采矿技术新发展课件

1、1中国矿业大学中国矿业大学231 动压巷道围岩稳定理论与控制技动压巷道围岩稳定理论与控制技术术45破裂区弹性区塑性区弹性区极限平衡区原岩应力区原岩应力区（a）（b）井巷围岩状态的分区严格的分区近似的分区6 (a)实体煤巷道；(b)煤柱巷道；(c)沿空巷道；(d)无直接顶、底的煤柱巷道。分布状态：(a)“”型；(b)、(c)半“”型；(d)缺上（或下）的半“”型。与圆形巷道、基本巷道分布状态不同，是研究动压、软岩巷道矿压的基础。 7大面积开采，采动支承应力和不同护巷方式引起。大面积开采，采动支承应力和不同护巷方式引起。 相似材料模拟试验结果相似材料模拟试验结果u1、u2、u3、u4、u5下沉曲线

2、下沉曲线d1、d2、d3破断曲线破断曲线891.4 动压巷道底鼓机理动压巷道底鼓机理1.4.1 机理机理 巷道两帮下沉引起底鼓。两帮下沉、底角破坏，巷道两帮下沉引起底鼓。两帮下沉、底角破坏，水平应力挤压，底板浅部鼓起，顶板下沉、离层水平应力挤压，底板浅部鼓起，顶板下沉、离层 。 （a） （b）两帮下沉与底鼓关系两帮下沉与底鼓关系（a）东庞矿（中硬岩）；（东庞矿（中硬岩）；（b）黄塘岭矿（软岩）黄塘岭矿（软岩）10图图3 巷道底板深基点位移巷道底板深基点位移图图4 巷道底板垂直位移巷道底板垂直位移no零位移点；零位移点；n零应变点零应变点 权台矿现场实测权台矿现场实测 浅部鼓起，深部下沉；与采煤

3、工作面距离不同而变化。浅部鼓起，深部下沉；与采煤工作面距离不同而变化。11（1）力学计算）力学计算 q(y) 作用下作用下m点的位移点的位移 根据弹性力学理论，平面应变条件下的半无限平根据弹性力学理论，平面应变条件下的半无限平面体，面体， q(y)dy 载荷作用下载荷作用下m点的垂直位移分量点的垂直位移分量dux222222arctan)21 ()ln()1(d)()()1 (dyxxyiyxxyxyyqyxexux力学计算简图力学计算简图12 q(y) 作用下，作用下，m点的垂直位移点的垂直位移ux 等于上式在等于上式在a,b区间上的积分。区间上的积分。yyssysyyqyxexyyxxyx

4、yyqyxexuubababaxxd arctan)21 ()(ln)1)()()1 (d arctan)21 ()(ln)1)()()1 (d2222222213（2）煤柱巷道底板等效载荷分布）煤柱巷道底板等效载荷分布 煤柱巷道底板等效载荷分布煤柱巷道底板等效载荷分布 简化的载荷分布简化的载荷分布14（3）底板中心线上的垂直位移）底板中心线上的垂直位移各区段分布载荷在巷道底板各区段分布载荷在巷道底板 中心线上引起的垂直位移中心线上引起的垂直位移巷道底板中心线上巷道底板中心线上总的垂直位移总的垂直位移15 1.4.2 加固两帮和底角控制巷道底鼓（1） 锚杆加固两帮、底角16试验编试验编号号巷道

5、表面移近量巷道表面移近量mm、项试验与项试验与对比对比顶底板顶底板两两 帮帮移近量减少值移近量减少值mm移近量减少百分数移近量减少百分数%顶底板顶底板两两 帮帮顶底板顶底板两两 帮帮37426458631461.054.32759068548871.484.4960578 17（2） 注浆加固注浆加固 权台矿注浆孔布置权台矿注浆孔布置 注浆材料、工艺、费用注浆材料、工艺、费用v 材料：材料：zkd高水速凝材料，水灰比高水速凝材料，水灰比1.8 1v 注浆压力：注浆压力：0.1 0.15 mpav 材料费用：材料费用：13.83元元/m18注浆效果注浆效果对比项目对比项目岩石质量指标岩石质量指标

