《采矿技术新发展》ppt课件

1、中国矿业大学中国矿业大学1 动压巷道围岩稳定实际与控制技动压巷道围岩稳定实际与控制技术术1.1 概述概述1.2 巷道围岩塑性区分布巷道围岩塑性区分布1.3 巷道围岩不均匀整体下沉和部分巷道围岩不均匀整体下沉和部分上升上升1.4 动压巷道底鼓机理动压巷道底鼓机理1.5 沿空掘巷围岩大、小构造稳定性沿空掘巷围岩大、小构造稳定性原理原理1.6 动压巷道围岩控制技术的根本动压巷道围岩控制技术的根本途径途径维护非常困难、制约矿井高产高效和维护非常困难、制约矿井高产高效和经济、社会效益，要挟矿井平安。经济、社会效益，要挟矿井平安。矿井开采实际和技术的难点和重点。矿井开采实际和技术的难点和重点。破裂区弹性区

2、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 (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。分布形状：(a)“型；(b)、(c)半“型；(d)缺上或下的半“型。与圆形巷道、根本巷道分布形状不同，是研讨动压、软岩巷道矿压的根底。 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。 类似资料模拟实验结果类似资料模拟实验结果u1、u2、u3、u4、u5下沉曲线下沉曲线D1、D2、D3破断曲线破断曲线1.4 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。

3、两帮下巷道两帮下沉引起底鼓。两帮下沉、底角破坏，程度应力挤压，底板沉、底角破坏，程度应力挤压，底板浅部鼓起，顶板下沉、离层浅部鼓起，顶板下沉、离层 。 a b两帮下沉与底鼓关系a东庞矿中硬岩；b黄塘岭矿软岩图图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；与采煤任务面间隔不同而浅部鼓起，深部下沉；与采煤任务面间隔不同而变化。变化。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 根据弹性力学实际，平面应变条件下的半无限平根据弹性力学实际，平面应变条件下的半

4、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 Q(y) 作用下，M点的垂直位移ux 等于上式在a,b区间上的积分。yySSySyyQyxExyyxxyxyyQyxExuubababaxxd arctan)21 ()(ln)1)()()1 (d arctan)21 ()(ln)1)()()1 (d222222222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

5、载荷分布简化的载荷分布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 1.4.2 加固两帮和底角控制巷道底鼓1 锚杆加固两帮、底角实验编实验编号号巷道外表移近量巷道外表移近量mm、项实验与项实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 2 注浆加固注浆加固 权台

6、矿注浆孔布置权台矿注浆孔布置 注浆资料、工艺、费用注浆资料、工艺、费用 资料：资料：ZKD高水速凝资料，水灰比高水速凝资料，水灰比1.8 1 注浆压力：注浆压力：0.1 0.15 MPa 资料费用：资料费用：13.83元元/m注浆效果注浆效果 权台矿注浆前、后对比权台矿注浆前、后对比对比项目对比项目岩石质量指标岩石质量指标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1441513打底板锚杆控制底鼓打底板锚杆控制底鼓沿

7、空掘巷与上覆岩层的构造关系沿空掘巷与上覆岩层的构造关系三角块受力分析图三角块受力分析图RBCFR,FZRABFMFGILKHGJIJEGFTABRBCaJJyTBCTBCKxX01tanABABTKRCABaLTK12小构造的稳定性分析小构造的稳定性分析1沿空侧护巷窄煤柱的宽度沿空侧护巷窄煤柱的宽度式中：x1 因上区段任务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 添加的煤柱稳定性系数，添加的煤柱稳定性系数， 按按0.2 x1 + x2 计算计

8、算2) 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 必需保证足够的锚杆初锚力与支护强度，强化围必需保证足够的锚杆初锚力与支护强度，强化围岩强度后使小构造能在大构造回转下沉影响下坚持围岩强度后使小构造能在大构造回转下沉影响下坚持围岩稳定。岩稳定。3综放两道围岩变形规律综放两道围岩变形规律 序序对比工程对比工程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122.5 掘巷期间掘巷期间 任务面前方任务面前方10m处处综放沿空

