沿空留巷理论与关键技术及实践(谭云亮)PPT课件

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1典型条件下沿空留巷理论与关键技术及实践山东科技大学谭云亮2014年煤炭绿色开采高级研修班,2014,7,3,山东新汶2014-07-03

12一、研究背景二、研究内容及技术路线三、创新成果及相关技术内容四、同类技术比较五、结论汇报提纲

23一、研究背景我国煤矿90%是井工开采，每年新掘巷道总长度达10000km，80%以上是煤巷，回采巷道长度约占巷道总长度的60%以上。回采巷道留一定宽度的煤柱护巷不仅造成煤炭资源浪费，而且在煤柱处产生应力集中，易导致冲击地压等动力灾害的发生。

3一、研究背景沿空留巷技术具有以下优点：（1）提高煤炭资源回收率，降低生产成本；（2）有利于缓解矿井工作面接替紧张的局面；（3）处理矿井矸石，改善地面环境，实现绿色开采；（4）有利于矿井的可持续发展。4

45一、研究背景在现场实践过程中，沿空留巷技术应用效果差异较大，有的条件应用效果好，而有的条件留巷困难，其基本原因在于：（1）没有考虑不同条件顶板的运动破断特征及其对巷道围岩变形破坏的影响；（2）未针对不同顶板运动特征分类设计沿空留巷巷旁支护方式。

56一、研究背景二、研究内容及技术路线三、创新成果及相关技术内容四、同类技术比较五、结论汇报提纲

67（1）坚硬顶板条件下“柔强”复合巷旁充填理论与技术二、研究内容及技术路线研究内容（2）中等稳定顶板－锚固硬化矸石带巷旁充填理论与技术（3）石灰岩缓沉顶板－巷旁切顶支护理论与技术

7巷旁及巷内支护设计方案8二、研究内容及技术路线现场调研与资料收集顶板条件理论研究及室内试验研究坚硬顶板中等稳定顶板石灰岩缓沉顶板顶板破断运动规律工作面侧向顶板分期活动规律“柔强”复合巷旁充填支护力学模型“柔强”充填支护材料性能试验巷旁支护力学模型巷旁切顶支护力学模型

89二、研究内容及技术路线不同顶板条件的工作面巷道现场试验充填体结构稳定性现场观测项目研究总结与推广应用现场应用

910一、立项背景二、研究内容及技术路线三、创新成果及相关技术内容四、同类技术比较五、结论汇报提纲

10创新成果之一11三、创新成果及相关技术内容针对厚层坚硬顶板条件，建立了“顶板结构—巷旁柔强双层复合支护”力学模型，提出了基于顶板运动状态确定巷旁“柔强”复合充填材料厚度、强度及尺寸的方法，研发了巷旁柔、强两种支护充填材料，实现了坚硬顶板条件下的沿空留巷。

1112三、创新成果及相关技术内容1.1“柔强”复合充填支护力学模型坚硬顶板巷旁充填结构示意图

1213三、创新成果及相关技术内容柔性充填材料厚度

1314三、创新成果及相关技术内容采空区矸石的压缩量老顶岩梁端部下沉量

1415三、创新成果及相关技术内容充填体材料强度与宽度关系①当设计充填体宽度一定时，充填材料强度要求为②当设计充填体强度一定时，充填体宽度要求为：

1516三、创新成果及相关技术内容柔性材料：具有较大的可缩性，减缓顶板下沉，防止顶板快速下沉而产生动压冲击。高强材料：可缩性较小，强度较高，其力学性能与顶板作用相适应，能有效控制顶板的下沉运动。柔性充填材料高强充填材料1.2柔强充填材料性能试验16

1617三、创新成果及相关技术内容1.2.1柔性充填材料的开发主要原材料：发泡剂：M1、M2，工业级；稳泡剂：N，工业级；阻燃剂：TCEP，工业级；固化剂：R，自制。发泡剂对高分子“让压”膨胀材料的发泡效果和单轴压缩强度具有重要影响。发泡效果以发泡流动性表示，包括发泡高度指数和密度分布系数。17