6、rqd（%）钻孔测定强度（钻孔测定强度（mpa）注浆前注浆前9.114.7注浆后注浆后96.722.5注与不注浆段对比注与不注浆段对比底鼓量（底鼓量（ mm ）两帮移近量（两帮移近量（mm）不注浆不注浆538651注注 浆浆14415119（3）打底板锚杆控制底鼓）打底板锚杆控制底鼓2021沿空掘巷与上覆岩层的结构关系沿空掘巷与上覆岩层的结构关系22三角块受力分析图三角块受力分析图rbcfr,fzrabfmfgilkhgjijegftabrbcajjytbctbckxx0231tanababtkrcabaltk122425小结构的稳定性分析小结构的稳定性分析1）沿空侧护巷窄煤柱的宽度式中：x1

7、 因上区段工作面开采而在下区段沿空掘巷窄煤柱中产生的破碎区，其宽度为：321xxxbapcchkmaxx000001tantanlntan2x2巷道窄煤柱一帮锚杆有效长度，巷道窄煤柱一帮锚杆有效长度，m；x3 增加的煤柱稳定性系数，增加的煤柱稳定性系数， 按按0.2（ x1 + x2 ）计算）计算262) 强化围岩强度，确定锚杆支护强度强化围岩强度，确定锚杆支护强度 必须保证足够的锚杆初锚力与支护强度，强化围必须保证足够的锚杆初锚力与支护强度，强化围岩强度后使小结构能在大结构回转下沉影响下保持围岩强度后使小结构能在大结构回转下沉影响下保持围岩稳定。岩稳定。3）综放两道围岩变形规律）综放两道围岩

8、变形规律 序序对比项目对比项目实体煤巷道实体煤巷道沿空掘巷沿空掘巷1顶板、两帮变形顶板、两帮变形110152回采期间与掘巷期间围岩变形比回采期间与掘巷期间围岩变形比值值1.21.55103两帮变形与顶底板变形比值两帮变形与顶底板变形比值122.527 工作面前方工作面前方10m处处综放沿空掘巷支护效果综放沿空掘巷支护效果281.6.1 影响巷道围岩稳定性的三大因素影响巷道围岩稳定性的三大因素 围岩强度、岩体应力、支护技术围岩强度、岩体应力、支护技术 1）前苏联阿尔达晓夫、巴仁根据巷道垂直应力）前苏联阿尔达晓夫、巴仁根据巷道垂直应力h与底板单轴抗压强度与底板单轴抗压强度r的比值作为判断巷道是否底

9、的比值作为判断巷道是否底鼓的准则：鼓的准则：稳定的（不底鼓）：稳定的（不底鼓）：中等稳定（有底鼓）：中等稳定（有底鼓）：不稳定（强烈底鼓）：不稳定（强烈底鼓）： 0.6 3 . 0rh6 . 0rh3 . 03 . 0rh围岩单轴抗压强度围岩单轴抗压强度mpa巷道极限深度巷道极限深度 m601000 3）支护技术）支护技术 从轴对称圆巷的弹塑性分析从轴对称圆巷的弹塑性分析卡斯特纳方程中卡斯特纳方程中可以看出：由于支护反力可以看出：由于支护反力p的作用，加大了塑性区应的作用，加大了塑性区应力而减小了塑性区半径。力而减小了塑性区半径。 采矿技术新发展课件采矿技术新发展课件301.6.2 基本途径基

10、本途径 （1）提高围岩强度）提高围岩强度 布置在稳定岩层中；布置锚杆，强化围岩强度；布置在稳定岩层中；布置锚杆，强化围岩强度；围岩注浆，提高岩体强度；封闭、疏干、防风化，防围岩注浆，提高岩体强度；封闭、疏干、防风化，防止围岩碎裂、强度降低止围岩碎裂、强度降低 （2）减小岩体应力）减小岩体应力 合理布置巷道：时间、空间上减少巷道承受支承合理布置巷道：时间、空间上减少巷道承受支承压力影响，巷道布置在应力降低区；合理设计煤柱尺压力影响，巷道布置在应力降低区；合理设计煤柱尺寸；考虑最大水平应力的影响寸；考虑最大水平应力的影响 应力转移（应力转移（ 巷道卸压）：跨采进行巷道卸压；开巷道卸压）：跨采进行巷

11、道卸压；开槽卸压；震动爆破卸压；布置卸压峒室卸压槽卸压；震动爆破卸压；布置卸压峒室卸压311.6.2 基本途径基本途径 （3）巷道支护）巷道支护巷道金属支架巷道金属支架 作用：给围岩提供支护阻力；当前注意：可缩性作用：给围岩提供支护阻力；当前注意：可缩性支架的使用界限、连接件、矿工钢可缩支架、支架壁支架的使用界限、连接件、矿工钢可缩支架、支架壁后密实。后密实。锚杆支护锚杆支护 作用：强化围岩强度；围岩强度强化理论、高强作用：强化围岩强度；围岩强度强化理论、高强（超高）强度锚杆、设计方法、复杂条件下的锚杆支（超高）强度锚杆、设计方法、复杂条件下的锚杆支护。护。 32锚杆支护强度强化理论锚杆支护强