9、掘巷支护效果综放沿空掘巷支护效果1.6.1 影响巷道围岩稳定性的三大要素影响巷道围岩稳定性的三大要素 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、巴仁根据巷道垂直前苏联阿尔达晓夫、巴仁根据巷道垂直应力应力H与底板单轴抗压强度与底板单轴抗压强度R的比值作为判别的比值作为判别巷道能否底鼓的准那么：巷道能否底鼓的准那么：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：不稳定剧烈底鼓：不稳定剧烈底鼓： 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

10、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。 1.6.2 根本途径根本途径 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；封锁、疏干、防风化，防围岩注浆，提高岩体强度；封锁、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、空间上减少巷道接受支承合理布置巷道：时间、空间上减少巷道接受

11、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；思索最大程度应力的影响寸；思索最大程度应力的影响 应力转移应力转移 巷道卸压：跨采进展巷道卸压；开巷道卸压：跨采进展巷道卸压；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1.6.2 根本途径根本途径 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；当前留意：可缩性作用：给围岩提供支护阻力；当前留意：可缩性支架的运用界限、衔接件、矿工钢可缩支架、支架壁支架的运用界限、衔接件、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

12、岩强度；围岩强度强化实际、高强作用：强化围岩强度；围岩强度强化实际、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。 锚杆支护强度强化实际锚杆支护强度强化实际 锚杆与围岩相互作用，构成锚杆锚杆与围岩相互作用，构成锚杆围岩的共同承载构造，改围岩的共同承载构造，改善锚固膂力学性能，提高锚固体峰值强度和剩余强度，特别是剩善锚固膂力学性能，提高锚固体峰值强度和剩余强度，特别是剩余强度的提高，有效提高围岩的自承才干，控制围岩塑性区、破余强度的提高，有效提高围岩的自承才干，控制围岩塑性区、破碎区开展，促使巷道围岩由不稳定形状向稳定形状转变。碎区开展，促使巷道

13、围岩由不稳定形状向稳定形状转变。 煤 层岩 层破 碎 区 、 塑 性 区 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的添加而提高。的添加而提高。不同锚杆支护强度下锚固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

14、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* / MPa0.01680.01820.01830.01840.01860.01940.021等效内摩擦角等效内摩擦角 */ 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4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tMPa 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，到达一定的提高而得到强化，到达一定程度就可坚持围岩稳定。程度就可坚持围岩稳定。

15、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， 1*锚固体剩余强度，锚固体剩余强度，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*、* 提高；它们的提高，使提高；它们的提高，使 1、 1*显著加强显著加强。 锚杆支护的关键技术及主要参数 尽能够提高锚杆的初锚力预应力。 足够的锚杆支护强度。 满足工程需求的锚杆长度。 及时锚固-500010000-10000-200000-280000-70000-120

16、000-60000-40000-1200000-10000-80000-40000-80000-120000-80000-60000-60000-70000-40000-60000-60000-40000-60000-80000-80000-80000-20000-20000-40000-70000-60000-70000-60000-60000-10000-20000-40000-40000-20000-20000-20000-1000000-100005000-50000-50005000-500010000-5000-5000-5000-50000500050000-5000-50005

17、000000000YXZ-50002000-50000-50000-50000-20000-30000-10000-5000-10000-5000-10000-100000-5000-5000-5000-500002000200002000200000000000YXZ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构成的压应力区在高预应力下，锚杆支护产生的附加应力场构成的压应力区范围广，有效压应力区几乎覆盖了整个顶板，锚杆的自动支护作范围广，有效压应力区几乎覆盖了整个顶板，锚杆的自动支护作用得到充分发扬。用得到充分发扬。 初锚力初锚力锚杆自动支护的表达，尽早控

18、制锚固区内的锚杆自动支护的表达，尽早控制锚固区内的离层，控制围岩变形。离层，控制围岩变形。l 正常条件下的初锚力：由钻机性能、风压、施工质量决议，争取20 kN。l 用预紧扳手，初锚力可到达4050kN，巷道围岩变形减少1/22/3。预预 紧紧 扳扳 手手 锚杆支护强度l 由单根锚杆破断载荷和支护密度决议。l 单根锚杆破断载荷主要由材质、直径决议，也与加工质量有关。l 单杆锚杆杆体破断载荷必需与锚杆锚固力、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议。l 锚杆间排距尽能够加大，以节省资料，加快掘进速度。锚杆初锚力与支护强度的合理性 综放沿空掘巷锚杆

