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1、无煤柱护巷开采简介无煤柱开采工艺分为两种，一种是在上一区段回采完毕，采空区冒落严实， 围岩活动相对稳定后，再沿采空区和煤体边缘掘进巷道，称为沿空掘巷。沿空掘 巷工艺可以不留煤柱，完全沿采空区掘进，也可以保留 35m 宽的小煤柱;另一种 是将已采工作面后方的运输顺槽或回风顺槽用一定方法沿采空区保留下来，作为 下一工作面的顺槽，称为沿空留巷。1. 沿空留巷的巷旁支护技术目前，国内外在应用沿空留巷时，绝大多数都要设置巷旁支护。巷旁支护的 作用是利用巷旁支护的高阻力去支撑冒落带边缘的顶板载荷，从而分担和减轻巷 内支架的受载;当直接顶比较坚硬或顶板有周期性来压时，利用巷旁支护切断该 处顶板，从而避免顶板
2、沿巷道煤壁出断裂，同时利用它承受直接顶板冒落或周期 冒落时所产生的动载荷;利用可缩量较小的巷旁支护去限制巷道与采空区交界处 的顶板下沉量，避免巷内支架产生严重变形;利用巷旁支护去隔离或密闭采空区。 当然，希望巷旁支护能同时起到上述四个方面的作用，但实际上由于所采用的巷 旁支护材料和支护形式的不同，并不是所有的巷旁支护都能起到上述各方面的作 用。而且根据矿山地质条件的不同，也并不要求巷旁支护在所有情况下都具有上 述各方面的作用。巷旁支护的种类很多，按其力学特征可分为刚性的，有限可缩 量的和大可缩量的。国内外应用较广的巷旁支护有木垛、密集支柱、矸石带、料 石砌垛、人造砌块、硬石膏充填和水材料充填等
3、。1.1木垛巷旁支护我国过去巷旁支护应用较广，其形式一般是单排木垛。现在为降低坑木消 耗，使用越来越少。木垛作为巷旁支护的优点是 :支撑面积大，稳定性好，用以 挡矸比较有效;架设比较灵活、方便，劳动量少;后期支撑能力大。其缺点是:木材 消耗量大，随煤层厚度加大此缺点更为突出;从力学性质来看，木垛属于晚支撑 支架，承载过程中载荷增长速度很慢，且早期支撑能力太低，因而不能起到早期 减少顶板下沉的作用;木垛的可缩量大，通常可以压缩到只有原始高度的 40%一50%因而不能起到切断采空区顶板的作用，相反，常使脆性顶板沿巷道煤壁产生 断裂现象，从而加大了巷道支架所受载荷;木垛属于宽幅巷旁支护类型，它使巷
4、道控顶宽度加大，从而增加了巷内支架上的载荷，国外在应用沿空留巷时曾采用 双排木垛作为巷旁支护，但效果并不理想。1.2密集支柱巷旁支护由于应用木垛护巷存在一系列缺点，故在许多情况下，采用了密集支护作为 巷旁支护。所谓密集支护作为巷旁支护是指随工作面推过之后，在采空区边缘新 架设的密集支柱。密集支柱属于刚性支护类型。与木垛相比，其优点是可缩量小， 早支撑性能好，可进行切顶，架设工作量小等。木材密集支柱的缺点是木材消耗 量大，并且一般不能回收复用;当顶板或地板较软时，密集支柱易于顶地板造成 卸载，因而失去支撑和切顶作用;密集支柱的稳定性较差，在受到采空区冒落矸 石的冲击时容易倾倒，同时，由于沿空巷道
5、两帮下沉不均，通常靠采空区一侧顶 板的下沉量大于煤体一侧，巷道顶板产生倾斜，故也会使密集支柱倾倒而失去支 撑作用;密集支柱的工作性能常受到架设质量的影响，尤其当采高较大时，密集 支柱不仅不易架设，而且也不稳定。可见。用木材密集支柱作为巷旁支护可以起 到承载、切顶和隔离采空区碎研石的作用。它适宜在顶板岩石为中等稳定以上， 顶板属于脆性，采高在 2 一 2.2M 以下的薄及中厚煤层中使用。1.3 矸石带、料石垛巷旁支护矸石带巷旁支护是国内外普遍采用的方式，我国在开采厚度为 1.5M 以下的 层时大量应用。矸石带作为沿空留巷的巷旁支护，具有节省支护材料，隔离采区， 承载面积大。稳定性较好等优点。其缺
