沿空留巷心得.docx
《沿空留巷心得.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《沿空留巷心得.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
沿空留巷心得
沿空留巷技术
沿空留巷就是在工作面后方沿采空区边界维护住已经使用过的回采巷道为下一区段煤层开采服务，已经成为煤矿开采技术的一项重大改革。
沿空留巷技术能够实现Y型通风方式、解决工作面瓦斯超限问题，还能具有合理开发煤炭资源、提高煤炭资源采出率、减少巷道掘进量、缓解采掘接替矛盾、防止孤岛工作面产生、缩短搬家时间、防止发火等优势，对改善矿井技术经济效益、增强矿井安全生产极为有利。
沿空留巷与有煤柱护巷比较，无论在技术经济上、还是生产安全上，都具有绝对性的优势。
但实际沿空留巷的应用并不理想，沿空留巷技术的优势没有得到充分发挥，上述问题没有得到彻底解决。
主要原因就是沿空留巷关键技术一直没有取得重大突破，主要包括两个方面的问题：
一是巷道支护材料不过关，留巷后在顶板压力下巷旁支护很快失效，导致沿空留巷变形破坏严重，维修十分困难，而且巷旁支护的破坏导致漏风严重，给安全生产带来重大隐患；二是施工工艺原始，基本是人工操作，施工困难且速度缓慢，难以实现高产高效，尤其是综采工作面，传统沿空留巷的施工进度、施工质量及巷旁支护方式难以适应综采速度快、现代化程度高、巷道断面大及支护质量要求高的特点。
沿空留巷技术现状
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。
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。
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。
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。
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2MPa。
充填体宽2.5m,高3.4m。
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王晓利教授研发而成。
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，并享有多项发明专利。
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。
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；
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
以上出自西安科技大学惠兴田教授的研究报告
沿空留巷的认识
我国沿空留巷技术经过多年的引进、吸收、消化、试验和推广，已基本掌握
了薄煤层及中厚煤层工作面沿空留巷的矿压显现规律及巷旁支护体的作用机理，
其主要认识有[21]：
（1）沿空留巷围岩剧烈变形是由回采面推进引起老顶破断、失稳、剧烈沉
降所致，即巷道剧烈变形与采面来压同步。
（2）沿空留巷顶板是以巷道煤体上部某一轴线向采空区侧旋转而造成其剧
烈沉降，顶板下沉量随巷道宽度和悬顶距的增大成正比例增大。