19、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开展高超高强度锚杆的实际根据开展高超高强度锚杆的实际根据 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*锚固体剩余强度，锚固体剩余强度，MPa。 提高提高 t ，可使，可使C、C*、* 提高；它们的提高；它们的提高，使提高，使 1、 1*显著加强；开展高超高强度显著加强；开展高超高强度锚杆，才干提高锚杆，才干提高 t 和坚持围岩的

20、稳定。和坚持围岩的稳定。 为了提高为了提高 t ，中国矿业大学研制了新型锚杆资，中国矿业大学研制了新型锚杆资料，其料，其 s1000 MPa； b1300 MPa； s15 %。)967. 0()2/*45tan(24 .264 . 0)968. 0()2/45tan(289.154 . 0*11rCrCtt 锚杆长度l 锚杆长度决议加固锚固区范围；围岩条件困难、复杂，锚固区需求加大，那么需加长锚杆。l 锚固端部锚固区域尽能够在巷道破碎区范围以外。l 锚固区外部附近有离层尽可加长锚杆加以控制。 及时锚固l 控制迎头悬顶面积和时间，随掘随锚，尽能够减小掘后离层。从巷道围岩稳定角度来谈布置。要坚持

21、围岩稳从巷道围岩稳定角度来谈布置。要坚持围岩稳定，布置巷道时应思索围岩强度与岩体应力。定，布置巷道时应思索围岩强度与岩体应力。 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应力应力降低区；降低区；D应力稳定区应力稳定区 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 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

22、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程度距被跨巷道与上部回采煤柱边缘的程度距 巷道布置的原那么巷道布置的原那么 1空间上尽量防止支承压力的剧烈影响、叠加影空间上尽量防止支承压力的剧烈影响、叠加影响和多次影响；时间上尽量缩短支承压力影响时间。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，必需留煤柱时在保证煤柱稳采用无煤柱开采，必需留煤柱时在保证煤柱稳定的条件尽能够小。定的条

23、件尽能够小。 4假设需求留煤桂维护巷道，所留护巷煤柱尺寸假设需求留煤桂维护巷道，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防止在煤柱上、下方布置巷道。合理选择底板防止在煤柱上、下方布置巷道。合理选择底板岩巷与煤柱边缘的程度间隔岩巷与煤柱边缘的程度间隔X、与煤层垂直间隔、与煤层垂直间隔Z。 6在围岩受采动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程度主应力方向平行，巷道轴线方向尽量与最大程度主应力方向平行，防止与之垂直。防止与之垂直。 )OH32CaSO3OAlCaO3(2432 结晶水体积比占结晶水体积比占

24、81.6 %，再吸附大量水，水体积比，再吸附大量水，水体积比到达到达 90 %分量比分量比 2.5:1。 速凝早强，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2ZKD高水速凝资料高水速凝资料机理：硫铝酸盐水泥熟料、石灰、石膏、假设干种机理：硫铝酸盐水泥熟料、石灰、石膏、

25、假设干种添加剂水化生成钙矾石添加剂水化生成钙矾石 水泥浆液和高水资料的性质与水灰比的关系 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 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 1围岩松软破碎、随掘随冒时运用；围岩松软破碎、随掘随冒时运用；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。围岩裂隙开展变慢前后或进入掘后稳定期不久围岩裂隙开展变慢前后或进入掘后稳定期不久 岩石变形与浸透关系曲线 权台煤矿3116上分

26、层回风平巷 掘头后方巷道围岩裂隙分布 2.1 国内外研讨现状国内外研讨现状2.2 沿空留巷巷旁支护机理沿空留巷巷旁支护机理2.3 高水速凝资料巷旁充填沿空留巷技术高水速凝资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 高水速凝资料巷旁充填沿空留巷实例高水速凝资料巷旁充填沿空留巷实例 沿空留巷极大缓解采掘接替紧张的情况，提高资源沿空留巷极大缓解采掘接替紧张的情况，提高资源采出率，实现采出率，实现Y型通风、处理煤与瓦斯突出开采难题，型通风、处理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艰苦改革。是煤矿开采及回采巷道布置技术的一项艰苦改革。 过去我国巷内

27、运用被动金属支架，加以煤矿经济困难过去我国巷内运用被动金属支架，加以煤矿经济困难，沿空留巷开展缓慢。，沿空留巷开展缓慢。 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任务面首采任务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进风巷进风巷下卸压层下卸压层B7下卸压层下卸压层B