6、点是砌矸石带的工作量大，工人体劳动繁 重。从力学特性来看，矸石带属于宽幅、大可缩量和晚支撑的支撑物。于空隙大， 压缩量达 40%，虽然压实后支撑能力可以提高，但这时顶板己大量沉并失去稳定 性，而且矸石带较宽，又增加了顶板的悬伸宽度。因此，除了韧大的缓慢下沉顶 板之外，对于脆性顶板，这种顶板悬伸可能造成顶板沿煤壁断裂，并造成巷内支 架上载荷增加。料石垛巷旁支护高强度有限可缩量特性，属于早支撑类型，实现 了切顶卸载，巷道变形量小，支架完整。但由于料石垛内外两侧受力不均，故可 能使石垛在载过程中出现各种形式的变形和破坏。1.4 人造砌块巷旁支护人造砌块作为巷旁支护，是为了节约木材、克服木垛可缩量和承
7、载晚等缺而 发展起来的。近二十年来，这种巷旁支护形式在国外有相当的发展，国内也一定 应用。这种支护形式的优点是材料来源广，价格低廉 ;构件的刚性大，承快，压 缩 20% 就达到最大载荷。我国中国矿业大学北京研究生部研制的水泥、渣、锯末 “三合一”砌块在阳泉及平顶山矿务局使用效果良好。1.5巷旁泵充填支护技术巷旁泵充填支护是巷旁支护技术的一次革命，它克服了上述巷旁支护方法在 的支撑阻力不够、可缩性能不匹配、运输量大、劳动强调高等缺点。巷旁泵充填 技术包括硬石膏风力输送充填技术和高水材料泵充填技术。德国的硬石膏充填材 料主要由硬石膏和普通硅酸盐水泥组成，充填料水固比为 0.08 一 0.12 左右
8、，其 工作原理是将配好的充填干料以压风为动力，通过充填泵和管道将干料输送到充 填点，然后与水混合注入构筑好的模板内，连续充填构筑成密封墙。2. 沿空留巷巷旁支护技术分析按力学特性可将巷旁支护分为刚性、有限可缩量、大可缩量几种。传统的巷 旁支护有木垛、密集支柱、研石带、混凝土砌块等. 木垛巷旁支护的优点是稳定性好、架设劳动强度小；缺点是增阻速度慢、 可缩量大、支护阻力小、巷道控顶宽度大、留巷效果差，不能密闭采空区、木材 消耗量大，适用于薄及中厚煤层.。 密集支柱巷旁支护与木垛相比，其优点是可缩量小、早期支撑性能好、巷 道控顶宽度小、切顶效果较好；缺点是可缩量小、支护阻力小、稳定性差，不能 密闭采
9、空区、木材消耗量大，适用于脆性顶板、中等稳定的薄及中厚煤层. 矸石带巷旁支护的优点节省支护材料、稳定性较好;缺点是研石带的可缩量 大、前期支护阻力小、顶板下沉量大，构筑研石带的劳动强度大，密闭采空区效 果较差，适用于顶板韧性较大的薄煤层. 混凝土砌块巷旁支护的优点是前期支护阻力大、增阻速度快、切顶效果好 缺点是可缩量较小、成本较高、构筑巷旁支护的劳动强度大，密闭采空区效果较 好，适用于顶板中等稳定的薄及中厚、中硬以上的煤层 .传统的巷旁支护存在支 护阻力、可缩性等力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应、密闭性能差和机械化 程度低等缺点，不利于巷道维护和防止采空区漏风与自燃发火，所以长期以来我 国沿
10、空留巷基本上只是应用在条件较好的薄及中厚煤层， 条件困难或厚煤层中难以发展，多采用沿空掘巷.3沿空留巷带支护设计由沿空留巷围岩变化规律、支架工作阻力变化规律以及载荷构成分析可见， 沿空留巷支护只有在适应围岩变形规律的基础上控制围岩变形，因此对支架有一 定的要求。为了适应沿空留巷条件下“支架一围岩”相互作用的特点，支架不仅 要有足够的工作阻力，而且要有与围岩移近量相适的可缩量。根据统计，沿空留 巷的支架工作阻力应大于巷道上方 4 倍采高的冒落带岩层重量。支架结构的可缩 量，对于围岩中等稳定条件一般可为 400 一 600，对于分层开采的下部各分层 应达到 600 一 800。加上临时加强支柱，较
11、快的增阻速度，使支架可缩稳定、 具有与巷道围岩共同作用过程中仍能保持支架本身的工作特性。同时，沿空留巷 支护必须具有较好的封闭性，既能保证对顶板、两帮的支护和控制，又能很好地 隔绝采空区和预留的巷道，最大限度降低采空区瓦斯或其他有害气体、采空区积 水进入预留巷道，隔绝空气进入采空区，降低采空区煤层自燃现象。 4.我国沿空留巷技术存在问题到目前为止，我国在沿空留巷技术的应用方面进行了许多的探索，积累了丰 富的经验，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，由于我国煤矿地质条件多样，沿空留巷围岩控制机理研究复杂、 巷旁支护技术还不十分完善，在沿空留巷技术研究与应
