沿空留巷的理论与实践

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1、第一章沿空留巷的矿压显现的基本特征实现沿空留巷的技术关键是沿空巷道的顶板岩层控制。沿空留巷由于受两次采动的影响，矿压显现十分强烈，顶底板移近量和两帮移近量都很大．因此，在开采中厚以上煤层时，能否有效控制和适应巷道围岩变形就成为应用沿空留巷和保障安全生产的关键。第一节沿空留巷矿压显现的—般规律根据前人的研究成果；沿空留巷矿压显现的一舶规律可以归纳为：(1)在回来工作面后方附近，由于裂隙带岩层取得平衡之前的急剧沉阵，引起巷道顶板在短期内剧烈下沉，已采区冒落岩石在上覆岩层作用下向巷道挤压。一般情况下，沿空留巷的顶板下沉速度在工作面后

2、方10~20m处最为强烈，顶扳下沉主要发生在工作面后方0~40m的范围内，60~70m以后，顶扳下沉趋向稳定。(2)直接顶板冒落后，能填满采空区，使老顶能处于平衡状态的顶板岩层，采动期间沿空留巷的顶板下沉量与煤层采厚呈正比关系，一般少则为采厚的10％，多则为15％~20％，基本上属于“给定变形”。煤层采厚愈小，愈有利于沿空留巷的维护。（3）沿空留巷的项板下沉量随巷道宽度和悬顶距的增大成正比增长。(4)沿空留巷靠采空区一侧的顶板下沉量比靠煤帮处要大1倍左右，直接顶板明显地向采空区方向倾斜，倾斜度与上方裂隙带岩层相近似，一般为6度

3、左右。（5）煤帮的应力和稳定性对沿空留巷的顶板也产生明显影晌。若巷道的煤帮遭到严重破坏，裂隙带岩层的沉降就会向媒体纵深发展，巷道的顶板下沉量和煤帮位移量都将显著增长。(6)沿空留巷的支架难以阻止上位岩层取得平衡以前所产生的顶板沉降，但足够的支架阻力能避免直接顶严重破裂，并使其与上位岩层之间不产生较大的离层。因此，凡直接顶板冒落后能使老顶获得支承和平衡的顶板岩层，基本支架的阻力可按能支承直接顶板的岩层重量考虑，即相当于4倍采厚的岩层重量，支架的可缩量应能与裂隙带岩层的沉降量相适应。(7)如煤层上部覆盖自身不能平衡的坚硬岩层，则需

4、要设置强力的切项支架，甚至需人工挑顶，为老顶平衡创造条件。否则，沿空留巷的顶板下沉量可能显著增加，甚至沿煤帮切顶。(8)沿空留巷支架的工作阻力是支架—围岩相互作用的结果。支架的工作状态主要取决于支架的结构和顶底板岩层的性质。沿空留巷对支架工作状态的要求是，巷道受采动影响后，支架能迅速增阻，然后保持恒阻的工作状态。（9）在上区段工作面后方附近的沿空留巷维护比较困难，随着采空区顶板岩层运动趋向稳定，巷道的围岩变形速度迅速衰减并趋稳定，直到受下区段工作面采动影响期间，巷道维护不太困难。(10)沿空留巷时，如采用穿梭式或前进式采准系统

5、，巷道的顶板下沉量远超过目前的后退式回采。切顶失稳沿空巷道煤帮无论是老顶断裂前呈“悬臂梁”结构，煤帮作为悬臂梁的唯一支撑点，还是断裂后呈“砌体梁”结构，作为两个支撑点中的一个，均承受着老顶及上覆岩层较为集中的支承压力，致使煤帮产生严重的变形和破裂，导致老顶煤帮切落，发生切顶失稳。回转失稳老顶在从“悬臂梁”到“砌体梁”结构的形成过程中，老顶的断裂与下沉是不可抗拒的。正是由于老顶断裂形成的岩块B的回转和下沉，使岩块C成为岩块B的另一个支撑点。如果采高大，伪顶、直接顶厚度小，煤层回采后冒落的矸石少、充填高度低，导致岩块C的下沉空间大

6、，岩块C与岩块A之间的高度差增大，岩块B的倾斜增大，岩块B与岩块C不能铰接形成“砌体梁”结构，就会以煤帮侧为支撑点，发生回转失稳。破断失稳在巷煤帮和岩块C两个支点能支撑起老顶的时候，如果留巷巷道宽，老顶受断层等地质构造影响不完整或者厚度小，老顶承载不了自身及上覆岩层的载荷，将会在巷道上方断裂，产生破断失稳。由于老顶破断的同时，伪顶和直接顶也随着冒落下来，因而又称作垮冒失稳。冒落失稳巷道顶板受到强烈的掘进和采动影响，特别是在超前支压和采空支压的叠加作用下，导致伪顶、直接顶发生较大的位移和变形，与老顶产生离层，在岩块B的回转挤压下

7、发生冒落失稳。巷内基本支护主要是加固煤帮和维护留巷巷道上方顶板的完整性，防止切顶和冒落失稳。由于留巷巷道受力集中、采掘扰动大，造成围岩松动圈和位移量大，为保持沿空留巷的稳定性，降低围岩的位移量和松动圈厚度，必须从提高围岩强度和改善围岩受力状态两方面着手。工字钢梯形棚、U型棚不是理想的支护形式。而锚网组合支护体系，特别是现在的超强锚杆、锚索和高刚度螺帽、托盘等附件，具备施加高强的预紧力，最大程度的挤压紧固巷道围岩提高岩体的整体承载强度，形成具有一定强度和刚度的承载层，同时将上覆岩层的垂直应力转移到巷道两侧的深部岩层，改善巷道周边

8、应力场。巷旁增加支护虽不能控制顶板岩层的活动趋势，但可以与岩块C一起或代替岩块C成为采空区侧的支撑点，与老顶围岩形成“简支梁”结构。而且巷旁支护如果初撑力大，支护及时，不仅可以阻止岩块A与岩块B的断裂，而且能过早地分担老顶和上覆岩层的载荷，降低煤帮负担，有效控制老顶的回转失稳