12、度强化理论 锚杆与围岩相互作用，形成锚杆锚杆与围岩相互作用，形成锚杆围岩的共同承载围岩的共同承载结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残结构，改善锚固体力学性能，提高锚固体峰值强度和残余强度，特别是残余强度的提高，有效提高围岩的自承余强度，特别是残余强度的提高，有效提高围岩的自承能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由能力，控制围岩塑性区、破碎区发展，促使巷道围岩由不稳定状态向稳定状态转变。不稳定状态向稳定状态转变。 煤层岩层破碎区、塑性区33 锚固体锚固体c c、 、c c* *、 * * 随锚杆支护强度随锚杆支护强度 t t的增加而提高。的增加而提高。不同锚杆支护强度下锚固

13、体破坏前的不同锚杆支护强度下锚固体破坏前的c、 值值 锚杆支护强度锚杆支护强度 t / mpa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力等效内聚力c / mpa0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.3869等效内摩擦角等效内摩擦角 / 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4不同锚杆支护强度下锚固体破坏后的不同锚杆支护强度下锚固体破坏后的c*、 * 值值锚杆支护强度锚杆支护强度t / mpa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力等效内聚力c* / mpa0.01680.01820.01830

14、.01840.01860.01940.021等效内摩擦角等效内摩擦角 */ 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.434图图 锚固体应力应变曲线图锚固体应力应变曲线图注：曲线上数字为锚杆支护强度注：曲线上数字为锚杆支护强度t（mpa） 锚固体强度随锚杆支护强度锚固体强度随锚杆支护强度t 的提高而得到强化，达到一定的提高而得到强化，达到一定程度就可保持围岩稳定。程度就可保持围岩稳定。锚固体锚固体 1、 1*的表达式：的表达式：)2/*45tan(24.264.0)2/45tan(289.154.0*11cctt式中：式中： 1 锚固体极限强度，锚固体极限强度，mpa，

15、1*锚固体残余强度，锚固体残余强度，mpa。 t 锚杆支护强度，锚杆支护强度，mpa 提高支护强度提高支护强度 t ，可使，可使c、c*、* 提提高；它们的提高，使高；它们的提高，使 1、 1*显著增强。显著增强。 采矿技术新发采矿技术新发展课件展课件 尽可能提高锚杆的初锚力（预应力）。 足够的锚杆支护强度。 满足工程需要的锚杆长度。 及时锚固采矿技术新发采矿技术新发展课件展课件-500010000-10000-200000-280000-70000-120000-60000-40000-1200000-10000-80000-40000-80000-120000-80000-60000-60

16、000-70000-40000-60000-60000-40000-60000-80000-80000-80000-20000-20000-40000-70000-60000-70000-60000-60000-10000-20000-40000-40000-20000-20000-20000-1000000-100005000-50000-50005000-500010000-5000-5000-5000-50000500050000-5000-50005000000000yxz-50002000-50000-50000-50000-20000-30000-10000-5000-10000-

17、5000-10000-100000-5000-5000-5000-500002000200002000200000000000yxz预应力预应力10kn预应力预应力80kn 在高预应力下，锚杆支护产生的附加应力场形成的压应力区在高预应力下，锚杆支护产生的附加应力场形成的压应力区范围广，有效压应力区几乎覆盖了整个顶板，锚杆的主动支护作范围广，有效压应力区几乎覆盖了整个顶板，锚杆的主动支护作用得到充分发挥。用得到充分发挥。 初锚力初锚力锚杆主动支护的体现，尽早控制锚固区内的离层，控制围岩变形。锚杆主动支护的体现，尽早控制锚固区内的离层，控制围岩变形。采矿技术新发采矿技术新发展课件展课件l 正常条件

18、下的初锚力：由钻机性能、风压、施工质量正常条件下的初锚力：由钻机性能、风压、施工质量决定，争取决定，争取20 kn。l 用预紧扳手，初锚力可达到用预紧扳手，初锚力可达到4050kn，巷道围岩变形减，巷道围岩变形减少少1/22/3。预预 紧紧 扳扳 手手采矿技术新发采矿技术新发展课件展课件l 由单根锚杆破断载荷和支护密度决定。l 单根锚杆破断载荷主要由材质、直径决定，也与加工质量有关。l 单杆锚杆杆体破断载荷必须与锚杆锚固力、托盘强度、螺母强度协调一致。l 锚杆锚固力由锚固剂与钢筋、钻孔壁的粘结强度和锚固剂强度决定。l 锚杆间排距尽可能加大，以节省材料，加快掘进速度。采矿技术新发采矿技术新发展课