12、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。目前在支护设计思路、巷内支护、巷旁支护及理论研究 方面还存在一定问题。支护设计思路问题以往采用沿空留巷技术，支护设计思路不合理，大多将工作面回采前的巷道 掘进与回采后的留巷相互独立，没有统筹考虑，没有将沿空留巷视为一项系统工 程，如在对需要保留的巷道掘进前，进行巷道支护形式选择和支护参数设计时， 没有预先考虑后期沿空留巷技术的需要，从而导致沿空留巷后巷内支护体强度不 能满足两次采动影响的要求、巷内支护与巷旁支护不匹配，使留巷效果达不到预 期目标，甚至失败。巷内支护问题1）大量理
13、论研究和生产实践表明，如何提高巷道围岩强度，并正确选择合适 的巷内支护方式是保证所留巷道在留巷后巷道稳定的关键。随着综采、综放采煤 技术的发展，工作面采高逐渐加大，由于工作面一次采出的煤层厚度增大，上覆 岩层活动程度及波及的范围相应增加，回采巷道压力随采高的增加而增加，以及 己采区和工作面采动引起的支承压力的叠加作用，使巷道围岩应力增加，使得工 作面超前支承压力影响距离加大，矿压显现剧烈，沿空留巷的顶板下沉量随开采 厚度增加而增大，在工作面前方附近，巷道断面收缩率较大，若不采取合理的巷 内支护方式将所留巷道的变形控制在一定的范围内，则很难保证所留巷道在下区 段回采时能正常使用。以前国内沿空留巷
14、巷内支护多采用金属支架，属被动支护， 即使加大型钢重量、减小棚距仍难以维护所留巷道的稳定，因此有必要采用一种 能主动提供支护阻力的巷内支护方式。2）巷内与巷旁支护方式选型和参数的选择上不够合理，造成巷内与巷旁支护 不能共同维护沿空留巷的稳定。随着沿空留巷技术在中厚煤层和综合放顶煤中的 应用，随着留巷断面的不断扩大，巷道围岩变形量增加、巷道维护越来越困难， 原来所用的金属支架型钢重量不断增加，棚距日益减小，留巷支护费用和维护费 用显著增加，而且施工、运输更加困难和复杂，同时由于金属支架属于被动支护， 支护的可靠度不高，即使加大重量、减小棚距仍难以维护条件困难的留巷。 巷旁支护问题1）巷旁支护作为
15、沿空留巷的一个技术难点,在我国一直没有得到很好地解决。传统的巷旁支护存在支护阻力、可缩性等力学性能与沿空留巷围岩变形不相适 应、密闭性能差和机械化程度低等缺点,不利于巷道维护和防止采空区漏风与自 燃发火。所以,长期以来我国沿空留巷基本上只是应用在条件较好的薄及中厚煤 层,条件困难或厚煤层中采用这种方式留巷成功率不高,大部分留巷需要翻修方 可复用。传统的巷旁支护方式只适用于中厚以下煤层的低瓦斯矿井和无自然发火 倾向的煤层。高水速凝材料与高水灰渣材料巷旁充填、硬石膏等风力充填,都需 要建立一套较为复杂的充填系统,而且充填设备性能不佳、充填材料成本较高。2）在薄煤层进行沿空留巷,巷旁支护阻力一般较小
16、,甚至有时不需要进行巷 旁支护;但随着采高的增大,巷旁支护阻力必然大大增加。但不论是传统的木垛 巷旁支护还是最新的高水材料巷旁充填支护,它们都属于被动支护,只有当顶板 垮落压在支护体上时,它们才会对顶板施加支护阻力,而不是在顶板垮落之前就 主动对顶板施加支护阻力。而巷旁支护的初始阻力对顶板支护有着十分重要的作 用。因此有必要寻求一种能主动提供支护阻力的巷旁支护方式,增加巷旁支护的 初始阻力。沿空留巷理论研究问题1）在巷旁煤体对沿空留巷顶板稳定的作用方面研究还不够。己往建立的沿空 留巷力学模型,一般只考虑顶板岩层同支架之间的相互作用关系,把巷旁煤体仅 作为刚性支座来考虑。然而,煤体的不同力学性质同样对留巷顶板岩层的稳定起 着重要的作用。所以有必要对沿空留巷顶板岩层控制规律进行深入研究,在研究 沿空留巷“支护围岩”相互机理时,应更深入地研究煤体与沿空留巷顶板以及 支护的相互作用,不仅应考虑顶板、支护间的关系,而且更要考虑煤体与顶板岩