1718三、创新成果及相关技术内容不同种类发泡剂的发泡效果和压缩强度发泡剂种类用量/g密度/(kg/m3)发泡高度指数/(cm/g)密度分布系数压缩强度/kPaM125620.520.01920328470.630.0128331420.720.00412434310.810.00286M219710.520.00928220620.560.01224322580.570.02125924530.600.016217水32420.730.00713234360.790.00510736310.850.0028938230.980.00162由于发泡剂种类不同，发泡高度指数由小到大为：M2、M1、水；密度分布系数由小到大为：水、M1、M2；压缩强度由小到大为：水、M1、M2；最终选择以M2为发泡剂。18

1819三、创新成果及相关技术内容泡沫体孔径对压缩强度的影响泡沫体闭孔率对压缩强度的影响对于同一种类的发泡剂，泡沫体的压缩强度是由泡沫基体的化学结构和泡孔结构共同决定的。19

1920三、创新成果及相关技术内容充填材料组分选择：胶凝材料：水泥，有胶凝性能的活性混合材料：粉煤灰，惰性材料：煤矸石、河砂，其他改性材料：早强剂和减水剂。1.2.2高强充填材料的开发采用正交试验设计的方法确定各材料组分的含量，对比现场工程中顶板运动作用规律，最终选择一组最优方案。20

2021三、创新成果及相关技术内容方案：水泥+粉煤灰+煤矸石颗粒+河砂+外掺剂编号水灰比（A）粉煤灰（B）早强剂（C）减水剂（D）11（0.40）1（10%）3（3%）2（1.5%）22（0.42）1（10%）1（2%）1（1%）33（0.44）1（10%）2（2.5%）3（2%）41（0.40）2（15%）2（2.5%）1（1%）52（0.42）2（15%）3（3%）3（2%）63（0.44）2（15%）1（2%）2（1.5%）71（0.40）3（20%）1（2%）3（2%）82（0.42）3（20%）2（2.5%）2（1.5%）93（0.44）3（20%）3（3%）1（1%）正交试验参数表21

2122三、创新成果及相关技术内容坍落度与单轴抗压强度设计矩阵单轴抗压强度（MPa）坍落度（cm）记号ABCD1d4d7d14d111112.76.93310.38911.78422212221.8815.3375.7629.30323313331.8946.139.19111.54212.5421231.994.7988.1588.95325522311.7374.3558.29611.64322623121.5544.9297.1049.7449731321.6354.247.2058.96822832132.0464.2176.3269.87922933211.4295.3348.46110.5381922

2223三、创新成果及相关技术内容最优配比方案充填材料中各材料用量/kg.t-1粒度/mm水水泥粉煤灰矸石颗粒河砂早强剂减水剂13416444852272.83.25～1023

2324三、创新成果及相关技术内容巷旁充填工艺1.3现场应用情况24

2425三、创新成果及相关技术内容应用实例一新汶矿区15煤层，工作面岩层柱状图如右图。该工作面运输巷净宽3.4m，中高2.5m，采用锚杆支护。

2526三、创新成果及相关技术内容应用柔强材料充填墙巷旁支护方式，柔性材料采用泡沫材料，厚度0.37m，高强度材料采用矸石混凝土厚度1.33m，充填墙宽度2.0m。

2627三、创新成果及相关技术内容11508工作面11509工作面11508外切眼11508运输巷11508回风巷表面位移观测站，每10m设一个观测站钻孔应力计，间距50m钻孔应力计（每组4个，安装深度依次为3、6、9、12m）液压枕（充填体受力观测，安设在上下分层交界处）连续安5个充填体）监测布置示意图为考察柔强材料充填墙的支护效果，对11508运输巷进行了监测，如右图。