19、件展课件锚杆初锚力与支护强度的合理性 综放沿空掘巷锚杆初锚力与支护强度矿名矿名初锚力（初锚力（kn）支护强度（支护强度（mpa）兴隆庄煤矿兴隆庄煤矿20300.20.3王庄煤矿王庄煤矿15250.150.25初锚力与顶板下沉量关系锚杆支护强度与顶板下沉量的关系（兖矿兴隆庄矿）采矿技术新发采矿技术新发展课件展课件发展高（超高）强度锚杆的理论依据发展高（超高）强度锚杆的理论依据 锚固体锚固体 1、 1*的表达式：的表达式：式中：式中： 1 锚固体极限强度，锚固体极限强度，mpa， 1*锚固体残余强度，锚固体残余强度，mpa。 提高提高 t ，可使，可使c、c*、* 提高；它们的提高，使提高；它们的

20、提高，使 1、 1*显著增强；发展高（超高）强度锚杆，才能提高显著增强；发展高（超高）强度锚杆，才能提高 t 和保持围岩的稳定。和保持围岩的稳定。 为了提高为了提高 t ，中国矿业大学研制了新型锚杆材料，其，中国矿业大学研制了新型锚杆材料，其 s1000 mpa； b1300 mpa； s15 %。)967. 0()2/*45tan(24 .264 . 0)968. 0()2/45tan(289.154 . 0*11rcrctt采矿技术新发采矿技术新发展课件展课件l 锚杆长度决定加固锚固区范围；围岩条件困难、复杂，锚固区需要加大，则需加长锚杆。l 锚固端部锚固区域尽可能在巷道破碎区范围以外。l

21、 锚固区外部附近有离层尽可加长锚杆加以控制。采矿技术新发采矿技术新发展课件展课件l 控制迎头悬顶面积和时间，随掘随锚，尽可能减小掘后离层。采矿技术新发采矿技术新发展课件展课件44从巷道围岩稳定角度来谈布置。要保持围岩稳从巷道围岩稳定角度来谈布置。要保持围岩稳定，布置巷道时应考虑围岩强度与岩体应力。定，布置巷道时应考虑围岩强度与岩体应力。45 采动引起的应力重新分布采动引起的应力重新分布 已采区及其两侧煤柱的应力分布已采区及其两侧煤柱的应力分布冒落带；冒落带；裂隙带；裂隙带；弯曲下沉带；弯曲下沉带；a原始应力区；原始应力区；b1、b2应力增高区、应力增高区、c应力降应力降低区；低区；d应力稳定区

22、应力稳定区 46留区段煤柱时回采空间垂直应力等值线分布留区段煤柱时回采空间垂直应力等值线分布 47煤体与采空区交界处底板垂直应力等值线分布煤体与采空区交界处底板垂直应力等值线分布上覆岩层容重；上覆岩层容重；h埋藏深度：埋藏深度：底板岩石应力底板岩石应力升高区的扩展影响角；升高区的扩展影响角；z被跨巷道与上部回采煤层间被跨巷道与上部回采煤层间的法线距；的法线距；x-被跨巷道与上部回采煤柱边缘的水平距被跨巷道与上部回采煤柱边缘的水平距 48巷道布置的原则巷道布置的原则 1）空间上尽量避免支承压力的强烈影响、叠加影）空间上尽量避免支承压力的强烈影响、叠加影响和多次影响；时间上尽量缩短支承压力影响时间

23、。响和多次影响；时间上尽量缩短支承压力影响时间。 2）巷道布置在应力降低区或原岩应力区。）巷道布置在应力降低区或原岩应力区。 3）采用无煤柱开采，必须留煤柱时在保证煤柱稳）采用无煤柱开采，必须留煤柱时在保证煤柱稳定的条件尽可能小。定的条件尽可能小。 4）如果需要留煤桂保护巷道，所留护巷煤柱尺寸）如果需要留煤桂保护巷道，所留护巷煤柱尺寸应使巷道不受支承压力影响或影响较小。应使巷道不受支承压力影响或影响较小。 5）避免在煤柱上、下方布置巷道。合理选择底板）避免在煤柱上、下方布置巷道。合理选择底板岩巷与煤柱边缘的水平距离岩巷与煤柱边缘的水平距离x、与煤层垂直距离、与煤层垂直距离z。 6）在围岩受采动