28、6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 沿空留巷巷旁支护是关键。沿空留巷巷旁支护是关键。 传统的巷旁支护如矸石带、密集支柱、木垛等普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、支承才干小、紧缩变形量大、密遍存在增阻速度慢、支承才干小、紧缩变形量大、密闭性能差、劳动强度大，力学性能与沿空留巷围岩变闭性能差、劳动强度大，力学性能与沿空留巷围岩变形不相顺应等缺陷，不利于沿空留巷维护和防止采空形不相顺应等缺陷，不利于沿空留巷维护和防止采空区漏风、

29、煤层自燃，沿空留巷效果不好，适用于薄及区漏风、煤层自燃，沿空留巷效果不好，适用于薄及部分中厚煤层。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高水速凝资料具有支护阻力大、增阻速度快、适量可缩高水速凝资料具有支护阻力大、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，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。闭性好、劳动强度小、充填工艺及充填设备简单的优点。 膏体资料充填沿空留巷在我国处于实验时期，优点是膏体资料充填沿空留巷在我国处于实验时期，优点是处置了矸石，缺陷是充填工艺较复杂、设备投资较大

30、。处置了矸石，缺陷是充填工艺较复杂、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 锚杆支护广泛运用，为沿空留巷发明了较好的锚杆支护广泛运用，为沿空留巷发明了较好的支护条件。支护条件。 锚杆支护与巷旁支护共同作用，实现切顶，同时，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、提高围岩承载才干，锚固体锚杆支护强化围岩强度、提高围岩承载才干，锚固体构成自稳岩层构造，是较为理想的支护方式。构成自稳岩层构造，是较为理想的支护方式。 HmMm-14321m巷旁支护体巷道煤体qsinNBPqyNAcdATAMBqcosTBeMLTBNCTCCx0q cos003巷道围

31、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。 采 空 区弧 形 三 角 块巷 旁 支 护 体工作面推进方向巷旁支护体巷道煤体qsinNBPqyNAcdATAMBqcosTBeMLTBNCTCCx0q cos0002000001(cos)()()cos()()2xqLCyPMNqe x c dq qx c dxxdx 000(sin)()sin () ()/()22CBBhdTqe hSMqxc dSxc 中国矿业大学承当中国矿业大学承当“七五、七五、“八五国家科技攻关工程成八五国家科技攻关工程成果。果。 高水速凝资料高水速凝资料ZKD：在体积比

32、水占：在体积比水占90%，固体占，固体占10%条件下，条件下，2030 min内凝结，内凝结，100%固化，最终强度到达固化，最终强度到达45 MPa。经过调整水灰比或高水速凝资料配比调整充填体的强度，。经过调整水灰比或高水速凝资料配比调整充填体的强度，水灰比水灰比1.5：1时，充填体强度可以到达时，充填体强度可以到达10MPa，有效控制采空，有效控制采空区顶板、实现沿空留巷。区顶板、实现沿空留巷。 No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 : 110293.755.597.3

33、232.25 : 112413.024.615.5942.50 : 117582.424.145.1552.70 : 119661.943.464.3163.00 : 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 : 1201.503.505.00 高水速凝资料巷旁充填沿空留巷特点： 浓度小，普通质量浓度33%；高水速凝资料用量少，辅助运输任务量小； 固化体有一定的紧缩率，顺应沿空留巷大变形； 快速凝固、增阻速度快，能快速支撑顶板；高水速凝资料用量少，强度较大，沿空留巷本钱低，资料费用低于500元/m3； 充填工艺简单，由于加水多，易于搅拌，混合

34、均匀，充填体质量有保证； 充填系统费用较低，一套设备30万元左右。 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2.4.2 沿空留巷巷内支护沿空留巷巷内支护1高强度、大延伸量、树脂药卷加长锚固高强度、大延伸量、树脂药卷加长锚固的锚杆支护的锚杆支护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 沿空留巷围岩变形剧烈的地段在任务面前沿空留巷围岩变形剧烈的地段在任务面前方方20m、后方、后方70100m，尤其是任务面后方，尤其是任务面后方50m，巷道变形剧烈，需求加强支护。，巷道变形剧烈，需求加强支护。 巷内加强支护可以采用单体液压支柱。巷

