风 为防止巷道风流漏入采空区引起自然发火普遍采用常温凝固的 塑料泡沫喷涂到密闭上、 巷道壁上、形成厚度为 2030 厘米的闭孔泡 沫塑料层。这种泡沫塑料一般都具有难燃、抗静电、耐压、不透气的 特性。以常温固化尿醛树脂为原料的防漏

4、风泡沫塑料喷涂技术。泡 沫1 型发泡装置喷放泡沫。这种塑料泡沫对煤、岩石、木材、金 属体和其它材料都很好胶结， 在出现矿山压力时， 此时尿醛塑料泡沫 可以缩其初始高度的7080，只有稍微漏气。通过煤矿井下1200 米的密封采空区的试验、堵漏风效果良好。 泡沫 1型塑料泡沫装置，仅需2 人操作，在 6 小时的小班 内可喷涂厚度为 0.20.3 泡沫层 100m2。 尿醛塑料泡沫密闭漏风与负 压关系式为：Q=ah，式中 Q塑料泡沫层漏风量a 和根据试验 数据用对比法求出的系数； h已密闭采空区负压， mmH2O。图 3 为 沿空巷道沿老空区侧喷涂的防漏风尿醛泡沫塑料层。图 4 为不同厚度 3 泡沫

5、塑料的负压 h 与漏风量 Q 关系。 四、风压调节法防止漏风 风压调节法是使用一定的通风设备和设施作为手段，改变井下通 风压力状态， 降低采空区或封闭区进回风侧的风压差，减少漏风的一 种工艺。 采用建立调压峒室法。 在一些易自然发火的煤矿， 为了控制向采 空区漏风，在已采过的联络巷密闭， 或工作面回采完毕的采终线密闭 可以普遍设立调压峒室以调节密闭区（即采空区）内外的压力差，以 阻止向采空区的漏风。 调压峒室的结构如图5 所示。调压室的风墙与 防火墙间距离一般是510 米，当调压室水柱计呈现负压状态时，启 动风机并将窗口调板调至水柱压力为零，此时密闭区内的气压与调 节峒室的大气压力趋于平衡，以

6、此阻力向密闭区（或采空区）漏 风。 五、飞灰充填带封闭采空区 飞灰是火力发电厂在烟道中排出的污染大气的尘埃。飞灰的形状 和化学成份随煤质和粉碎工艺以及燃烧方法的不同而变化。它的一般 物理性状和化学成份列表中。 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO H2O 强 热 减 量 比 重比 表 面 积 cm2/g 粒度 (目) 48.20 25.76 10.75 4.0 1.25 0.65 3.0 1.95 2700 200 以下 飞灰颗粒形状多数为球形,容易吸收水汽而结块。作为煤矿井下 用防火材料具有气密性能好， 脱水性强的特点， 并可用水力输送和风 力输送。 飞灰可以作为防止井下密闭漏风

7、的充填材料，也可以作为 4 采空区周边防止漏风充填隔离带的材料，更可以代替黄泥灌浆作为防 火灌浆材料之用。在煤巷、石门、立眼、斜井中均可用水力、风力流 送飞灰来构筑防漏风抑制自然发火的密闭和采空区充填带。图 6 是某 煤矿利用飞灰充填密闭的工艺图。 利用飞灰作用井下防火充填材料在 实际应用时，飞灰浆浓度是飞灰：水=6：4。飞灰沉淀、脱水后的体 积为灌入体积 1/3。所以在沉淀 24 小时后必须进行第二次充填， 为了 能充满，在密闭处的巷顶应预先挖槽，并使充填管出口伸至最高位 置。 飞灰由于颗粒很细， 一般在 200目以下，为了防止灰浆从缝隙随 水脱出，在木板闭内壁铺设麻布或塑料编织布，以便于沉

8、灰脱水。 飞灰作为防火充填材料有很多优点，飞灰来源广泛，价格低廉。 飞灰脱水性好，脱水后的飞灰气密性好，且强度大，渗透性好，能够 将矸石，巷道壁的裂缝填满充实。 一般用泵将飞灰浆输送到充填或密 闭地点，速度快，所需工时少，井下任何地点均可采用。 以上所述防漏风抑制自然发火的技术措施，都是煤矿行之有效的 防火方法，为了有效地防止、控制、扑来无煤柱开采、沿空巷道综采 工作面因漏风而引起的自然发火， 毫无疑问地采用上述各项防漏风技 术的同时，还应配合其它有效的防灭火技术，如阻化剂防火，井下火 灾的预测预报等实行综合防灭火技术，这样才能更有效地防止自然发 火的发生，保证煤矿安全生产。 5 沿空掘巷 就