24、影响稳定后再掘巷道。）在围岩受采动影响稳定后再掘巷道。 7）巷道轴线方向尽量与最大水平主应力方向平行）巷道轴线方向尽量与最大水平主应力方向平行，避免与之垂直。，避免与之垂直。 49（1）材料类别）材料类别化学类：丙烯酰胺类、聚氨脂类化学类：丙烯酰胺类、聚氨脂类水泥类：单液水泥浆；水泥、水玻璃双液浆；水泥类：单液水泥浆；水泥、水玻璃双液浆； zkd高水速凝材料（双液或单液）高水速凝材料（双液或单液）50)oh32caso3oalcao3(2432 结晶水体积比占结晶水体积比占 81.6 %，再吸附大量水，水体积比，再吸附大量水，水体积比达到达到 90 %（重量比（重量比 2.5:1）。）。 速凝

25、早强，水灰比高；结石率高（速凝早强，水灰比高；结石率高（100 %），不淅），不淅水，强度高水，强度高; 当水灰比当水灰比1.5:1时，时，zkd强度强度9.514.0mpa；水泥浆淅水率水泥浆淅水率65%，强度，强度4mpa；固结体塑性好，高水；固结体塑性好，高水条件下微膨胀；空气中易风化失水（注入岩体、水中、条件下微膨胀；空气中易风化失水（注入岩体、水中、或密封，防风化）或密封，防风化）（2）zkd高水速凝材料高水速凝材料机理：硫铝酸盐水泥熟料、石灰、石膏、若干种添机理：硫铝酸盐水泥熟料、石灰、石膏、若干种添加剂水化生成钙矾石加剂水化生成钙矾石51 水泥浆液和高水材料的性质与水灰比的关系水

26、泥浆液和高水材料的性质与水灰比的关系 52单轴条件下固结体试块变形曲线单轴条件下固结体试块变形曲线 53不同围压条件下固结体应力应变曲线不同围压条件下固结体应力应变曲线12345分别代表围压为分别代表围压为0.13、0.26、0.38、0.50、0.75mpa时的曲线时的曲线 541）围岩松软破碎、随掘随冒时使用；）围岩松软破碎、随掘随冒时使用；2）超前迎头钻孔注浆；）超前迎头钻孔注浆； 3）地应力特别大时难以注入。）地应力特别大时难以注入。55围岩裂隙发展变慢前后或进入掘后稳定期不久围岩裂隙发展变慢前后或进入掘后稳定期不久 岩石变形与渗透关系曲线 权台煤矿3116上分层回风平巷 掘头后方巷道

27、围岩裂隙分布 562.1 国内外研究现状国内外研究现状2.2 沿空留巷巷旁支护机理沿空留巷巷旁支护机理2.3 高水速凝材料巷旁充填沿空留巷技术高水速凝材料巷旁充填沿空留巷技术2.4 沿空留巷巷内支护技术沿空留巷巷内支护技术2.5 高水速凝材料巷旁充填沿空留巷实例高水速凝材料巷旁充填沿空留巷实例57 沿空留巷极大缓解采掘接替紧张的状况，提高资源沿空留巷极大缓解采掘接替紧张的状况，提高资源采出率，实现采出率，实现y型通风、解决煤与瓦斯突出开采难题，型通风、解决煤与瓦斯突出开采难题，是煤矿开采及回采巷道布置技术的一项重大改革。是煤矿开采及回采巷道布置技术的一项重大改革。 过去我国巷内使用被动金属支架

28、，加以煤矿经济困过去我国巷内使用被动金属支架，加以煤矿经济困难，沿空留巷发展缓慢。难，沿空留巷发展缓慢。 第 一 工 作 面第 二 工 作 面采 空 区移 近 速 度巷 道移 近 量充 填 带12345678910进风进风进风进风回风回风回回风风首采工作面首采工作面采空区采空区出煤出煤沿空留巷沿空留巷y型通风系统型通风系统59留巷钻孔向上远程卸压煤层抽采解吸瓦斯留巷钻孔向上远程卸压煤层抽采解吸瓦斯卸压煤层卸压煤层弯曲下沉带弯曲下沉带裂隙带裂隙带冒落带冒落带开采煤层开采煤层20150m卸压范围卸压范围充填墙体充填墙体2 2、3#3#钻孔钻孔y y型通风型通风回风巷回风巷60进风巷进风巷下卸压层下