（3）巷旁支护体不可能完全阻止采煤工作面来压引起的巷道顶板剧烈沉降，
但是高阻力的巷旁支护体切顶高度大，使冒落岩石巷旁支护高度大，从而能充分
利用冒落矸石承载，促使巷旁支护体与围岩尽快达到新的平衡状态，以减少顶板
下沉量。
（4）一般情况下，沿空巷道的顶板下沉速度在工作面后方一个来压步距左
右位置处最为强烈，顶板剧烈下沉主要发生在工作面后方0～40m的范围内，
60～70m以后，顶板下沉趋于稳定。
（5）直接顶冒落后，能填满采空区，促使老顶处于平衡状态下，采动期间
沿空留巷的顶板下沉量与煤层采厚呈正比关系，一般少则为采高的10%，多则为
15%～20%，基本上属“给定变形”，煤层采厚愈小，愈有利于沿空留巷的维护。
（6）沿空留巷靠采空区一侧的顶板下沉量一般大于靠煤帮处的顶板下沉量，
大于倍数在一倍左右。
直接顶明显的会向采空区一侧倾斜，其倾斜方向与上方裂
隙带岩层相近。
（7）煤帮侧的应力和稳定性对于沿空留巷的顶板产生明显影响。
如果煤帮
不稳定或是遭到破坏，裂隙带岩层将会产生沉降，同时裂隙带的范围扩大。
此时，
其下方的巷道顶板下沉量及煤帮变形量将同比增加。
（8）沿空留巷内的支护形式包括巷内支护、巷旁支护难以阻止上覆岩层在
取得平衡前的顶板沉降。
为适应老顶的强烈变形，巷旁支护体应具有早期强度大、
增阻速度快、较大的支护阻力和一定的可缩量，使其与巷内支护共同维护好巷道
内直接顶，使之不破碎，不与上部老顶产生较大离层，并将采空区侧直接顶甚至
老顶切断。
（9）若采用前进式开采，沿空留巷巷道的顶板下沉量大于后退式开采。
无论是主动垮落还是被动垮落，其垮落顶板下位岩层所形成的矩形板的长边一般都平行于工作面推进方向。
这就说明顶板垮落所产生的动压，对工作面采场的影响要比对沿空留巷巷道的影响严重许多。
即顶产生的垮落使得沿空留巷巷道的矿压显现剧烈程度要小于采场的矿压显现程度。
同理，沿空留巷的支护阻力必然小于工作面采场支架的支护阻力。
另外，根据顶底板类型的不同，其垮落形式也不同，归结为：
下软上硬的岩层以主动垮落为主；下硬上软的岩层则以被动垮落为主。
老顶岩层初次断裂以后，工作面继续推进会导致老顶的周期性垮落，断裂线依次出现，老顶岩层周期性断裂形成新的结构块，形成新的围岩结构形式。
如图2.1所示。
沿空留巷在采空区上部的直接顶会因为巷旁支护和自重作用在采空区冒落，而巷道上方的部分顶板会随着老顶结构块运动而下沉。
因此，沿空留巷老顶岩层断裂后形成的结构快的稳定性对沿空留巷能够成功有重要作用。
一般来讲，老顶端部岩梁块的旋转下沉不是巷旁支护能够抵抗的，它的运动具有一定的“给定变形”运动特点。
正因如此，沿空留巷巷旁支护体要求具有一定的可缩性，同时为了保持直接顶的平衡，还要求其具有一定的切顶能力，把直接顶沿着支护体采空区外侧及早切断，保持巷道顶板的完整性。
沿空留巷的直接顶与巷道是直接接触关系，老顶通过直接顶对巷道发生作用，而上部岩层运动则要通过老顶和直接顶才能影响到巷道。
这几者之间，老顶的赋存状态和断裂特征在巷道上覆岩层与巷道发生作用过程中起着关键性作用，它成为沿空留巷围岩结构的关键组成部分。
为研究方便，将老顶及其上部载荷岩层垮落后形成的平衡结构，称之为沿空留巷上覆岩体大结构[31]。
如图2.2所示。
该结构的稳定性与其下位支承体的稳定性密切相关，沿空留巷围岩变形受“大结构”稳定性的影响很大。
其中对沿空留巷稳定性影响最大的是老顶的端部岩梁块段B。
（a）（b）
图2.1沿空留巷覆岩运动