35、内加强支护可以采用单体液压支柱。2.5 高水速凝资料巷旁充填实例高水速凝资料巷旁充填实例3、绿色充填开采实际与技术、绿色充填开采实际与技术3.1绿色充填开采概述绿色充填开采概述3.2绿色充填开采实际根底绿色充填开采实际根底3.3膏体资料充填开采膏体资料充填开采3.4高水速凝资料充填开采高水速凝资料充填开采3.5矸石充填开采矸石充填开采3.1绿色充填开采概述绿色充填开采概述采空区垮落呵斥的危害采空区垮落呵斥的危害平均每采万吨原煤呵斥塌陷土地平均每采万吨原煤呵斥塌陷土地0.2-0.30.2-0.3公顷，每公顷，每年新增塌陷地约年新增塌陷地约3-43-4万公顷。万公顷。我国的煤炭资源采出率仅为我国的

36、煤炭资源采出率仅为40%40%左右，左右，“三下一上三下一上村庄下、道路下、水体下、承压水上压煤村庄下、道路下、水体下、承压水上压煤是重要缘由。是重要缘由。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。地下水大量流失。地下水大量流失。3.1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3.2绿色充填开采实际根底绿色充填开采实际根底-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

37、提示了关键层运动对采场矿压显现、岩层挪动与地表沉陷及采动裂隙场分布的影响 充填开采控制上覆岩层挪动模拟实验充填开采控制上覆岩层挪动模拟实验充填开采覆岩形状与下沉充填开采覆岩形状与下沉传统垮落法开采覆岩形状与下沉传统垮落法开采覆岩形状与下沉充填开采任务面前后支承应力分布充填开采任务面前后支承应力分布3.3 膏体资料充填开采膏体资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技术优势膏体充填的技术优势1 1膏体充填体紧缩率最低，膏体充填体紧缩率最低，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

38、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膏体充填资料管道保送效率高。膏体充填资料管道保送效率高。5 5膏体料浆不沉淀、不泌水、不离析，管道保送可靠膏体料浆不沉淀、不泌水、不离析，管道保送可靠 6 6同等强度下胶结料用量少，资料费用低。同等强度下胶结料用量少，资料费用低。中国矿业大学在国内率先开展煤矿膏体充填技术研讨中国矿业大学在国内率先开展煤矿膏体充填技术研讨 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 膏体充填资料紧缩实验结果膏体充填资料紧缩实验结果泗河砂膏体充填资料全应力应变曲线，轴向应变；，p体积应变。 太平煤矿膏体充填太平煤矿膏体充填 太平

39、煤矿膏体充填太平煤矿膏体充填 小屯煤矿膏体充填小屯煤矿膏体充填 小屯煤矿膏体充填小屯煤矿膏体充填 小屯煤矿膏体充填小屯煤矿膏体充填 朱村煤矿膏体充填朱村煤矿膏体充填l l 朱村矿膏体充填工艺系统朱村矿膏体充填工艺系统 岱庄煤矿膏体充填岱庄煤矿膏体充填 岱庄煤矿膏体充填岱庄煤矿膏体充填 岱庄煤矿膏体充填岱庄煤矿膏体充填3.4 超高水速凝资料充填开采超高水速凝资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 超高水充填资料水体积可达超高水充填资料水体积可达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。保送间内调整。保送间隔不受限制。资

40、料充填进入采空区凝结后根本不被隔不受限制。资料充填进入采空区凝结后根本不被紧缩，因此有效地控制了上覆岩层活动。紧缩，因此有效地控制了上覆岩层活动。充填工艺系统特点充填工艺系统特点 充填才干大；充填才干大； 不影响任务面开采；不影响任务面开采； 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 超高水速凝资料充填开采超高水速凝资料充填开采充填泵站主要设备充填泵站主要设备3.4 超高水速凝资料充填开采超高水速凝资料充填开采浆体制备系统浆体制备系统半延续制浆子系统平、立面布置图半延续制浆子系统平、立面布置图充填泵站：因超高水资料可长间隔保送，充填泵站的布充填泵站：因超高水资料可长间隔保送，充填泵站的布置比较灵敏。可布置于地面，亦可布置在井下。置比较灵敏。可布置于地面，亦可布置在井下。浆液制备系统浆液制备系统 延续制浆系统特点是可延续制备浆体。延续制浆系