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1、西安科技大学惠兴田科研团队6573861cfc4910b3906876edac4fc236.pdf西安科技大学惠兴田 第 2 页 2018-10-20 12有了多年煤矿生产技术经历，今天才使我对煤炭资源的浪费感悟到内心触动。我倒没有惋惜那些因为设计缺陷导致的煤炭损失，也没有吝啬那些在厚煤层群中开采丢掉的丰富的煤柱资源。我真正痛心的是两个区段间随手丢掉了那么多的煤柱资源。我更痛心的是煤矿主宰者没有认识到专注于煤矿技术的我们现在已经在理论和实践上都已经能够解决大多数复杂情况的无煤柱采煤技术。两个区段之间的煤柱的回收犹如举手之劳。这个举手之劳的丰厚利润我们如果不要的话那就是我们科技工作者的“渎职”。
2、强烈的使命感驱使我这个晚醒的煤矿科技专业工作者将自己的生活随时紧扣无煤柱开采技术。我很想埋怨生活在今天的中国经济飞速发展时期是造成煤矿资源浪费的主要原因。我们更应该呼唤良心：是否我们有必要为追求高产高效而不惜资源？是否因为自己不了解无煤柱发展现状而放弃技术进步。我们更应该清醒，在开发数千万年才形成的宝贵煤炭资源时候衡量一个领导者的政绩是否应该将高产作为唯一标准？实际上我最痛心的还是那些为追求高产高效努力工作去适应这个经济潮流而不惜以煤柱损失作为代价。我们是否能够以人类在地球的可持续生存作为最高境界。最好不要在今天主宰者身后的近几代人就开始指责我们。为什么要不顾一切追求高产而不能够科学开采实现高
3、产高效呢？实际上，在煤炭生产中敢“闯红灯”而发明煤与瓦斯共采的袁亮院士在他的题目提出之初就得到 99%的专家们的强烈反对。他成功了。袁亮说这个成功是他坚持科学开采的结果。无煤柱开采需要解决的科学技术问题是： 是不是非要保留煤柱才能够实现安全开采？有时候无煤柱更安全 高瓦斯突出煤层能否实施无煤柱开采？可以煤与瓦斯共采 放顶煤能不能实施无煤柱开采？能！ 沿空留巷和沿空掘巷那个方案更合适？留！ 针对不同的采矿条件采用什么方式沿空留巷隔离墙方案更合理？ 沿空巷道怎样维护才能实现安全高效开采？我们在上世纪中期解决了曾经困扰我们数百年的顺槽支护问题，也由于顺槽的支护成功大大提高了采矿效率。如今我们已经冲破
4、了无煤柱开采沿空留巷问题瓶颈。无煤柱开采必将进入一个急速发展的新时代。惠兴田惠兴田 20116573861cfc4910b3906876edac4fc236.pdf西安科技大学惠兴田 第 3 页 2018-10-20 136573861cfc4910b3906876edac4fc236.pdf西安科技大学惠兴田 第 4 页 2018-10-20 146573861cfc4910b3906876edac4fc236.pdf西安科技大学惠兴田 第 5 页 2018-10-20 15目目 录录1.概述概述.81.1.无煤柱开采意义81.2.无煤柱采矿经历91.3.惠兴田教授的支护成果102.无煤柱开
5、采巷道技术方案无煤柱开采巷道技术方案.122.1.沿空留巷方案122.2.沿空掘巷方案132.3.架后沿空隔墙留巷132.4.锚筋夹心混凝土沿空掘巷142.5.隔墙预支撑留巷152.6.架后沿空隔墙扩巷152.7.预支撑沿空隔离墙掘巷153.沿沿空空巷道矿压及支护原理巷道矿压及支护原理.173.1.沿空留巷国内外研究现状173.2.沿空矿压特点193.3.沿空巷道矿压分析203.4.沿空巷道顶部矿压特征203.4.1.采场老空垮落规律203.4.2.顶板宏观表现213.4.3.顶部微观表现213.4.4.顶板力学表现223.4.5.材料力学特征233.5.沿空巷道支护原理233.6.沿空侧的相
6、似模拟提示243.7.沿空留巷支护原理246573861cfc4910b3906876edac4fc236.pdf西安科技大学惠兴田 第 6 页 2018-10-20 163.8.沿空隔离墙掘巷支护原理253.9.沿空留巷支护对策253.10.现有技术分析结果264.无煤柱顺槽巷道隔离技术无煤柱顺槽巷道隔离技术现状现状.274.1.沿空留巷施工技术分析274.1.1.密集支架形式基本不可取274.1.2.矸石堆垛方式应该淘汰284.1.3.砌体墙法存在缺陷284.1.4.高水高效充填支护法事倍功半294.1.5.现浇混凝土隔墙法性价比好294.2.现浇混凝土隔墙技术评价314.3.封闭注浆砌筑
7、技术刚柔并举324.4.沿空留巷隔离墙复合模板支架324.5.沿空留巷隔离墙方案334.5.1.主要理论依据334.5.2.主要实践依据334.6.沿空掘巷施工技术344.6.1.窄煤柱掘巷处于围岩高应力区344.6.2.架后沿空隔墙扩巷344.6.3.锚筋夹心混凝土沿空掘巷345.封闭封闭模铸砌体隔墙沿空留巷技术简介模铸砌体隔墙沿空留巷技术简介.365.1.混凝土隔墙技术分析365.2.封闭注浆砌筑技术方案375.3.泵注混凝土技术分析385.4.现浇混凝土显著缺点385.4.1.材料制备复杂工艺带来很多麻烦385.4.2.装袋或是专用罐车运输到井下385.4.3.泵送混凝土施工要求高，不慎