2728三、创新成果及相关技术内容监测结果表明：煤壁处压缩量最大为246mm，充填体侧压缩量最大为142mm，留巷效果良好。

28三、创新成果及相关技术内容应用实例二29姜家湾煤矿8213工作面开采煤层为7-2#煤层，煤层柱状图如右图。该工作面2213巷为机轨合一巷，净宽4.5m，净高2.6m，采用锚网索支护。

29三、创新成果及相关技术内容应用柔强材料充填墙巷旁支护方式，柔性材料采用泡沫材料，厚度0.16m，高强度材料采用矸石混凝土厚度1.26m，充填墙宽度2.0m。30

30三、创新成果及相关技术内容监测结果表明：巷道围岩变形量得到有效控制，顶底板和两帮移近量稳定在100~120mm，留巷效果良好。31

31创新成果之二32三、创新成果及相关技术内容针对中等稳定顶板能够充分垮落的特点，获得了横向锚固矸石体应变硬化机理，研发了横向锚固矸石体巷旁充填支护工艺，取得了满意支护效果。

32三、创新成果及相关技术内容1、发现沿空留巷顶板断裂存在“五区三阶段”运动特征，创新性的提出了“锚杆-充填体”系统支护作用的留巷机理，建立了顶板巷旁充填条件下的沿空留巷力学模型。33

33三、创新成果及相关技术内容（1）一次破断阶段1.1沿空留巷顶板断裂机制顶板运动特征：在煤壁内一侧产生断裂线形成“假塑性梁”34

34三、创新成果及相关技术内容（2）二次破断阶段顶板运动特征：上覆岩层运动最为剧烈充填体一侧产生二次断裂1.1沿空留巷顶板断裂机制35

35三、创新成果及相关技术内容（3）错动离层带形成阶段顶板运动特征：岩层运动趋于稳定上覆岩层平移下沉二次破断区产生错动离层1.1沿空留巷顶板断裂机制36

36三、创新成果及相关技术内容I—垮落区II—煤壁支撑区III—一次破断区IV—二次破断区V—错动离层区（1）形成垮落区阶段（2）一次破断阶段（3）二次破断阶段（4）错动离层带形成阶段五区三阶段1.1沿空留巷顶板断裂机制37

37三、创新成果及相关技术内容1.2锚杆-充填体系统作用机理支护体受力特征：岩层运动的应力主要分布在冒落矸石上充填体和锚杆受力仍然会继承第一阶段的变化趋势，只是变化趋于缓和（1）一次破断阶段（1）一次破断阶段38

38三、创新成果及相关技术内容1.2锚杆-充填体系统作用机理支护体受力特征：充填体让压变形，为主要承载体锚杆辅助充填体支护（2）二次破断阶段（2）二次破断阶段39

39三、创新成果及相关技术内容1.2锚杆-充填体系统作用机理支护体受力特征：充填体与锚杆受力基本没有变化（3）错动离层带形成阶段（3）错动离层带形成阶段40

40三、创新成果及相关技术内容1.2锚杆-充填体系统作用机理锚杆作用:一次破断阶段二次破断阶段错动离层带形成阶段悬吊作用过渡作用加固作用互补作用将破碎岩体悬吊在稳定的岩层上通过一次破断阶段使顶板运动过渡到二次破断阶段防止岩石沿层面滑动阻止岩层间的水平错动与充填体形成平衡互补的支护体系41

41三、创新成果及相关技术内容1.2锚杆-充填体系统作用机理充填体作用:保持直接顶与基本顶的紧贴通过一次破断阶段使顶板运动过渡到二次破断阶段保持巷旁稳定平衡冒落带对应范围内的岩层的重量一次破断阶段二次破断阶段错动离层带形成阶段辅助锚杆作用过渡作用下缩让压作用平衡作用42