Fig.2.1Overlyingstratamovementofgob-sideentryretaining
图2.2沿空留巷覆岩结构关系
Fig.2.2Overlyingstratastructuralrelationofgob-sideentryretaining
对于沿空留巷上覆岩体来说，大结构，是指巷道较大范围的围岩结构，包括顶煤、直接顶、老顶和作用在老顶上的载荷岩层；小结构，是指巷道周围锚杆与围岩组成的锚固体以及充填结构体[31]。
沿空留巷围岩大结构一端的支承体为煤帮，另一端为巷旁支护，因此煤帮的稳定性、承载能力和巷旁支护体的支护强度、抗变形能力将直接影响结构的稳定性；同时由直接顶组成的梁式结构自身的承载能力与巷内支护密切相关，当直接顶在巷内支护作用下完整性较好，本身承载能力较强，沿空留巷围岩结构越稳定，巷道变形也较小，反之，则沿空留巷困难。
因此加强巷内顶板支护，维护顶煤或直接顶的完整性，并采用有效的巷旁支护与煤帮加固措施，保持沿空留巷小结构本身的稳定是沿空留巷稳定的前提，而采用合理的巷旁支护，与巷内支护进行有效结合，保证大结构存在和稳定性，是沿空留巷稳定的关键。
沿空留巷技术是指回采巷道保留下来，通过对巷道围岩的控制使巷道在工作面回采过后仍不破坏，且能满足下区段回采使用的一种开采技术，其技术核心巷道围岩控制，包括巷内支护（保证顶板不大面积垮落并具有一定完整性）和巷旁充填（隔离采空区和所留巷道，提供类似于煤柱的支承力，确保所留巷道的稳定），其关键是要保证巷道能满足下一个工作面回采使用的要求。
随着工作面推进，充填体，煤层和巷道顶板形成新的共同承载体，并且巷道顶板，墙体和煤层都将承受采空区顶板冒落所产生的压力和顶板周期来压，随采高的变化，这个承载体系将承受不同的压力，其变形值将与采高成近似正比关系。
一般来说，充填墙体强度较高，煤层强度相对要低，所以在压力作用下煤帮必然发生强烈位移，系统两支点变形不协调，顶板定然发生回转变形，顶板下沉，回转角持续增大，也加剧巷道顶板的下沉。
因此通过加强支护，控制煤帮强烈位移是控制沿空留巷变形的关键之一。
依照上面分析，巷道顶板在支承压力的作用下，一般已经比较破碎，刚度和强度都比较低。
如果顶板破碎到一定程度，整个支承体系已经失去其意义，两个支点变成孤点，巷旁支护完全孤立，对直接顶没有支护作用，直接顶垮落，老顶回转下沉，巷道破坏，难以继续使用，留巷将成空谈。
因此，保障充填体上方顶板相对完整是沿空留巷的另一关键。
综上可知，在沿空留巷系统内，巷旁支护和煤帮要承受在较大的应力作用，要使沿空留巷成功的关键就是要提高巷旁支护和煤帮的强度，从而使系统整体强度增强，以适应采动影响，使其在动压作用后仍能继续使用[32]。
膏体是水和细固体粒料的一种高浓度混合物，其水含量很低（10%一25%），
因此，老顶的稳定状况直接影响沿空留巷直接顶的稳定状况。
从实验和现场观测来看，巷旁支护体阻止不了老顶的旋转下沉。
所以，要控制沿空留巷的顶板下沉，应该充分的发挥“给定变形”的特性。
巷旁支护体在支护的过程中分为前期支护和后期支护两个阶段，在前期中以“支”为主，后期以“护”为主。
也就是说，要求巷旁支护体具有足够的支护阻力，能将老顶在采空区侧沿巷旁支护体边缘切断，即具备足够的切顶阻力。
同时，巷旁充填体在达到极限的承载能力后，其自身要具备一定的可缩量，以保证在整个支护期间支护体自身不被破坏，从而能够使沿空留巷得以成功。