9、是把巷道布置于低应力场，便于巷道维护，减少变形量，其关 键是严格控制煤柱宽度， 留小煤柱的目的是将巷道与采空区隔离，防 止采空区的水与有害气体串入巷道，危及安全生产， 但煤柱宽度对巷 道的维护状况起决定作用， 若煤柱过小， 由于靠采空侧的煤柱受支承 力的影响已呈塑形，容易失稳，片帮严重，若煤柱过大，则回采巷道 布置在压力增高区内，将使巷道压力大，支护困难。 沿空留巷 gob-side entryretaining 采煤工作面后沿采空区边缘维 护原回采巷道。 1. 概述 编辑本段 1.1. 问题的提出 为了回收传统采矿方式中留设的保安煤柱。采用一定的技术手 段将上一区段的顺槽重新支护留给下一个区

10、段使用。这种留巷的做法 是沿着采空区边缘在原顺槽位置保留就称为沿空留巷。沿空留巷可以 最大限度回收资源。避免煤体损失。 1.1.1. 国外代表 上世纪 60 年代英国、德国开始采用。 这些发达国家非常重视这 种一次性能源的开采。 分别采用前进式和后退式的工作面沿空留巷方 法以实现无煤柱开采。 现在基本普及无煤柱开采。 国外目前主要以无 机有机混合结构形式结合钢结构骨架实施沿空留巷隔墙。我国上世纪 70 年代引进使用，那时候因为经济基础等因素影响，所采用的方法 都没有广泛适应性。后期出现的“高水材料”成本过高、强度和耐久 6 性不足、特别是没有掌握矿山压力规律，从根本上扭转巷道维护困难 的局面而

11、没有得到推广。 1.1.2. 我国典范 从 20 世纪 90 年代淮南矿业集团为了治理瓦斯，坚持实施科学 创新开采。在袁亮院士带领下，淮南在实现充填材料更新、充填工艺 及装备机械化的基础上， 成功的采用沿空留巷， 实现了煤与瓦斯同采。 在较好的解决了回采工作面推进上隅角瓦斯积聚以及在高应力区掘 巷引发的瓦斯突出和瓦斯爆炸事故的同时，把沿空留巷无煤柱开采推 进到了一个新的发展阶段。 实践证明， 无煤柱开采方案实践可有效地控制瓦斯爆炸、冲击地 压等相关事故的发生。 通过对岩层运动和矿山压力发展变化规律的研 究，正确的进行巷道矿压控制设计以及解决好巷道掘进和维护期间老 塘透风问题，完全能够控制原煤柱

12、护巷方案产生的重大事故。在掌 握了沿空留巷的内在本质的基础上，西安科技大学惠兴田课题组认真 分析近年沿空留巷研究成果。 专注于及时和高强两方面兼顾上上下功 夫。在此基础上研究并发明了封闭模铸砌体结构。这种隔墙技术由于 采用预制混凝土技术作为隔墙高强内核使得隔离墙具有早期高强度， 以注浆技术的密闭和充填性作为支护的及时性可以保证砌体墙体既 有严密的封闭性又能够及时贴顶支护。这种技术一次解决了现有混凝 土隔墙技术无法解决的及时性和高强度问题。而且成本远远低于一般 泵送混凝土的成本。 对沿空留巷具有代表意义的专利技术：发明 3 项：一种刚柔复合 7 结构模板及其沿空留巷隔墙施工方法；可变弹性接顶模板

13、及其施工方 法；用于沿空留巷的综合一体机及其施工方法。实用新型2 项：一种 沿空留巷砌筑隔离墙使用的复合模板；一种变形内胎模板。 1.2. 无煤柱开采意义 减少巷道掘进量缓解接续紧张；节约掘进费用提高综合 经济效益煤炭全部回收延长矿井寿命，提高社会效益上世纪 沿空留巷技术方案缺陷阻碍了该项技术实施近十年混凝土技术的成 熟为沿空留巷打下良好基础 1.2.1. 现实意义 减少巷道掘进量缓解接续紧张；提高综合效益 1.2.2. 战略意义 开发煤炭资源；提高煤炭回收率推行无煤柱开采，不仅对生产 矿井进行技术改造、 缓和采掘关系和延长矿井寿命具有现实意义，而 且也是使煤炭企业改善安全条件和技术经济指标，