4243三、创新成果及相关技术内容巷旁支护力学模型沿空留巷模型示意图43

4344三、创新成果及相关技术内容巷旁充填体所需强度公式：计算得，木城涧煤矿+570m水平六石门三槽西四壁工作面巷旁充填体所需强度为17.29MPa。44

44三、创新成果及相关技术内容2、对巷旁矸石充填体的承载性能进行探究，揭示了横向锚固矸石体应变硬化机理，通过研发的横向锚固矸石体巷旁充填支护工艺，成功实现了矸石体巷旁充填支护，为矸石带巷旁充填工艺的推广应用奠定了基础。45

45三、创新成果及相关技术内容2.1矸石充填相似材料模拟实验采用相似材料模拟实验方法，对矸石充填条件下的沿空留巷巷道围岩稳定性进行模拟，研究不同开采时期充填体支承压力变化值。采用的立体模型架，长度为1.9m，宽度为1m，高度为1.5m。模型装配设计图装填后模型Ⅰ区Ⅱ区46

46三、创新成果及相关技术内容2.1矸石充填相似材料模拟实验矸石充填的选择：Ⅰ区采用1.5m宽矸石充填带+双排单体支柱，Ⅱ区采用2.5m宽矸石充填带+单排单体支柱对比实验。矸石充填支护俯视图Ⅰ区Ⅱ区A、B排测点C排测点矸石充填支护剖面图47

47三、创新成果及相关技术内容2.1矸石充填相似材料模拟实验采用高精度数字压力表（如下图所示）测试A、B、C三排支柱的压力，并采取每2秒记录一次数据，观测记录每排支柱的支承压力值。测点油缸与压力表连接图观测仪器设置图48

48三、创新成果及相关技术内容2.1矸石充填相似材料模拟实验B排C排A排（1）A、B排柱测点数据变化相对平滑，C排柱测点数据出现频繁波动，尤其在第一次压力值大幅提升后，说明2.5m矸石带+单排柱所受压力变化剧烈，支撑效果不佳。（2）C排柱测点数据普遍大于AB两排柱测点数据，说明采用2.5m矸石带+单排柱顶板压力过大，支撑能力不佳。（3）1.5m矸石带+双排柱支护，Ⅰ区B排测点数据普遍较小，这是由于A排柱承担了较多的支撑点压力，直接缓解了矸石带和B排柱的支撑压力，支撑效果良好。3.0MPa0.9MPa6.0MPa49

49三、创新成果及相关技术内容2.2合理矸石带宽度数值模拟模拟方案：模拟开采按照实际开采的先后顺序，即随着工作面的推进，不断堆积矸石充填体，提出合理充填体宽度。根据模拟充填体不同宽度分为三种方案：方案I:1.0m;方案II:1.5m;方案III:2.0m。现场工程平面图数值模拟模型图50

50三、创新成果及相关技术内容2.2合理矸石带宽度数值模拟监测点布置：51

51三、创新成果及相关技术内容（1）围岩塑性区变化方案I：1.0m方案II：1.5m方案III：2.0m充填体宽度对巷道顶板的和两帮的影响较大，对底板的影响几乎一样。2.2合理矸石带宽度数值模拟52

52方案I中的顶板塑性区最大范围达到4.0m，超出了锚杆的锚固范围（锚杆长度2.0m）之内，方案Ⅱ和方案Ⅲ的顶板和煤壁的塑性区范围分别为0.8m和1.5m，未超过锚杆的锚固范围。方案Ⅰ对顶板的控制效果最差，方案Ⅱ、Ⅲ对顶板的控制效果相差不大三、创新成果及相关技术内容2.2合理矸石带宽度数值模拟53

53（2）巷道顶底板位移顶板下沉量底臌变化方案Ⅰ与方案Ⅱ中顶板下沉相差为5cm左右，当充填体宽度继续增加时，顶板位移变化不再明显；三种方案下的底板位移变化相差不大，都维持在6.7cm-7.8cm之间。三、创新成果及相关技术内容2.2合理矸石带宽度数值模拟54