29、卸压层b7下卸压层下卸压层b6底板卸压区域底板卸压区域开采层开采层b8y型通风型通风回风巷回风巷充填墙体充填墙体4 4、5#5#钻孔钻孔留巷钻孔向下远程卸压煤层抽采解吸瓦斯留巷钻孔向下远程卸压煤层抽采解吸瓦斯61 沿空留巷沿空留巷巷旁支护是关键。巷旁支护是关键。 传统的巷旁支护如矸石带、密集支柱、木垛等传统的巷旁支护如矸石带、密集支柱、木垛等普遍存在增阻速度慢、支承能力小、压缩变形量大、普遍存在增阻速度慢、支承能力小、压缩变形量大、密闭性能差、劳动强度大，力学性能与沿空留巷围岩密闭性能差、劳动强度大，力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应等缺点，不利于沿空留巷维护和防止采变形不相适应等缺点，不利于

30、沿空留巷维护和防止采空区漏风、煤层自燃，沿空留巷效果不好，适用于薄空区漏风、煤层自燃，沿空留巷效果不好，适用于薄及部分中厚煤层。及部分中厚煤层。 第 一 工 作 面第 二 工 作 面采 空 区移 近 速 度巷 道移 近 量充 填 带62高水速凝材料具有支护阻力大、增阻速度快、适量可缩，高水速凝材料具有支护阻力大、增阻速度快、适量可缩，巷道维护效果好，机械化整体构筑巷旁支护对采空区密闭巷道维护效果好，机械化整体构筑巷旁支护对采空区密闭性好、劳动强度小、充填工艺及充填设备简单的优点。性好、劳动强度小、充填工艺及充填设备简单的优点。 膏体材料充填沿空留巷在我国处于试验时期，优点是膏体材料充填沿空留巷

31、在我国处于试验时期，优点是处理了矸石，缺点是充填工艺较复杂、设备投资较大。处理了矸石，缺点是充填工艺较复杂、设备投资较大。第 一 工 作 面第 二 工 作 面采 空 区移 近 速 度巷 道移 近 量充 填 带63 锚杆支护广泛应用，为沿空留巷创造了较好的锚杆支护广泛应用，为沿空留巷创造了较好的支护条件。支护条件。 锚杆支护与巷旁支护共同作用，实现切顶，同锚杆支护与巷旁支护共同作用，实现切顶，同时，锚杆支护强化围岩强度、提高围岩承载能力，锚时，锚杆支护强化围岩强度、提高围岩承载能力，锚固体形成自稳岩层结构，是较为理想的支护方式。固体形成自稳岩层结构，是较为理想的支护方式。 64 巷旁支护体应具有

32、足够的支护强度及适量的可巷旁支护体应具有足够的支护强度及适量的可缩量。足够的支护强度切落足够高度的顶板岩层，缩量。足够的支护强度切落足够高度的顶板岩层，使更上位岩层得到采空区冒落矸石的支撑；适量的使更上位岩层得到采空区冒落矸石的支撑；适量的可缩量满足上覆岩层的旋转下沉，防止在顶板岩层可缩量满足上覆岩层的旋转下沉，防止在顶板岩层旋转下沉时巷旁支护体被破坏。旋转下沉时巷旁支护体被破坏。h mmm-14321m65 (1) (1) 巷旁支护体早期支护直接顶、防止离层，切断巷旁支护体早期支护直接顶、防止离层，切断采空区的直接顶。采空区的直接顶。 （2 2）老顶破断过程中应达到切顶阻力，切断采空区）老顶

33、破断过程中应达到切顶阻力，切断采空区侧老顶。侧老顶。 巷旁支护体巷道煤体qsinnbpqynacdatambqcostbemltbnctccx0q cos00（3）巷道围岩运）巷道围岩运动稳定后，维持巷动稳定后，维持巷道上方已切断岩层道上方已切断岩层的平衡。的平衡。 66上区段回采后，基上区段回采后，基本顶沿倾斜方向破断，本顶沿倾斜方向破断，在工作面端头形成在工作面端头形成“三角块大结构三角块大结构”，该结构构成沿空留巷、该结构构成沿空留巷、沿空掘巷的上部边界，沿空掘巷的上部边界，对沿空巷道稳定性产对沿空巷道稳定性产生重要影响。生重要影响。采空区弧形三角块巷旁支护体工作面推进方向67 巷旁支护

