无煤柱沿空留巷技术.pdf

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1、2煤矿支护2014年第2期石家庄中煤杯参评论文无煤柱沿空留巷技术张农阚甲广韩昌良郑西贵[1一中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室，江苏徐州22l116；2一湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南雀重点实验室，湖南湘潭411201]摘要沿空留巷是煤矿实现无煤柱连续开采的关键技术，并在煤层群卸压开采和煤与瓦斯共采技术中获得创新应用。本文分析了沿空留巷围岩结构的演变过程，提出了基于留巷大小结构稳定的区域应力优化与控制原理，制定了以煤巷“三高”锚杆支护配合采前顶板预裂爆破、采动加固、二次利用的留巷围岩动态过程控制技术，总结了留巷“三大”系统、四类常

2、用留巷墙体留设方式和相应留巷装备及材料。介绍了3种典型开采条件下留巷在无煤柱连续开采、二次利用及煤与瓦斯共采中的应用实效。最后对沿空留巷在煤炭资源回收和煤与瓦斯共采方面的应用前景进行展望，提出我国东、西部矿区应用沿空留巷存在的技术问题。关键词沿空留巷围岩结构应力优化工艺材料装备层、中厚煤层到厚煤层综放开采和大采高一次采全厚开采。2003年以来，以袁亮院士为首的无煤柱煤与瓦斯共采团队在淮南矿区沿空留巷是在采煤工作面后方沿采空区以沿空留巷为手段，以治理瓦斯为目的，在边缘维护原回采巷道，实现Y型通风、瓦实现充填材料技术经济合理化、充填工艺及斯抽采、下区段回采等

3、功能的回采巷道布置装备机械化、留巷围岩控制系统化的基础方式和控制技术。由于其在提高煤炭资源回上，成功地将留巷技术应用到低透气性煤层收率、改善采掘接替紧张局面、降低巷道掘群连续卸压开采和煤与瓦斯共采等新的领进率、消除煤柱应力集中和瓦斯、动力灾害域，使沿空留巷的研究和应用进入更高等方面效果显著[】]，已经成为我国煤炭资水平。源绿色、安全、高效的开采技术之一_4]。1．2研究现状1．1发展历程目前沿空留巷相关研究主要集中在围岩国内外沿空留巷研究已有较长的历结构分析、巷旁支护以及充填材料性能等方史[5。英国在井下试验高水材料巷旁充面。代表性的有陆士良提出的沿空留

4、顶板受填取得成功，随后德国、波兰等国引入沿空裂隙带岩层取得平衡之前的“给定变形”影留巷技术。我国沿空留巷技术发展始于20响口，朱德仁、何廷峻等提出的工作面端世纪50年代，巷旁支护经历了矸石墙、密头“三角形悬板”对留巷变形影响[13，集支柱、砌块、高水材料到高强混凝土材料孙恒虎等提出的留巷顶板岩层“叠加层板”的发展过程，巷内支护形式由木棚支护、工理论_1，漆泰岳、涂敏等对留巷基本顶应字钢梯形支架支护演变到型钢可缩性金属支力及结构对留巷墙体受力及变形的分架支护和锚梁网索支护，工程应用由薄煤析¨]，李化敏等提出的基于沿空留巷各4煤矿支护2014年第2期围内，使

5、留巷免遭过大的载荷和变形。当煤高预拉力、后期高承载力的前提条件，高层直接顶很薄，或厚层坚硬顶板直覆时，顶刚度支护附件则是保证支护阻力有效扩散板运动与巷道来压将呈现出特殊性(如图的必要条件。相对于传统的砌碹支护、棚2．a)，坚硬顶板由于其强度高和完整性好，式支护及普通锚杆支护形式，三高锚杆技不易在墙体外侧产生破断，形成的长悬臂结术能够在支护初期为巷道围岩提供更高的构对沿空留巷围岩形成高值附加应力的长时径向应力补偿，有效抑制初期变形，而杆影响；大范围悬顶发生突然垮落时又容易对体对变形的高敏感度则能够实现对围岩离留巷产生冲击作用，不利于留巷的稳定性控层和扩容变

6、形的高效控制。支护阻力与围制，必须采取特殊措施，促进坚硬顶板沿墙岩变形的关系曲线如图3所示，三高锚杆体外侧切落，减小B块体长度。支护相对其它支护形式具有明显的技术优超前工作面进行顶板钻孔预裂爆破，通势，其工作原理如图3中曲线5所示：强过控制爆破参数使留巷坚硬顶板在墙体外侧初撑(第1阶段)、急增阻(第Ⅱ阶段)破断，破断后B块能够直接切落，不再对和高工作阻力状态(第Ⅲ阶段)性，围岩A块产生压力作用，充分缓解墙体压力的变形量(As)控制在较小的范围内。(如图2．b)；随着不断回转下沉，块体A将】l发生二次破断并与切落块体B产生铰接受(如图2．c)，切落块体B对

7、原位基本顶A产生支撑作用，为留巷围岩小结构的稳定性『控制提供最优的应力环境。2．3沿空留巷大小结构稳定I_虽然留巷上方顶板经过爆破致裂等措施_后，结构得到调整，应力得到优化，对留巷影响降低到最小，但是该顶板岩层仍然会回转下沉，以给定变形的形式对下方留巷造成影响。相比其他普通回采巷道，由“直接顶『一一一墙体一底板”组成的留巷内层围岩小结构围岩收变形破坏依然严重，不能实现自稳，需要采用相应巷内控制技术。卜典型支妒一崩岩关系曲线；2一传统支护；3一高强锚杆；4-高性能锚杆；5“三高锚杆”支护3沿空留巷围岩动态控制技术图3支护阻力与围岩变形关系图3．2采动加固技

8、术沿空留巷是一项系统工程，包括巷道掘基于沿空留巷区域应力优化理论，提出进、本工作