54（3）巷道两帮位移充填体水平位移煤帮水平位移当充填体宽度为1.0m时，充填体和实体煤侧水平位移分别为16.3cm和12.1cm，随着充填体宽度的增加，水平位移减小，当充填体宽度增加到2.0m时，变化不再明显。三、创新成果及相关技术内容2.2合理矸石带宽度数值模拟55

55（4）巷道垂直应力分布方案I和方案II在靠近煤壁一侧存在应力集中区，随着充填体宽度的增加，应力集中区减小。方案I：1.0m方案II：1.5m方案III：2.0m三、创新成果及相关技术内容2.2合理矸石带宽度数值模拟56

56采空区充填体巷道实体煤采空区应力和巷道顶板以上应力相近，远远比充填体和实体煤上方的应力要小，表明煤层开采以后，上覆岩层的主要承载体为充填体和实体煤。三、创新成果及相关技术内容2.2合理矸石带宽度数值模拟采空区、充填体、巷道及实体煤上方垂直应力监测：57

57随着充填体宽度的增加，充填体上方压力增大，所以充填体宽度不能太大，而是存在一个合理的宽度，如果充填体宽度太大，有可能会导致充填体上覆岩层所施加的压力超过充填体承载力，使其破坏失效，失去承载作用，而且不经济。采空区充填体巷道实体煤三、创新成果及相关技术内容2.2合理矸石带宽度数值模拟58

58（5）采场支承压力分布在工作面推进方向上，充填体宽度会对前方支承压力有较大的影响，尤其是在充填体宽度较小时，会使前方支承压力增大，如果充填体宽度太小，可能会对煤层的开采留下安全隐患，这也说明了充填体存在一个合理的宽度。三、创新成果及相关技术内容2.2合理矸石带宽度数值模拟59

59（6）模拟结果分析比较方案I(1.0m)控制围岩变形效果最差，方案II(1.5m)和方案III(2.0m)相差不大围岩塑性区变化顶底板位移两帮水平位移垂直应力采场支承压力充填体宽度不能太大充填体宽度不能太小方案II(1.5m)为最佳充填体宽度三、创新成果及相关技术内容2.2合理矸石带宽度数值模拟60

60三、创新成果及相关技术内容2.3横向锚固矸石体应变硬化机理在底板比压测试方法的基础上，自主研发了一种新的矸石墙承载力的测试方法。无锚杆约束锚杆约束61

61无锚杆约束有锚杆约束矸石墙承载力仅为6.5MPa，在超过其极限承载力以后，表现出缓慢软化的特性。三、创新成果及相关技术内容矸石墙承载力的变化情况由于受到来自侧向的约束，矸石墙承载力变化在开始阶段就表现出较快的增加，相比无锚杆情况下，承载力也更大，达到了13.4MPa。2.3横向锚固矸石体应变硬化机理横向锚固矸石体应变硬化效果明显62

62三、创新成果及相关技术内容根据现场试验现象，在有锚杆约束的情况下，如果锚杆一直能够提供侧向的约束，矸石墙承载力会因为其本身的应变硬化特性不断增大。与此同时，横向锚固矸石墙具有一个较大的变形，间接的反映出其所具有的让压变形的特性，相比一些刚性支护，横向锚固矸石墙巷旁支护在这方面具有较大的优势。2.3横向锚固矸石体应变硬化机理63

63三、创新成果及相关技术内容在滞后工作面10~20m时，矸石墙压缩量增加趋势较小，当工作面继续推进时，矸石墙压缩量开始以一个恒定的速率缓慢增加，直到滞后工作面35m左右时，由于岩层的剧烈运动，其压缩量开始急剧增加，当压缩量达到140mm左右时其压缩量开始保持不变。2.3横向锚固矸石体应变硬化机理矸石墙压缩量随工作面推进变化情况64

64试验研究在木城涧+450水平三槽工作面下顺槽，试验长度240m，沿空留巷获得成功，支护效果令人满意。2.3横向锚固矸石巷旁充填现场应用三、创新成果及相关技术内容巷道围岩稳定性可以得到有效的控制，验证了相似材料模拟试验结果与数值模拟研究结果的准确性。顶板稳定充填体稳定整体效果好65