8、容易堵管对工作影响很大385.5.模铸砌体技术介绍386573861cfc4910b3906876edac4fc236.pdf西安科技大学惠兴田 第 7 页 2018-10-20 175.5.1.封闭模铸砌体技术特点395.5.2.封闭模铸砌体沿空留巷隔墙优点405.6.注浆材料研究强渗透微膨胀415.7.内胎模试验425.8.注浆过程中浆体膨胀检测425.9.浆液饱满度检测435.10.浆液渗透密闭性检测435.11.墙体密封保障435.12.墙体接缝密闭性445.13.墙体接顶可靠性试验445.14.施工设备465.15.封闭模铸专利特征465.16.注浆砌体经济效果475.16.1.普通
9、混凝土价格预算475.16.2.泵送混凝土成本475.16.3.注浆砌体成本476573861cfc4910b3906876edac4fc236.pdf西安科技大学惠兴田 第 8 页 2018-10-20 181.1. 概述概述在过去的几个世纪里，尽管人们也尽力试验无煤柱开采，但还是因为那时候没有掌握足够的无煤柱开采理论和实践技术而无法作为一种有效的采煤手段。到了 21 世纪的今天，我们已经从理论和实践中总结了不断进步的有用的科学技术和理论方法，而且更重要的是从不断失败中汲取了经验教训。这才使得我们找到了针对各种复杂情况下的无煤柱开采的可行性。可以说是先辈们的前赴后继加上我们不懈的追求才真正解
10、开了无煤柱开采的关键症结。如今，世界上已经成功的技术经济可行的无煤柱开采方法已经有了广泛的应用经验。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。1.1.无煤柱开采无煤柱开采意义意义 减少巷道掘进量减少巷道掘进量缓解接续紧张；节约掘进费用缓解接续紧张；节约掘进费用煤炭全部回收煤炭全部回收延长矿井寿命，提高社会效益延长矿井寿命，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近十年理论和新技术理论和新技术的成熟为沿空留巷打下良
11、好基础的成熟为沿空留巷打下良好基础现实意义现实意义 减少巷道掘进量减少巷道掘进量缓解接续紧张；提高综合效益缓解接续紧张；提高综合效益在这一点上往往没有引起让人们足够重视。生产过程中留巷与生产处于完全平行的作业状态，这可以最大限度发挥生产率。采用沿空留巷技术就可以使一个工作面的回采结束就必然形成一个顺槽。因此，准备一个工作面只需要掘进一条顺槽即可。这里面的矛盾在于沿空留巷是否一定确保成功，是否建设成本太高。一般情况下，采用封闭模铸砌体隔墙技术的建设成本为一个正常掘进巷道的费用。因此，这就很明显的表现出成果为：多回收煤柱多回收煤柱+缓解接续缓解接续=提高综合经济效益提高综合经济效益。战略意义战略意
12、义 开发煤炭资源；提高煤炭回收率；为后代负责。开发煤炭资源；提高煤炭回收率；为后代负责。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。也能够落实国家有关煤炭开采法规相关规定，保证回采率。6573861cfc4910b3906876edac4fc236.pdf西安科技大学惠兴田 第 9 页 2018-10-20 19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。其他形式都是这两种形式的完善扩展。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
13、话在技术和经济上有更多优越性，具有广泛意义，因而对于具有适合条件的矿井都应当优先采用。1.2.无煤柱采矿经历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，先后采用往复式“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
14、年代引进使用，那时候因为经济基础等因素影响，特别是没有掌握矿山压力规律，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、因而没有广泛的市场。巷道维护困难的局面仍然没有彻底扭转。沿空留巷由于具有良好的社会和经济效益，我国在上世纪就不断有研究成果。那时候的研究主要是基于煤炭的国家计划性和后期煤炭经济的不景气。使得该项技术的研究始终处于一个怪圈。我们总是不想花费就想得到汇报。尤其是采用那些煤矸石或是木材支柱作为沿空侧支护没有足够的强度和密封性而使得沿空留巷技术背上劣名。实际上，近几年人们才开始逐渐认识煤体资源的重要性。对于这种数千万年形成的宝贝我们今天才开始提出“资源
15、费，回采率”等概念。虽然我国现在还没有上升到一个高度。还没有强制的手段。但在国外，以欧洲为代表，基于资源的贫瘠，他们可以用比较高的代价研究实施无煤柱开采。主要的形式是以有机和无机材料混合的充填密封留巷。代价较大，但施工方便快捷。日本人为了节省资源，在自己国家实施无煤柱开采，不足部分靠大量进口煤炭。今天，为了挽救人类的荒谬。世界各国都在积极研究推行无煤柱开采技术。当前存在的主要问题是没有完全掌握采场推进过程中上覆岩层运动和支承压力发展变化的规律，特别是没有认识到充填体不可能完全承担支承压力高峰实施转移过程和采场上覆岩层（裂断拱内岩层）沉降过程中的强大压力。其结果往往是在充填宽度很大（3-5m），充填成本很高的情况下，出现严重的巷道底鼓（这是巷道底板岩层在两帮强大的支承压力作用下屈曲破坏的结果）；而当充填材料宽度小、强度不足时，巷旁充填体将在上覆岩层沉降压力作用下迅速破坏，失去支承能力，出现老塘透风，引发老塘火灾和瓦斯爆炸事故。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