14、增产、增盈减亏的 主要途径之一。 根据我国的实践经验和当前的技术水平，目前推行的无煤柱开采 护巷分为沿空留巷、 沿空掘巷、跨采和预采无煤柱护巷以及在采空区 内形成巷道四种形式， 其中沿空留巷这种无煤柱护巷方式如果实施技 术方案合理的话在技术和经济上有更多优越性，具有广泛意义， 因而 对于条件适合的矿井都应当优先采用。 编辑本段 1.3. 无煤柱采矿经历 上世纪 60 年代世界一些主要产煤国家为了达到少掘巷道、增加 8 煤炭资源回收率、 增加生产的连续性和提高矿井的经济效益目的，而 采用往复式“ Z”形开采，前进式和后退式的工作面沿空留巷方法以 实现无煤柱开采。对沿空留巷的矿压显现、适用条件、合

15、理支护形式 及新型支护材料等都进行了大量研究。在这方面做得较多的是前苏 联、德国、英国、波兰等国家。这些发达国家非常重视这种一次性能 源的开采。现在基本普及无煤柱开采。 国外目前主要以无机有机混合 结构形式结合钢结构骨架实施沿空留巷隔墙。 我国上世纪 70 年代引进使用，那时候因为经济基础等因素影响， 所采用的方法都没有广泛适应性。后期出现的“高水材料”成本过高、 强度和耐久性不足、 特别是没有掌握矿山压力规律，从根本上扭转巷 道维护困难的局面而没有得到推广。 我国从薄煤层到厚煤层， 从缓倾斜煤层到急倾斜煤层， 都已有沿 空留巷的成功经验。 但是，在沿空留巷研究与应用中仍存在着不足之 处，使得

16、一些矿井在应用沿空留巷技术中没有取得预期的效果，并限 制了沿空留巷技术在我国更广泛的推广。 经过几十年的发展， 我国一些矿区在沿空留巷方面取得了可喜成 绩。一些矿井取得了非常客观的经济效益。沿空留巷技术正处在一 个急速起步的黄金时代。 2. 沿空留巷技术现状在几十年的研究应用 中，该领域的成功与失败并存，我们分析这些经验归结如下： 编辑本段 2.1. 密集支架形式基本不可取 沿空留巷在上世纪研究初期基本上都是以支架形式完成。那时候 各种支架形式的应用曾经解决过许多回采工作面的无煤柱采煤问题。 9 但都是应用到一些采面地压相对较小并且煤层赋存条件较好的无自 然发火的低瓦斯矿井。而且应用情况也不能

17、令人满意。 这种方式因为支护材料品种多，工作量大，支护效果差，采空区 隔离效果差等问题现在很少应用。图表 3?1 密集圆木点柱矸石堆垛 编辑本段 2.2. 矸石堆垛方式应该淘汰 矸石堆垛法是一种看似简单经济的做法，但因为该方法不能达到 及时有效支撑顶板，容易造成顶板过量下沉导致巷道不利于回采工 作。这种方式虽然材料单价低，但会消耗大量的人力，而且隔离效果 很差， 因此适应面很小。一些好的方法的出现会加速这一方法的淘汰。 图表 3?2 薄煤层袋装矸石堆垛 编辑本段 2.3. 砌体墙法存在缺陷 采用预制块砌墙可以克服上述2.1和 2.2节所述密集柱和矸石堆 垛的许多缺陷， 能够基本形成一道隔离采空

18、区的密闭墙体。但该方法 还是不能解决墙体与顶板的接顶问题，往往会造成顶板过量离层使得 支护效果不佳。应该在此基础上进行改进。 图表 3? 3 预制混凝土砌块 编辑本段 2.4. 高水高效充填支护法事倍功半 随工作面在采空区所在一侧构筑巷帮充填体形成巷帮支护带。该 支护方法一般使用材料强度低， 用量大且不能有效控制直接顶的离层 和及时切断直接顶，不利于保持巷道的稳定性。同时，由于成本高， 支护效果差，现场实际应用很少见。 该方法的最大优点是充填范围大， 适应性广，施工机械化程度高。 该方法的最大缺点是： 支护强度低很难适应沿空巷道的高压突变 10 性；材料成本很高。图表 3?4 充填灌浆 图表

19、3? 5 巷旁充填 编辑本段 2.5. 现浇混凝土隔墙法实践证明较好 经过近几年实践证明，混凝土墙体虽然有价材料用量大。但该 方法适应性广，承载力高，能够形成足够的切顶强度，安全可靠。现 在已经被广泛接受。混凝土墙的缺点在于其比较高的工程费用和施 工的复杂性以及强度上升的速度不能适应高产高效矿井工作面。还有 一些施工方法不能保证墙体及时紧密贴顶。这种技术方案的施工方法 主要有： 2.5.1. 大型自移式沿空留巷充填支架 该支架大大提高了沿空留巷的安全性，其结构复杂，支架独立 性、灵活性强、适应性以及安全性强，使用效果好。 缺陷：混凝土结构施工完成后不能紧贴顶板，导致顶板离层，增 加了留巷维护费