65三、创新成果及相关技术内容3、基于煤层群开采的复杂应力特征，通过先进的数值模拟手段，阐释了煤层群开采时单层煤柱、多煤柱作用下支承压力的分布规律及其在底板中的传播规律，给出了合理的煤柱留设宽度，成功实现了沿空留巷。66

66三、创新成果及相关技术内容3.1单煤层煤柱尺寸对沿空留巷的影响京西矿区进入深部开采，采掘应力集中更为明显，这与多煤层开采煤柱留设有很大的相关性。煤层群开采时将会产生支承压力相互干扰的现象，沿空留巷异常压力现象更加明显，影响煤矿安全生产。为避免或减轻煤柱支承压力的影响，通过对轴14槽倾向17°煤层两侧不同程度的开挖，分别对60m、50m、40m、30m、20m、10m、5m等不同煤柱尺寸时支承压力分布状况及在底板中的传播规律进行模拟研究。大安山矿煤岩层分布模型示意图轴14槽轴13槽轴12槽轴10槽67

67三、创新成果及相关技术内容3.1单煤层煤柱尺寸对沿空留巷的影响不同宽度煤柱中支承压力和应力集中系数分布图：60m50m40m30m20m10m5m68

68三、创新成果及相关技术内容3.1单煤层煤柱尺寸对沿空留巷的影响不同宽度煤柱时底板岩层中的应力分布图：60m30m5m40m50m10m20m69

69三、创新成果及相关技术内容3.1单煤层煤柱尺寸对沿空留巷的影响煤柱宽度/m支承压力分布支承压力传播特征曲线形态特征峰值压力集中系数在倾斜煤柱下方呈近似半椭圆形传播；其增高区传递深度和影响范围与煤柱宽度有关，其煤柱宽度越宽，其在底板中的传播深度越大，在底板中影响的宽度也越大；当煤柱宽度达到一定数值时，煤柱下方增压区传播深度不再随煤柱宽度增加而增大。40~60较均匀、整体压力较大2.6~3.210~30单峰分布、最大区位于煤柱中上部3.6以上5~10不规律4.0~5.0由以上两组图可知：70

70三、创新成果及相关技术内容3.1单煤层煤柱尺寸对沿空留巷的影响通过对倾斜煤层不同煤柱宽度下支承压力在底板中传播深度的统计，对采集的数据点进行方程式拟合分析，得到煤柱下支承压力传播深度h及集中系数k分别与煤柱宽度x的关系式为：71

71三、创新成果及相关技术内容3.1单煤层煤柱尺寸对沿空留巷的影响煤柱尺寸h/m煤柱支承压力分布规律h>20倾斜煤柱上的集中系数较大，支承压力较大，并影响到下部13槽的原岩应力分布10

72三、创新成果及相关技术内容3.2多煤层煤柱尺寸对沿空留巷的影响在14槽10m煤柱，13槽中部留设10m煤柱的基础上，根据12槽煤留设煤柱不同位置和不同尺寸，设计六种多煤层留设煤柱组合方案，对不同方案中的支承压力分布及传播规律进行进行比较分析：方案一：12槽上侧留设20m煤柱；方案二：12槽上侧留设10m煤柱；方案三：12槽中部留设20m煤柱；方案四：12槽中部留设10m煤柱；方案五：12槽下侧留设20m煤柱；方案六：12槽下侧留设10m煤柱。上部中部下部73

