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沿空留巷的具体方法 为了减少区段运输巷和区段回风巷之间的煤柱损失，近年来采用、推广无煤柱开采。 无煤柱开采就是紧贴采空区，保留和维护上一区段的运输巷作为下区段的回风巷，其间不留煤柱，故称为沿空留巷。 沿空留巷一般适应于开采缓倾斜和倾斜、厚度在2.5米以下的薄及中厚煤层。具体方法主要有： 1、砌筑矸石带。随着回采工作面的推进，在巷道上帮砌筑2米左右宽的矸石带，以便维护区段运输巷。 2、支设密集支柱或木垛。在巷道上帮靠近采空区处，随着工作面的推进，及时支设单排或双排的密集支柱或木垛。 3、加固原巷道的金属支架。随着工作面的推进，保持超前工作面*米，在运输巷的金属支架中支设中柱，回掉上帮腿，并沿走向支设托梁，托住金属棚梁。维护好端头，以便工作面输送机头向前移。当输送机移过后，在工作面后方再支设上帮腿，并在金属支架之间靠采空区一侧支设密集支柱，挂笆挡矸，然后放顶。 4、采用硬石膏充填带。在巷道靠近采空区一侧，采用天然的或人工硬石膏（硫酸钙），与速凝水泥作刚性充填带，这样既可支撑顶板维护巷道，又可隔离采空区，对减少自然发火危险和改善通风状况有利，但造价较高，在国内尚未广泛使用。 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。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。目录1.1. 问题的提出1.1.1. 国外代表1.1.2. 我国典范1.2.1. 现实意义1.2.2. 战略意义1.3. 无煤柱采矿经历2. 沿空留巷技术现状2.1. 密集支架形式基本不可取2.2. 矸石堆垛方式应该淘汰2.3. 砌体墙法存在缺陷2.4. 高水高效充填支护法事倍功半2.5. 现浇混凝土隔墙法实践证明较好2.5.1. 大型自移式沿空留巷充填支架2.5.2. 桶柱方式巷帮支护法2.5.3. 膏体混凝土2.5.4. 柔模支护技术2.6. 现浇混凝土隔墙技术评价2.7. 封闭注浆砌筑技术3. 沿空留巷技术分析3.3. 沿空巷道顶部矿压特征3.3.1. 顶板宏观表现3.3.2. 顶部微观表现3.3.3. 顶板力学表现3.4. 沿空留巷支护对策4.1. 封闭注浆砌筑技术方案4.2. 封闭模铸砌体技术特点4.3. 封闭模铸砌体沿空留巷隔墙优点4.4.封闭模铸砌体工程特点1.1. 问题的提出 1.1.1. 国外代表 1.1.2. 我国典范 1.2.1. 现实意义 1.2.2. 战略意义1.3. 无煤柱采矿经历2. 沿空留巷技术现状2.1. 密集支架形式基本不可取2.2. 矸石堆垛方式应该淘汰2.3. 砌体墙法存在缺陷2.4. 高水高效充填支护法事倍功半2.5. 现浇混凝土隔墙法实践证明较好 2.5.1. 大型自移式沿空留巷充填支架 2.5.2. 桶柱方式巷帮支护法 2.5.3. 膏体混凝土 2.5.4. 柔模支护技术2.6. 现浇混凝土隔墙技术评价2.7. 封闭注浆砌筑技术3. 沿空留巷技术分析3.3. 沿空巷道顶部矿压特征 3.3.1. 顶板宏观表现 3.3.2. 顶部微观表现 3.3.3. 顶板力学表现3.4. 沿空留巷支护对策4.1. 封闭注浆砌筑技术方案 4.2. 封闭模铸砌体技术特点 4.3. 封闭模铸砌体沿空留巷隔墙优点 4.4.封闭模铸砌体工程特点展开 编辑本段1.1. 问题的提出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。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：一种刚柔复合结构模板及其沿空留巷隔墙施工方法；可变弹性接顶模板及其施工方法；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，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。编辑本段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。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。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。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。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性；材料成本很高。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. 柔模支护技术柔模支护技术由西安科技大学研发而成。成功应用于10余矿，目前正在推广应用。将此技术应用到煤矿井下作为充填墙体是煤矿技术的进步。柔模泵注混凝土沿空留巷支护技术通过省级科技成果鉴定，达到国际领先水平。为西安科技大学专利技术。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。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： 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；编辑本段2.7. 封闭注浆砌筑技术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。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。 由西安科技大学惠兴田发明的封闭模铸砌体混凝土技术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墙提高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编辑本段3. 沿空留巷技术分析沿空矿压特点 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。 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，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采空区外侧煤体内矿压表现 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。 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。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。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？我们一直不慷慨！是不是不掏钱能够实现？ 不同支撑强度使得顶板形成不同形式的垮落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！ 5. 封闭模铸砌体混凝土沿空留巷隔离墙新专利简介现浇混凝土隔离墙是现有技术中适应性最广，应用最可靠的方法。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。 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。 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。 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。 施工工艺简单可靠。编辑本段4.1. 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。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，投资小，容易上马是现代沿空留巷隔墙技术上的大的创举。4.2. 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