20、用。 2.5.2. 桶柱方式巷帮支护法 桶柱间距为 1.4 一 1.8 米，桶柱施工数量少，降低了工作量，施 工速度快，减少了对工作面生产的影响，保障了工作面的正常推进， 桶柱内混凝土的标号到300#，其试件抗压极限强度为30Mpa“，直 径为 600一 660mm的混凝土桶柱的最大支撑力可以达到976OkN。 但封闭采空区不方便。效果比整体混凝土墙体差。 2.5.3. 膏体混凝土 膏体混凝土 ,其主要成分是硅酸盐水泥、砂、粉煤灰及膏体混凝 土外加添加剂。凝固速度快、早强的特制充填体,其最大强度能达到 11 2 MPa。充填体宽 2.5 m,高 3.4 m。 这种方法的优点是膏体状便于施工。缺

21、点是强度和采矿关系的不 协调性，导致材料用量大很多。 2.5.4. 柔性模板技术 柔性模袋技术出现在上世纪早期。将此工艺用到沿空留巷是一 个创新。这一技术2006年由中国矿业大学和邯郸矿务局首先应用到 沿空留巷的隔离墙施工上并取得一些成果，但由于使用的是高水材料 存在许多问题没有得到推广。而后2009年由西安科技大学和邯郸矿 务局合作将此技术改良并以混凝土作为充填取得良好效果。这一技术 的应用使得现浇混凝土技术在沿空留巷的施工工艺得到简化。但这一 技术的显著缺点是混凝土的预制过程非常复杂。需要将石子砂子烘干 与水泥和外加剂按照比例干混搅拌后二次装袋运到井下后再次加水 搅拌后送入混凝土泵输送。

22、技术工艺还是相当复杂的。 下图是现场应 用效果。图 3?6 袋注混凝土技术的应用 编辑本段 2.6. 现浇混凝土隔墙技术评价 在过去的沿空留巷实施中， 失败比成功多。 因此对沿空留巷技术 产生了副作用， 大多数人失去信心。 通过近几年的研究终于使人们认 识到过去沿空留巷的失误多是因为隔离墙的强度和支护接顶问题造 成的。近几年现浇混凝土技术隔墙的应用给沿空留巷技术带来了新的 生机。混凝土的先天的优势能够满足工程需要。虽然混凝土是目前理 想的隔墙方法，但还是有一些不足。 目前混凝土施工中的主要缺陷是： 12 l 使用钢模板的各种支架或模板都存在模板漏浆，影响施工质 量； l 钢模板很难解决墙体接顶

23、问题，容易造成顶板与墙体之间形成 不均匀空缝，容易造成顶板过量下沉导致支护效果大打折扣； l 现浇混凝土强度需要28 天的最终强度，任何添加剂也只能保证 先期强度的上升。并不能保证任何情况下完全满足回采动压的需要， 因此，只能靠加大混凝土墙体尺寸解决，造成混凝土的浪费； l 柔性模板能够解决接顶和漏浆问题，但不规则的外表会造成混 凝土有效承载利用率下降。 一次柔性模板不适合于采高超过2 米。一 次性柔性模袋成本较高。 2.7. 封闭注浆砌筑技术（惠兴田教授的专利02985583491 ） 矸石 充填虽然支护效果差，但具方便简单廉价特征；换句话说，只要能够 克服矸石充填法的支护贴顶初撑力问题，就

24、会形成一种廉价高效的沿 空留巷技术方法。砌体结构虽然材料用量大，运输施工都有不便，但 具有较大变形情况下的较高初撑抵抗能力。换句话说，只要能够提高 砌体结构的初撑能力， 这种具有初撑能力的砌体结构将会比现浇混凝 土更优秀。封闭模铸砌体就是为了克服上述两种方法的缺陷产生的 一种全新的隔离墙结构。 封闭注浆指的是将砌体干砌成到一个封闭的 袋模具内形成一个袋模包裹的干砌体结构，然后通过高压将水泥浆体 注入这个封闭到袋模中的干砌体的细小空隙内形成一个具有强力支 撑力的新的混凝土结构。 因此，这样的砌体施工技术具有几个显著优 点：预制砌块能够保证最佳混凝土效果，比现场泵注的自密实混凝土 13 墙提高 2