73三、创新成果及相关技术内容3.2多煤层煤柱尺寸对沿空留巷的影响方案一方案二方案四方案五方案六方案三12槽煤柱不同尺寸及位置时支承压力和应力集中系数分布图74

74三、创新成果及相关技术内容3.2多煤层煤柱尺寸对沿空留巷的影响12槽煤柱不同尺寸及位置时底板岩层中的应力分布图方案二方案三方案一方案四方案五方案六75

75三、创新成果及相关技术内容3.2多煤层煤柱尺寸对沿空留巷的影响煤柱宽度/m峰值压力/MPa峰值压力位置峰值集中系数普遍传播深度位置优劣2032~3713槽煤柱方向的一侧3.15~3.74较大中部>下侧>上侧1036~43煤柱中部3.60~4.40较小中部>下侧>上侧10m煤柱支承压力普遍高于20m煤柱的支承压力，传播深度普遍低于20m煤柱，整体来看，10m优于20m煤柱，煤柱位置中部优于下侧，下侧优于上侧。12槽不同尺寸及不同位置煤柱情况比较76

76三、创新成果及相关技术内容3.3现场应用方案三方案四方案五方案六3.03.23.43.63.84.04.2支承压力集中系数12槽煤柱集中系数1520253035404512槽煤柱支承压力传播深度/m大安山煤矿缓倾斜煤层工作面采用留巷的采煤巷道布置方式，解决了双巷布置时上区段运输平巷与下区段回风平巷之间的煤柱损失问题，同时减少了受集中支承压力的影响，在轴9上槽、轴5下槽进行了试验，取得了较好的实验效果。轴9上槽顺槽沿空留巷支护效果图77

77创新成果之三78三、创新成果及相关技术内容在揭示石灰岩缓沉顶板运动规律基础上，提出了巷旁单体液压支柱+锚索+爆破辅助切顶巷旁支护方式，为实现石灰岩顶板沿空留巷提供了保障。

7879三、创新成果及相关技术内容3.1巷旁支护力学模型石灰岩顶板沿空留巷巷旁切顶力学模型

7980三、创新成果及相关技术内容巷旁所需切顶力计算公式：计算得，滨湖煤矿16101工作面材料巷巷旁所需切顶力为837.2kN/m。其中：

8081三、创新成果及相关技术内容3.2巷旁切顶关键技术研究（1）巷旁密集单体支柱切顶单体支柱可提供较大的支护阻力，作为采空区侧悬露岩层（悬臂梁）的固定端。一方面可以抑制顶板在该处的下沉，另一方面使顶板岩层内部的原生裂隙及开采形成的裂隙扩展、延伸、发育，从而沿切顶线形成弱面，造成直接顶沿切顶线切落。

8182三、创新成果及相关技术内容（2）巷旁锚索加强支护技术通过锚索的高预紧力，将直接顶与基本顶固定在一起，防止直接顶与基本顶产生离层，使其共同运动；主要作用是：减小初期巷旁支护体载荷，防止直接顶在巷道内部断裂，为单体支柱切顶提供有利条件。（3）爆破辅助切顶若以上方法不能保证充分切顶，可采取爆破方式预裂顶板，降低顶板的完整性，以达到充分切顶的目的。

8283三、创新成果及相关技术内容3.3巷旁切顶技术方案研究（1）试验技术方案（锚索+混凝土垛切顶）沿空留巷破坏图

8384三、创新成果及相关技术内容提出三种巷旁切顶方案进行数值模拟，分别为：方案一：锚索+单体液压支柱切顶方案二：锚索+混凝土垛切顶方案三：密集单体液压支柱切顶（2）巷道切顶方案数值模拟

8485三、创新成果及相关技术内容工作面与巷道相接处垂直应力云图（a）锚索+单体液压支柱（b）锚索+混凝土垛（c）密集单体液压支柱

8586三、创新成果及相关技术内容滞后工作面5m处巷道围岩塑性区分布（a）锚索+单体液压支柱（b）锚索+混凝土垛（c）密集单体液压支柱

8687三、创新成果及相关技术内容模拟结果表明：锚索+单体液压支柱切顶方案（方案一）的切顶效果优于采用锚索+混凝土垛切顶方案（方案二）和密集单体液压支柱切顶方案（方案三），因此，确定采用锚索+单体液压支柱切顶方案（方案一）进行巷旁切顶支护。

