A090201 沿空留巷围岩控制技术研究.doc

沿空留巷围岩控制技术研究柏建彪【中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室矿业工程学院,江苏徐州221008】摘要分析沿空留巷顶板破断垮落特征,建立了巷旁充填沿空留巷的力学模型,提出了巷旁支护体主要参数的确定方法。分析沿空留巷巷内支护特点,介绍沿空留巷锚杆支护技术,并将研究结果应用于工程实践。关键词巷旁充填沿空留巷巷旁支护巷内支护锚杆支护----------------------------------------------------------------------沿空留巷从空间上使巷道处于开采后应力重新分布的低应力区,但从时间上无法避免采动支承应力重新分布过程中的剧烈作用,巷道需要经受两次采动影响,矿压显现强烈,巷道维护难度大。但沿空留巷具有煤炭回收率高、回采工作面衔接合理、巷道掘进率低、掘进排矸少的优点,尤其是煤巷掘进速度仅为80~100m/月的煤与***突出煤层,采用沿空留巷可以解决采掘接替紧张难题、为区域性***治理提供场地、节省了时间。因而,沿空留巷一直是煤炭开采技术的重要发展方向[1]。1传统的巷旁支护技术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,这些特性推动着巷旁支护技术的发展[2,3]。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、矸石带、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;缺点是矸石带的可缩量大、前期支护阻力小、顶板下沉量大,构筑矸石带的劳动强度大,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。2巷旁支护新材料和新技术针对沿空留巷围岩活动规律及传统巷旁支护存在的问题,研究、开发了高水速凝材料及膏体材料巷旁支护新技术,它们的优点是支护阻力大、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闭性好、劳动强度小。硬石膏巷旁支护在德国有少量应用,由于留巷成本昂贵、输送管道磨损严重、粉尘大,我国基本没有应用。,分甲料、乙料两部分,每部分单独加水搅拌24h不凝固,混合后快速凝固、早期强度大、增阻速度快、塑性变形量大,水用量大、固体料用量少,易于泵送、构筑巷旁支护体劳动强度小。ZKD高水速凝材料不但强度满足巷旁支护要求,而且塑性特征显著,残余强度降至峰值强度的70%时,其应变可达3%~%,能满足沿空留巷围岩强烈变形要求,工程实践表明高水速凝材料巷旁支护维护巷道效果良好[3]。但是高水速凝材料研发成熟时期是1992年前后,当时,我国煤炭行业处于困难时期,相对当时的煤炭售价,700元/t的高水速凝材料使巷旁支护成本较高,未能在我国广泛应用。高水速凝材料巷旁充填沿空留巷又分为高水速凝材料净浆充填和高水速凝材料灰渣充填。高水速凝材料净浆充填是仅在高水速凝材料中按配比加水搅拌;高水速凝材料灰渣充填不仅在高水速凝材料中按配比加水、还要按配比加入粉煤灰搅拌。ZKD高水速凝材料加灰渣的单轴抗压强度见表1、高水速凝材料净浆单轴抗压强度见表2。表1ZKD高水速凝材料加灰渣的单轴抗压强度[4]编号灰渣种类用量/kg•m-2单轴抗压强度/MPa胶结料水灰渣1d3d7d28d1烟道灰**********.**********.