25、0%；砌体预制混凝土块对顶板提高及时强大的被动初撑力， 可以减少墙体厚度15%，保证沿空留巷的安全性；注浆砌缝在 3-7 天内能够提供一定的让压特性释放切顶时候的矿压峰值；施工快速， 效果直观，可靠性是目前所有形式中最好的 3. 沿空留巷技术分析 3.1. 图 4? 2 采空区外侧煤体内矿压表现沿 空矿压特点传统的矿压概念参见图 4?1 采空区外侧煤体内矿压表现。 实际上矿压的演化在采空区侧煤体内是一个随时间和距离变化的函 数。作为沿空巷道，仅凭图 4? 1 采空区外侧煤体内矿压表现是远远不 够的。沿空巷道是处在采面后侧。 位于采矿区后侧的煤体内矿压是空 间和时间的函数。 从纵向空间的观察来看

26、， 工作面后侧煤体顺沿空巷 道向后煤体中矿压的变化是距离的函数。从以往的研究成果看， 采面 后侧 15-30 米是矿压急剧上升区域。从横向观察来看，采空区外侧煤 体矿压分布是图 2?2 采空区外侧煤体内矿压表现图 4? 3 沿空侧煤体 在采面刚过后的矿压表现以时间的观点来看，煤体中的每一点要经 受超前压力、采动矿压和采面过后又一次老空垮落矿压。 3.2. 沿空巷道矿压分析作为沿空留巷的最为关键的是研究支撑 隔离带上部顶板的矿压特征， 以确定合理的支护形式和支护强度。研 究留巷顶板的矿压特征以确定合理的顺槽初期支护方案和支护参数。 沿空巷道顶部要经受矿压分布，掘进动压，回采超前动压外，更严重 的

27、是要经受回采后侧矿压的又一次剧变动压后保持稳定性。一般顺槽 在经受回采动压后就遭到严重破坏，在采空区后侧采空区垮落形成的 剧烈矿压过程中彻底崩溃形成垮落。 14 编辑本段 3.3. 沿空巷道顶部矿压特征 沿空隔离墙体上部顶板矿压力学表现是我们设计隔离墙的基 础。 3.3.1. 顶板宏观表现 煤层开采后采空顶板的活动跟支护状况有关。图 3?4 采面过后支 撑顶板会使顶板岩层折断。 这一过程决定于支护方式和支护强度。由 于沿空巷道一般要经过4 次矿压显现。沿空巷道的围岩变化是非常复 杂的。顶板离层和老顶折断理论可以方便的说明沿空巷道后支撑墙体 结构和强度对巷道稳定性的影响。用什么支撑？我们一直不慷

28、慨！是 不是不掏钱能够实现？图 4?4 采面过后支撑顶板会使顶板岩层折断 图 1? 0 不同支撑强度使得顶板形成不同形式的垮落图 4?6 不同支撑强 度顶板的宏观断裂状态 3.3.2. 顶部微观表现 掘进期间稳定平衡微量离层回采超前动压影响掘进支护图 4? 7 回采巷道生命周期采面采面采面 3.3.3. 顶板力学表现 静力平衡过程： 在掘进过程中， 刚暴露的顶板会具有向巷道内部 移动变形的趋势， 这时候顶板还是处于原岩状态，内部没有明显的裂 隙和层理离层。在经历数小时后，顶板开始产生较大位移，顶部岩层 离层开始产生明显裂隙， 这种微小的离层裂隙是一般支护都无法阻止 的。掘进过程中这种岩体位移的

29、新的平衡一般需要数天到数月甚至更 长的时间。一般岩体能够在一个星期达到一个相对平衡。回采动态平 15 衡回采期间超前动压，周期来压，支架动压，后巷动压平衡。在动压 平衡的几个阶段中，每一个过程都是对支护体系的一次考验。图 4? 8 沿空巷道生命周期全过程回采过程动压影响采面掘进期间稳定平 衡微量离层 回采超前动压影响掘进支护采面采面采面支架动压影 响后支撑后采空动压后支撑材料力学特征。图 4? 8 几种不同性质材料 力学特性岩石抗压岩石抗拉钢材抗压抗拉 235-540Mpa10-60Mpa0.2-1Mpa 图 4? 10 同一个坐标系的岩石和钢材 特性上述图 3? 9 同一个坐标系的岩石和钢材

30、特性给我们揭示 了： l 钢材的强度能够对岩体加固的原因是其高强度；l 钢材必须和 岩土变形一致才能够起作用，而且作用很小；l 只有高预应力钢材才 能够很好的对岩体起到加固作用；l 沿空后巷砌墙必须紧贴巷道顶板 才能有效支护巷道 编辑本段 3.4. 沿空留巷支护对策 图 4?11 沿空巷道支撑强度影响支架动压影响后支撑后采空动 压后支撑 后采空动压高强支撑上述沿空矿压特点，沿空巷道矿压分 析，沿空顶部矿压特征全面分析了沿空巷道相关工程和力学问题。根 据分析结果提升如下原则：l 顺槽掘进过程支护必须及时减少顶 板暴露时间 l 支护必须施加足够的预应力减少顶板离层l 顶板应 该使用强力钢带以增加横