8788三、创新成果及相关技术内容（3）具体实施方案提出两种巷旁切顶技术方案进行现场试验，分别为：方案一：在距巷道顶板左帮0.2m处，打一排5.5m长的锚索，锚索间距0.5m，沿切顶线支设1排单体液压支柱，柱间距为0.5m；方案二：在距巷道顶板左帮0.2m处，打一排5.5m长的锚索，锚索间距1.0m，沿切顶线支设1排单体液压支柱，柱间距为0.5m，并辅助爆破切顶。

8889三、创新成果及相关技术内容两种方案各施工50m，监测结果表明：①采用方案一时，巷旁切顶效果差异较大，且与工作面来压关系较密切，工作面来压期间，巷旁切顶效果好，切落的直接顶较好的将采空区与巷道隔离开，巷道变形量较小；工作面非来压期间，巷旁切顶效果变差，巷道变形量也较大；即沿工作面推进方向，侧向悬顶呈锯齿状；②采用方案二时，巷旁切顶效果较好，围岩变形量不大，留巷效果较好。

89方案一巷旁切顶示意图90三、创新成果及相关技术内容

9091三、创新成果及相关技术内容综上所述，采用方案二作为16煤16101工作面材料巷的巷旁支护方案，具体如下：在距巷道顶板左帮0.2m处，打一排5.5m长的锚索，锚索间距1.0m；沿切顶线支设1排单体液压支柱，柱间距为0.5m；辅助爆破切顶，爆破钻孔沿切顶线布置，钻孔深1.8m，间距0.25m，仰角75o～85o，装药量为800g（4卷药），钻孔中间施工一个2.0m深的辅助眼，垂直顶板。

9192三、创新成果及相关技术内容3.4现场应用情况滨湖煤矿16101工作面开采16煤层，工作面直接顶为坚硬致密的石灰岩，煤层柱状图如右图。该工作面材料巷净宽3.4m，净高2.0m，采用锚网索支护。

9293三、创新成果及相关技术内容围岩位移变化图监测结果表明：巷道顶底板和两帮移近量最大为55mm，顶板完整性较好，留巷效果良好。

9394一、立项背景二、研究内容及技术路线三、创新成果及相关技术内容四、同类技术比较五、结论汇报提纲

9495四、同类技术比较国内外同类研究本项目研究坚硬顶板―“柔强”复合巷旁充填理论与技术高强度膏体或高水材料充填预裂爆破等方法人工切顶数值模拟和室内试验理论分析现场矿压监测基于顶板运动状态确定巷旁“柔强”复合充填材料厚度、强度及尺寸研发了巷旁柔、强两种支护充填材料数值模拟和室内试验理论分析现场矿压监测

9596四、同类技术比较国内外同类研究本项目研究中等稳定顶板―锚固硬化矸石带巷旁充填理论与技术矸石带+密集支柱或膏体充填巷旁支护数值模拟和相似材料模拟理论分析现场矿压监测横向锚固矸石带充填获得横向锚固矸石体应变硬化机理定量计算巷旁辅助支护参数设计了横向锚固矸石体巷旁充填支护工艺数值模拟、理论分析现场矿压监测

9697四、同类技术比较国内外同类研究本项目研究石灰岩缓沉顶板―巷旁切顶支护理论与技术膏体材料或高水材料+预裂爆破巷旁支护方式数值模拟和相似材料模拟理论分析现场矿压监测单体液压支柱+锚索+爆破辅助切顶定量计算巷旁切顶力数值模拟和相似材料模拟理论分析现场矿压监测

9798一、立项背景二、研究内容及技术路线三、创新成果及相关技术内容四、同类技术比较五、结论汇报提纲

9899五、结论1、以绿色开采为基础的无煤柱开采技术，是今后我国巷道支护需要大力推进的方向；2、不同类型围岩巷道，其留巷技术要求将不同，取决于覆岩结构及其运动特征，需要有理论的指导；3、沿空留巷与沿空掘巷有各自适合条件，不可一概而论。

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