34、体巷道煤体qsinnbpqynacdatambqcostbemltbnctccx0q cos0068 02000001(cos)()()cos()()2xqlcypmnqe x c dq qx c dxxdx 000(sin)()sin () ()/()22cbbhdtqe hsmqxc dsxc 6970 中国矿业大学中国矿业大学承担承担“七五七五”、“八五八五”国家科技攻国家科技攻关项目成果。关项目成果。 高水速凝材料（高水速凝材料（zkd）：在体积比水占）：在体积比水占90%，固，固体占体占10%条件下，条件下，2030 min内凝结，内凝结，100%固化，最固化，最终强度达到终强度达到

35、45 mpa。通过调整水灰比或高水速凝材。通过调整水灰比或高水速凝材料配比调整充填体的强度，水灰比料配比调整充填体的强度，水灰比1.5：1时，充填体时，充填体强度可以达到强度可以达到10mpa，有效控制，有效控制采空区顶板、实现沿采空区顶板、实现沿空留巷。空留巷。 71no水灰比水灰比凝结时间凝结时间/min抗压强度抗压强度/mpa初凝初凝终凝终凝4 h24 h7 d11.90 : 18274.286.398.2422.05 : 110293.755.597.3232.25 : 112413.024.615.5942.50 : 117582.424.145.1552.70 : 119661.9

36、43.464.3163.00 : 120751.532.743.39英国高水速凝材料性能水平英国高水速凝材料性能水平72.50 : 1201.503.505.00727374 高水速凝材料巷旁充填沿空留巷特点高水速凝材料巷旁充填沿空留巷特点： 浓度小，一般质量浓度浓度小，一般质量浓度33%；高水速凝材料用；高水速凝材料用量少，辅助运输工作量小；量少，辅助运输工作量小； 固化体有一定的压缩率，适应沿空留巷大变形；固化体有一定的压缩率，适应沿空留巷大变形； 快速凝固、增阻速度快，能快速支撑顶板；高水快速凝固、增阻速度快，能快速支撑顶板；高水速凝材料用量少，速凝材料用量少，强度较大，沿空留巷成本低，

37、材强度较大，沿空留巷成本低，材料费用低于料费用低于500元元/m3； 充填工艺简单，由于加水多，易于搅拌，混合均充填工艺简单，由于加水多，易于搅拌，混合均匀，充填体质量有保证；匀，充填体质量有保证； 充填系统费用较低，一套设备充填系统费用较低，一套设备30万元左右。万元左右。 75第一工作面第二工作面采空区移近速度巷道移近量充填带762.4.2 沿空留巷巷内支护沿空留巷巷内支护（1）高强度、大延伸量、树脂药卷加长锚固的）高强度、大延伸量、树脂药卷加长锚固的锚杆锚杆支护支护（2 2）锚索加强支护）锚索加强支护2.4.3 巷内加强支护巷内加强支护 沿空留巷围岩变形强烈的地段在工作面前方沿空留巷围岩

38、变形强烈的地段在工作面前方20m、后方后方70100m，尤其是工作面后方，尤其是工作面后方50m，巷道变形，巷道变形强烈，需要加强支护。强烈，需要加强支护。 巷内加强支护可以采用单体液压支柱。巷内加强支护可以采用单体液压支柱。777879803、绿色充填开采理论与技术、绿色充填开采理论与技术3.1绿色充填开采概述绿色充填开采概述3.2绿色充填开采理论基础绿色充填开采理论基础3.3膏体材料充填开采膏体材料充填开采3.4高水速凝材料充填开采高水速凝材料充填开采3.5矸石充填开采矸石充填开采813.1绿色充填开采概述绿色充填开采概述采空区垮落造成的危害采空区垮落造成的危害p平均每采万吨原煤造成塌陷土

39、地平均每采万吨原煤造成塌陷土地0.2-0.30.2-0.3公顷，每年新增公顷，每年新增塌陷地约塌陷地约3-43-4万公顷。万公顷。p我国的煤炭资源采出率仅为我国的煤炭资源采出率仅为40%40%左右，左右，“三下一上三下一上”（村（村庄下、道路下、水体下、承压水上）压煤是重要原因。庄下、道路下、水体下、承压水上）压煤是重要原因。p矸石大量堆积，占用土地，污染环境。矸石大量堆积，占用土地，污染环境。p地下水大量流失。地下水大量流失。823.1绿色充填开采概述绿色充填开采概述煤炭开采岩层移动排 放 水地表塌陷土地与建筑物损害瓦斯事故排放瓦斯污染环境地下水资源流失与突水事故煤与瓦斯共 采保水开采充填开