31、向约束力和群锚效应 l 沿空巷道后支 护结构必须足够强大以抵抗巷道后期2次动压 l 沿空巷道后支撑 结构应该有贴顶能力以形成强力对抗支护减少顶板过量下 沉 l 沿空巷道后支护可以采用注浆技术加固顶板以提高顶板完 16 整性，对沿空留巷支护对策的总结可以一句话：l 一语道破天机，强 度决定留巷！ 4. 封闭模板沿空留巷新专利（惠兴田）分析了国内外 沿空留巷技术和实践的发展现状， 研究了目前沿空留巷隔离墙带支护 技术方法和实践。 经过几十年的研究我们认识到传统的几种方法失败 的原因是隔离结构的强度与实际需要相差太远。沿空隔墙需要足够强 度承载采空区边缘的切顶压力。传统的支架支柱， 预制水泥砌块和矸

32、 石被动充填不能很好的实现支护效果，不能满足控顶和密封的需要。 其原因都是因为没有足够的支护强度以至于使采空侧产生切顶。现浇 混凝土技术方案能够在采矿条件允许情况下（回采速度适合） 能最大 限度的满地强度的要求， 只有支护施工工艺合理就能够及时切顶。在 近几年的实践中混凝土被认为是当今最为理想的方案。因此，沿空留 巷的关键技术是：高强度， 墙外切顶。保证顶板完整性的同时让压力 向深部转移。严密封，稍微让压。保证墙体完整性的同时严格密封采 空区。 编辑本段 4.1. 混凝土隔墙技术分析 整体高强度适应性广。但早期强度较低，柔模成本很高，施工准 备成本高现浇混凝土隔离墙是现有技术中适应性最广，应用

33、最可靠 的方法。但其施工中还有不足。分析如下：刚性模板现浇混凝土不 能很好的解决墙体贴顶问题。为解决此问题，中国矿业大学在2007 年和西安科技大学在2009 年曾经发明了不同形式的柔性袋装泵送混 凝土施工技术给沿空留巷带来新的生机。但该方案柔性模板的生 产成本投入较大， 施工的墙体不规则造成承载力相对较小。为了补足 17 这个缺点就需要增加墙体厚度，使得比现浇滑模材料消耗量增大约 5-8%。重要的是柔模的强度不能适应2 米以上的采高需要，加高柔 模会产生非常高的成本。目前柔模的成本在每一立方混凝土中达到 400元以上。各种现浇混凝土不能解决采动矿压的及时支撑问题。比 如，一些工作面回采速度达

34、到每日5-10m，需要墙体能够在3-5 天达 到最大承载力。 这不符合混凝土的强度上升规律。为了补足这一缺陷 只有靠增加墙体厚度来解决（比一般墙体要多出25%的材料消 耗） 。袋注混凝土都是自密实混凝土结构。这种自密实混凝土结构比 振捣混凝土强度降低大约15%解决这个问题的方法就是增加墙 体厚度（材料消耗量增加10-15%；自密实混凝土比常规混凝土增加 添加剂的成本多出20%以上） 。由上分析可知：这种袋注自密实混凝 土与一般刚性模板混凝土技术比起来具有优势，已经在现场应用取得 巨大成功。但这一技术其混凝土初期3-7 天的抗压强度的不足、自密 实的强度损失缺陷以及柔性模板强度等问题还需要进一步

35、的技术创 新。袋注自密实混凝土是现今泵送混凝土隔离墙技术中比较理想的方 法 编辑本段 4.2. 封闭注浆砌筑技术方案 封闭注浆砌筑技术是为了克服袋注混凝土早期强度低、成本高施 工效率低而开发的矸石充填虽然支护效果差，但具方便简单廉价特 征；换句话说， 只要能够克服矸石充填法的支护贴顶初撑力问题，就 会形成一种廉价高效的沿空留巷技术方法。砌体结构虽然材料用量 大， 运输施工都有不便，但具有较大变形情况下的较高初撑抵抗能力。 18 换句话说，只要能够提高砌体结构的初撑能力，这种具有初撑能力的 砌体结构将会比现浇混凝土更优秀。封闭注浆指的是将砌体干砌成到 一个封闭的袋模具内形成一个袋模包裹的干砌体结