沿空留巷的关键是沿空一侧巷旁支护体的材料和性能的选择，要求增阻速度快，并具有合理的支护阻力能切落一定高度的顶板，具有较大的变形量适应沿空留巷剧烈变形，同时希望巷旁支护成本低廉，这些特点和要求推动着巷旁支护技术的发展。
已有研究结果表明，在岩层发生离层前，及时进行支护，很容易使顶板岩层首先沿巷旁支护外侧采空区一侧切断，垮落时对所架设的巷道支护的冲击较小，支护的变形也较小。
在岩层离层后再架设同样支护，而顶板岩层就会首先沿煤帮折断，垮落时对支护的冲击较大，支护变形也较大。
这种现象表明了沿空留巷是一个系统工程，合理的留巷支护设计施工对上覆岩层垮落具有明显的主动控制作用。
而且证明，为了取得良好的沿空留巷护巷效果，及早进行巷内支护及保证支护以及保证具有较大的初撑力来及时控制围岩活动是十分重要的。
主动垮落的另一特点是，随着工作面推进，垮落层位不断升高，岩层破坏的形式是由横破断→正破断→竖破断。
破断时，平行于长边的边界支护受到的影响大[35~37]。
当竖的长宽比增大到一定值后，上覆岩层不再向上垮断。
此时，上覆岩层垮落的第一个循环已经完成，这个循环过程称为上覆岩层垮断的初循环，如图2.1所示。
河南理工大学李化敏教授[27]认为沿空留巷顶板岩层运动可分为前期活动、过
渡期活动及后期活动三个时期，对应的巷道变形特征为前期顶板以旋转变形为主，
过渡期顶板仍以旋转变形为主，但是变形速度快、变形量大，后期顶板变形以平
行下沉为主，具有良好的适应性。
分析了沿空留巷顶板岩层运动的过程及其变形
特征，明确了顶板岩层运动各阶段巷旁充填体的作用，根据充填体与顶板相互作
用原理，确定了各阶段沿空留巷巷旁充填体支护阻力的控制设计原则，并建立了
相应的支护阻力及合理压缩量数学模型。
根据墙体瓦斯泄漏浓度及位置,推断墙体主要裂缝为墙体上部顶板、喷浆接顶处以及充填墙体上半部。
针对充填墙体与采空区的相对位置及有机注浆材料注浆过程中反应温度过高的缺点,采用流动性强、黏接力强、膨胀性好的无机注浆材料堵漏。
4.2注浆主要设备与材料
1）ZBQ-5/12型气动高压双液化学注浆泵。
2）MQT-120气动锚杆钻机。
3）注浆锚杆（自制）。
4）粉煤灰、速凝固化剂。
新型速凝固化剂作为
封堵材料进行充填加固,该材料技术参数为:
料浆浓度:
60%~70%;
初凝时间:
30~40min;
膨胀系数:
3%~5%;
抗压强度:
大于5MPa。
4.3注浆加固工艺
1）采用气动双液注浆泵进行注浆。
2）采用自制注浆锚杆,迫使浆液从注浆锚杆顶端沿孔隙扩散充填,达到最大充填半径。
3）注浆液沿孔隙扩散到裂缝并凝固,增强了墙体密实性。
4）注浆孔的布置采用由d21mm@2000mm的
空心注浆锚杆,外端套丝安装止浆阀。
5）材料配比:
粉煤灰B固化剂=1B2。
水灰比
粉煤灰
速凝剂
减水剂
抗压强度/MPa
8h
24h
0.42
15%
1%
2%
0
1.9
0.5%
2%
0
2.85
0.5%
2.5%
0
3.3
巷内顶板的完整性是沿空留巷成功的重要前提。
在锚网支护的基础上，结合锚索、钢带进行支护。
锚网支护克服松动岩体的自重，强化锚固范围内岩层承载能力，阻止围岩的进一步松动，消除围岩松散变形，提高支护能效；而锚索可以充分利用深部围岩的强度和稳定性，增大锚固范围，削弱顶板的剪切破坏作用，防止巷道顶板断裂、冒落；钢带利用巷道的特殊围岩结构和帮角稳定围岩区，强化顶板承载结构，确保顶板结构稳定。
巷旁支护作用