40、采排放矸石煤巷支护矸石井下处 理煤炭地下气 化占用农田污染环境绿色开采833.2绿色充填开采理论基础绿色充填开采理论基础-关键层控制关键层控制p 关键层破断的规律p 关键层判别方法p 揭示了关键层运动对采场矿压显现、岩层移动与地表沉陷及采动裂隙场分布的影响 84充填开采控制上覆岩层移动模拟试验充填开采控制上覆岩层移动模拟试验充填开采覆岩状态与下沉充填开采覆岩状态与下沉传统垮落法开采覆岩状态与下沉传统垮落法开采覆岩状态与下沉8586充填开采工作面前后支承应力分布充填开采工作面前后支承应力分布873.3 膏体材料充填开采膏体材料充填开采（中国矿业大学周华强教授）（中国矿业大学周华强教授）膏体充填的

41、技术优势膏体充填的技术优势（1 1）膏体充填体压缩率最低，膏体充填体压缩率最低，1%1%左右，减沉效果好。左右，减沉效果好。（2 2）膏体充填煤炭采出率高、适用范围广。）膏体充填煤炭采出率高、适用范围广。（3 3）膏体充填体密实并有一定抗压强度。）膏体充填体密实并有一定抗压强度。（4 4）膏体充填材料管道输送效率高。）膏体充填材料管道输送效率高。（5 5）膏体料浆不沉淀、不泌水、不离析，管道输送可靠）膏体料浆不沉淀、不泌水、不离析，管道输送可靠 （6 6）同等强度下胶结料用量少，材料费用低。）同等强度下胶结料用量少，材料费用低。88中国矿业大学在国内率先开展煤矿膏体充填技术研究中国矿业大学在国

42、内率先开展煤矿膏体充填技术研究89 中国矿业大学开发出中国矿业大学开发出pl、sl膏体胶结料膏体胶结料针对当地没有钢渣等生产膏体胶针对当地没有钢渣等生产膏体胶结料情况而开发的。是一种以普通水泥（熟料）为基结料情况而开发的。是一种以普通水泥（熟料）为基材的复合胶结料，其中普通水材的复合胶结料，其中普通水泥泥约占约占50%50%。是一种以钢渣等炉渣为基材的复是一种以钢渣等炉渣为基材的复合胶结料。合胶结料。 90 膏体充填材料压缩实验结果膏体充填材料压缩实验结果泗河砂膏体充填材料全应力应变曲线，轴向应变；，体积应变。 91 太平煤矿膏体充填太平煤矿膏体充填92 太平煤矿膏体充填太平煤矿膏体充填93

43、小屯煤矿膏体充填小屯煤矿膏体充填94 小屯煤矿膏体充填小屯煤矿膏体充填95 小屯煤矿膏体充填小屯煤矿膏体充填96 朱村煤矿膏体充填朱村煤矿膏体充填97l l 朱村矿膏体充填工艺系统朱村矿膏体充填工艺系统98 岱庄煤矿膏体充填岱庄煤矿膏体充填99 岱庄煤矿膏体充填岱庄煤矿膏体充填100 岱庄煤矿膏体充填岱庄煤矿膏体充填1013.4 超高水速凝材料充填开采超高水速凝材料充填开采（中国矿业大学冯光明副教授）（中国矿业大学冯光明副教授） 超高水充填材料水体积可达超高水充填材料水体积可达97%及以上，强度及以上，强度可达可达0.66mpa，凝结时间可在，凝结时间可在90min内调整。输送距内调整。输送距

44、离不受限制。材料充填进入采空区凝结后基本不被离不受限制。材料充填进入采空区凝结后基本不被压缩，因而有效地控制了上覆岩层活动。压缩，因而有效地控制了上覆岩层活动。102充填工艺系统特点充填工艺系统特点 充填能力大；充填能力大； 不影响工作面开采；不影响工作面开采； 工艺系统简单、自动化程度高；工艺系统简单、自动化程度高； 空间体积小与初期投入低。空间体积小与初期投入低。3.4 超高水速凝材料充填开采超高水速凝材料充填开采103充填泵站主要设备充填泵站主要设备3.4 超高水速凝材料充填开采超高水速凝材料充填开采104浆体制备系统浆体制备系统半连续制浆子系统平、立面布置图半连续制浆子系统平、立面布置图105充填泵站：充填泵站：因超高水材料可长距离输送，充填泵站的布因超高水材料可长距离输送，充填泵站的布