36、构，然后通过高压 将水泥浆体注入这个封闭到袋模中的干砌体的细小空隙内形成一个 具有强力支撑力的新的混凝土结构。因此，这样的砌体施工技术具 有：预制砌块能够保证最佳混凝土效果，比现场泵注的自密实混凝 土墙的提高 20%； 砌体预制混凝土块对顶板提高及时强大的被动初撑 力，可以减少墙体厚度15%，保证沿空留巷的安全性；注浆砌缝在 3-7 天内能够提供一定的让压特性释放切顶时候的矿压峰值；施工快 速，效果直观，可靠性是目前所有形式中最好的 5. 封闭模铸砌体隔墙沿空留巷技术简介沿空巷道的秘诀在于： l 高强才是硬道理。高强能够承受多次动压高强能够及时切顶远离 煤壁高强能够保证巷道最小的维护成本能够接

37、顶的高强才是真正 有效的高强封闭模铸专利技术中，封闭模铸砌体技术具有施工方便 简单，成本的，支护强度高，密闭性好，设备投资小等优点。因此， 在王斜矿实施沿空留巷选择封闭模铸砌体技术。 沿空留巷技术能否实现的关键就决定于砌墙技术的完善性。 在研究了国内外沿空留巷技术和目前国内使用效果最好的混凝 土隔墙技术的基础上。西安科技大学惠兴田教授科研团队从2006 年 开始专注于沿空留巷技术的研究。2009 年至 2010 年发明了滑模泵铸 混凝土、复合模铸隔墙和封闭模铸砌体沿空留巷隔墙技术3 项专利。 特别推荐的模铸砌体结构因为技术思路简洁直观，施工工艺简化， 投 19 资小，容易上马是现代沿空留巷隔墙

38、技术上的大的创举。 编辑本段 5.1. 泵注混凝土技术分析 现浇混凝土不能解决采动矿压的及时支撑问题。一些工作面回采 速度达到每日 5m 以上，需要墙体能够在3-5 天达到最大承载力，这 不符合混凝土的强度上升规律。 现场为了解决现浇混凝土的强度上升 速度缓慢的问题， 只有靠增加墙体厚度来解决。 这就形成比一般墙体 要多出 25%的材料消耗。 袋注混凝土都是自密实混凝土结构。这种自 密实混凝土结构比振捣混凝土强度降低约15%，费用增加 15%。解 决这个问题的方法也是靠增加墙体厚度，因此导致材料消耗量增加 10-15%。现浇混凝土施工工艺管理相当复杂。需要建设地面大型烘 干砂子石子；需要混凝土

39、干拌；需要重新装袋；需要井下二次拌合。 工序多，环节多，任何小的故障就可能影响生产全局。由上分析可知： 这种袋注自密实混凝土虽然已经在现场应用取得巨大成功。其成功秘 诀是其高强度特性能够支撑大悬臂梁顶板的动态变化。但这一技术其 混凝土初期 3-7 天的抗压强度的不足、 自密实的强度损失缺陷以及柔 性模板强度等问题还需要进一步的技术创新。 编辑本段 5.2. 现浇混凝土显著缺点 5.2.1. 材料制备复杂工艺带来很多麻烦 大型烘干设备设备投资大石子砂子上料烘干工作量 很大，电费惊人。水泥开袋费工费时，环境污染砂石水泥再加 外加剂干拌料特种砂石和外加剂成本很高准备包装袋子 增加成本将混合料装袋工作

40、量加大 20 5.2.2. 装袋或是专用罐车运输到井下 5.2.3. 泵送混凝土施工要求高，不慎容易堵管对工作影响很 大 5.3. 图 6? 2 封闭模铸砌体技术图解模铸砌体技术介绍封闭注浆指 的是将砌体干砌成到一个封闭的袋模具内形成一个袋模包裹的干砌 体结构，然后通过高压将水泥浆体注入这个封闭到袋模中的干砌体的 细小空隙内形成一个具有强力支撑力的新的混凝土结构。 5.3.1. 封闭模铸砌体技术特点 利用预制混凝土工艺质量稳定可靠强度高的优点，以砌块作为墙 体硬质内核以便形成高强内核支撑动压和顶板突变；保证沿空留巷的 安全性。利用纤维可变弹性的优点作为复合模板的内胎模以适应围岩 不规则多变性以

41、保证墙体贴顶密封；确保切顶发生在远离煤壁外。 利 用注浆工艺简单充填致密的优点，作为封闭充填以达到密闭； 利用刚 性外模板作为墙体接顶成型保证工程质量。注浆砌缝在 3-7 天内能够 提供一定的让压特性释放切顶时候的矿压峰值；图 6? 3 沿空留巷专利 系列 5.3.2. 封闭模铸砌体沿空留巷隔墙优点 封闭模铸砌体沿空留巷隔墙施工工艺克服了现有现浇混凝土技 术的几个缺陷：硬质内核克服先期强度不足的严重缺陷，减少混凝 土用量 15-30%；具有内胎模的刚柔复合模板克服了各种刚性模板 的漏浆和接顶不实的缺陷；硬质内核砌体注浆技术克服了泵送混凝 土易堵管的难题； 复合模板技术可以减少柔性模板消耗，使模