（1）在顶板活动前期，巷旁支护体的主要作用是平衡巷道上方直接顶的重量，保持巷道上方顶板完整性，提供一定的支护阻力，使直接顶能够沿支护体外侧（采空区侧）切断，增加直接顶的自稳能力，与巷内支护共同作用，保持巷道上方直接顶与老顶的紧贴；
（2）顶板活动过渡期，其主要作用是通过自身的可缩性适应老顶的回转，通过适当的下缩让压，充分发挥老顶岩梁自身铰接结构与冒落矸石的承载能力；同时提供一定强度的支护阻力，缩短老顶岩梁的旋转下沉的运动时间和下沉量，使“大结构”能尽早稳定；
（3）顶板活动后期，其作用主要是在巷道围岩活动后期，维持岩层整体平行下沉时巷道围岩结构的稳定性。
巷旁支护方式
（1）巷旁主动支护
巷旁支护与巷内支护相匹配，二者配合才能充分发挥各自的支护作用。
巷旁主动支护选择锚网索+钢带的支护方式，并采用提前开帮固定的方式进行支护。
提前开帮固顶技术是一种巷旁主动支护技术，其特征是在工作面前方要进行巷旁支护的位置提前开帮，将该处煤体采出后对其上方的顶板进行加固。
（2）巷旁被动支护
巷旁被动支护要求提供足够的支护阻力，以膏体巷旁充填技术作为主要巷旁被动支护方式，用采空区侧附加矸石带作为辅助支护。
这种被动支护方式可以称作不等强度巷旁支护。
（2）巷道围岩体承载强化原理
使围岩结构强度和承载能力提高的方式主要有两个途径，一是注浆加固破坏破裂岩体，二是锚杆（索）加固巷道围岩，使支护体与围岩结合，改善围岩结构，提高其承载能力
常用的混凝土早强剂都有那些
1）氯化物系早强剂如CaCl2，效果好，除提高混凝土早期强度外，还有促凝、防冻效果，价低，使用方便，一般掺量为1%~2%，缺点是会使钢筋锈蚀。
在钢筋混凝中，CaCl2掺量不得超过水泥用量的1%，通常与阻锈剂NaNO2复合使用。
2）硫酸盐系早强剂如硫酸钠，又名元明粉，为白色粉末，适宜掺量为0.5%~2%，多为复合使用，如NC，是硫酸钠、糖钙与青砂混合磨细而成的一种复合早强剂。
3）有机物系早强剂有机物系列早强剂主要有三乙醇胺、三异丙醇胺、甲醇、乙醇等等，最常用的是三乙醇胺。
三乙醇胺为无色或淡黄色透明油状液体，易溶于水，一般掺量为0.02%~0.05%，有缓凝作用，一般不单掺，常与其他早强剂复合使用。
3 锚杆支护有利于切顶的机理
沿空留巷采用锚杆支护,锚杆与巷旁支护体共同作用实现切顶的机理如下:
（1）锚杆支护提高煤帮承载能力。
沿空留巷的巷帮为强度较小的煤体,在第1个工作面采动支承应力作用下,巷帮煤体破碎,发生较大位移。
锚
杆支护有效阻止巷帮煤体变形、破坏,提高实体煤帮对顶板的支撑能力,减小顶板离层、旋转下沉量,减小巷旁支护体载荷,为实现切顶提供有利条件。
（2）锚杆支护将分层较薄的直接顶组合成整体,提高了顶板的承载能力,阻止巷道内直接顶离层,减小基本顶的下沉量。
通过锚杆支护组合成整体的直接顶传递巷旁支护阻力,保证巷旁支护体有效支撑基本顶,减小了基本顶的回转角度,避免了因基本顶旋转下沉作用于直接顶,导致巷道内直接顶剧烈下沉和破坏。
即顶板采用锚杆支护,阻止了顶板离层及旋转下沉量,并能有效传递巷旁支护阻力。
因此,沿空留巷采用锚杆支护保证顶板在巷旁支护体外侧断裂,显著改善沿空留巷维护状况。
（4）人工强制放顶
当巷道靠采室区一侧,直接顶板未及时按预计切顶线垮
落时,则沿走向在采空区距椎集0·4m处打挑顶眼,进行人
工强制放顶。
以减轻巷道顶板压力。
使老顶接预计放顶线
方向垮落。
挑顶间距1m,眼深2m,水平夹角70°。
如图3。
综采工作面沿空留巷
升级会员 