42、板成本 降低 30%。干砌工艺使得机械装备减少80%；速度提升 50%；成本 21 减少 30% 施工工艺相当简单。施工快速，效果直观，可靠性是目前 所有形式中最好的任何矿都很容易上马。起点很低，很小的投入就能 够开始。图 6?5 模铸砌体技术特点 编辑本段 5.4. 研究过程剪影 图 6?5 注浆材料特性研究图 6? 6 不同参数试验。图 6? 7 各项参数 反复测试。图 6? 10 外模加固检测 图 6? 11 注浆过程模袋漏水不漏浆保 证墙体内任何缝隙注浆饱满。图 6? 14 注浆浆液无孔不入使得空心砖 的任何空间都非常饱满的充浆。图 6?15 浆液与试块混为一体很难分 辨封闭模铸砌体主

43、要适应于沿空留巷的现状特征在于：l 砌块预制可 以最大限度发挥水泥的强度作用， 在同样用料的情况下强度可以提升 50-200%；混凝土质量可靠； l 以砌块为核心的硬质软包裹墙体能够 及时释放和承受任何不可预测的回采动压作用。这种“释放和承受” 同时并存的特征是现阶段任何沿空留巷隔墙所不具备的优良特性。 l 注浆结构能够保证墙体内任何细小的缝隙都充满浆液，更主要的是 能够保证有足够的注浆压力使得模铸砌体对顶板和相邻墙体施加一 定的结合力。 能够绝对保证墙体的密封性。保证不会泄露任何有害气 体和老空水。 l 模铸砌体结构沿空留巷隔墙设备只要一套注浆泵就能 够实施，材料不需要一般井下泵送混凝土的复

44、杂制作和二次装袋等手 续，是目前沿空留巷混凝土隔墙技术中设备最少，施工工艺最简单的 技术，很容易被任何矿接受。 以上技术资料来自西安科技大学惠兴田 教授的研究报告。如有问题可与他本人联系。 22 3110 工作面沿空留巷安全技术措施 工作面停采位置： 3108材料道 C 点前 65.1 m，3110材料道 4 点 前 18m，两者相差 57.6m，与工作面形成直角三角形。为保证资源回 收，采用推进中逐渐从3108 材料道回收 (沿三角形斜边收作 )，在工 作面内留巷的方法回采。 为确保收作留巷时的安全生产特编制技术措 施如下： 一、沿空留巷技术措施： 1、工作面老塘侧打木垛，中对中间隔为3m。

45、 2、木垛之间使用直径不小于0.16m 的大料扶棚支护顶板。其棚 距为 0.7m。木垛上方使用直径不小于0.16m 的大料扶棚支护顶板。 顶部和老塘侧使用进尺时的塑笆和枇子瞒顶闭帮。煤壁侧使用木腿支 撑，塑笆和枇子闭帮。 3、工作面每推进一米向下缩1.2m（两棚） 。 4、留巷净宽 1.6m， 净高 1.6m。 二、沿空留巷材料： 方 木：1200 mm160 mm160 mm。 大 料：1800 mm160 mm 三、沿空留巷安全技术措施： 1. 进尺时确保护顶质量， 严格按照不低于 0.15m的系绳要求连接 塑笆。 2. 施工前将所用料运至使用地点码放好，不得影响行人和通 风。 3. 收作

46、前打闭帮柱，掐缩工作面溜子，再扶棚，打好木垛。 4. 扶棚腿角 15并有 0.1m 以上的柱窝。 23 5. 扶棚支护不得出现喝风、晾牙。支护和顶帮之间的缝隙，必须 塞实、闭紧。严禁空帮和瞒伪顶。 6. 木垛要打在实底上，不得在浮煤、浮矸上架设，木垛要垂直顶 底板，四角成直线。 1m长的方木横向放置， 1.2m 的方木竖向放置， 方木交叉处外部多余部分不低于35cm。木垛必须四角封实。每角 不超过一块木鞋和调节楔。 7. 回料时回料地点上方5m 外，有专人警戒。回料地点下方由回 料人员负责警戒，禁止行人通过。 8. 使用手拉葫芦或拔柱器回料时，要选择牢固的棚子作为吊 点，专人观察棚子变化， 发现塑笆破裂窜矸应及时使用板梁或竹 笆瞒严，发现险情及时撤出人员，待顶板稳定后再回料。 9. 回出的支柱及时转出工作面到指定位置码放。面中杜绝存 料，保证行人安全。 10. 其它仍按 3110 工作面作业规程执行。