采礦技術(shù)新發(fā)展PPT課件

1、1采礦技術(shù)新發(fā)展采礦技術(shù)新發(fā)展 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2主要內(nèi)容主要內(nèi)容1、動(dòng)壓巷道圍巖穩(wěn)定理論與控制技術(shù)、動(dòng)壓巷道圍巖穩(wěn)定理論與控制技術(shù)2、沿空留巷圍巖控制原理與技術(shù)、沿空留巷圍巖控制原理與技術(shù)3、綠色充填開(kāi)采理論與技術(shù)、綠色充填開(kāi)采理論與技術(shù)31 動(dòng)壓巷道圍巖穩(wěn)定理論與控制技動(dòng)壓巷道圍巖穩(wěn)定理論與控制技術(shù)術(shù)45破裂區(qū)彈性區(qū)塑性區(qū)彈性區(qū)極限平衡區(qū)原巖應(yīng)力區(qū)原巖應(yīng)力區(qū)（a）（b）井巷圍巖狀態(tài)的分區(qū)嚴(yán)格的分區(qū)近似的分區(qū)6 (a)實(shí)體煤巷道；(b)煤柱巷道；(c)沿空巷道；(d)無(wú)直接頂、底的煤柱巷道。分布狀態(tài)：(a)“”型；(b)、(c)半“”型；(d)缺上（或下）的半“”型。與圓形巷道、基本

2、巷道分布狀態(tài)不同，是研究動(dòng)壓、軟巖巷道礦壓的基礎(chǔ)。 71.3 圍巖不均勻整體下沉和局部上升圍巖不均勻整體下沉和局部上升 大面積開(kāi)采，采動(dòng)支承應(yīng)力和不同護(hù)巷方式引起。大面積開(kāi)采，采動(dòng)支承應(yīng)力和不同護(hù)巷方式引起。 相似材料模擬試驗(yàn)結(jié)果u1、u2、u3、u4、u5下沉曲線d1、d2、d3破斷曲線81.3 圍巖不均勻整體下沉和局部上升圍巖不均勻整體下沉和局部上升 91.4 動(dòng)壓巷道底鼓機(jī)理動(dòng)壓巷道底鼓機(jī)理1.4.1 機(jī)理機(jī)理 巷道兩幫下沉引起底鼓。兩幫下沉、底角破壞，巷道兩幫下沉引起底鼓。兩幫下沉、底角破壞，水平應(yīng)力擠壓，底板淺部鼓起，頂板下沉、離層水平應(yīng)力擠壓，底板淺部鼓起，頂板下沉、離層 。 （a

3、） （b）兩幫下沉與底鼓關(guān)系（a）東龐礦（中硬巖）；（b）黃塘嶺礦（軟巖）10圖3 巷道底板深基點(diǎn)位移圖4 巷道底板垂直位移no零位移點(diǎn)；n零應(yīng)變點(diǎn) 權(quán)臺(tái)礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè) 淺部鼓起，深部下沉；與采煤工作面距離不同而變化。11（1）力學(xué)計(jì)算 q(y) 作用下m點(diǎn)的位移 根據(jù)彈性力學(xué)理論，平面應(yīng)變條件下的半無(wú)限平面體， q(y)dy 載荷作用下m點(diǎn)的垂直位移分量dux222222arctan)21 ()ln()1(d)()()1 (dyxxyiyxxyxyyqyxexux力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖12 q(y) 作用下，作用下，m點(diǎn)的垂直位移點(diǎn)的垂直位移ux 等于上式在等于上式在a,b區(qū)間上的積分。區(qū)間上的積分。yy

4、ssysyyqyxexyyxxyxyyqyxexuubababaxxd arctan)21 ()(ln)1)()()1 (d arctan)21 ()(ln)1)()()1 (d2222222213（2）煤柱巷道底板等效載荷分布 煤柱巷道底板等效載荷分布 簡(jiǎn)化的載荷分布14（3）底板中心線上的垂直位移各區(qū)段分布載荷在巷道底板 中心線上引起的垂直位移巷道底板中心線上總的垂直位移15 1.4.2 加固兩幫和底角控制巷道底鼓（1） 錨桿加固兩幫、底角16試驗(yàn)編號(hào)巷道表面移近量mm、項(xiàng)試驗(yàn)與對(duì)比頂?shù)装鍍?幫移近量減少值mm移近量減少百分?jǐn)?shù)%頂?shù)装鍍?幫頂?shù)装鍍?幫37426458631461.054.

5、32759068548871.484.4960578 17（2） 注漿加固 權(quán)臺(tái)礦注漿孔布置 注漿材料、工藝、費(fèi)用v 材料：zkd高水速凝材料，水灰比1.8 1v 注漿壓力：0.1 0.15 mpav 材料費(fèi)用：13.83元/m18注漿效果對(duì)比項(xiàng)目對(duì)比項(xiàng)目巖石質(zhì)量指標(biāo)巖石質(zhì)量指標(biāo)rqd（%）鉆孔測(cè)定強(qiáng)度（鉆孔測(cè)定強(qiáng)度（mpa）注漿前注漿前9.114.7注漿后注漿后96.722.5注與不注漿段對(duì)比注與不注漿段對(duì)比底鼓量（底鼓量（ mm ）兩幫移近量（兩幫移近量（mm）不注漿不注漿538651注注 漿漿14415119（3）打底板錨桿控制底鼓201.5沿空巷道圍巖大、小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理沿空巷道圍巖大

6、、小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理大、小結(jié)構(gòu)概念大、小結(jié)構(gòu)概念 大結(jié)構(gòu)：包括直接頂（頂煤）、老頂及其上載荷巖層大結(jié)構(gòu)：包括直接頂（頂煤）、老頂及其上載荷巖層的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。 小結(jié)構(gòu)：錨桿支護(hù)與圍巖形成的錨固體。小結(jié)構(gòu)：錨桿支護(hù)與圍巖形成的錨固體。21 大結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析大結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析沿空掘巷與上覆巖層的結(jié)構(gòu)關(guān)系22三角塊受力分析圖rbcfr,fzrabfmfgilkhgjijegftabrbcajjytbctbckxx023 三角塊結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的方式主要有三角塊結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的方式主要有2種，即滑落失穩(wěn)和種，即滑落失穩(wěn)和轉(zhuǎn)動(dòng)失穩(wěn)。轉(zhuǎn)動(dòng)失穩(wěn)。 引入三角塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)的概念，將引入三角塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)的概念，將a、b

7、巖塊巖塊之間的摩擦力與三角塊結(jié)構(gòu)的剪切力之間的摩擦力與三角塊結(jié)構(gòu)的剪切力rab之比定義為滑之比定義為滑落穩(wěn)定性系數(shù)落穩(wěn)定性系數(shù)k1；a、b巖塊之間的擠壓應(yīng)力與巖塊之間的擠壓應(yīng)力與a、b巖巖塊接觸處的有效抗壓強(qiáng)度之比定義為轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)塊接觸處的有效抗壓強(qiáng)度之比定義為轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)k2，即即:1tanababtkrcabaltk1224 25小結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析1）沿空側(cè)護(hù)巷窄煤柱的寬度式中：x1 因上區(qū)段工作面開(kāi)采而在下區(qū)段沿空掘巷窄煤柱中產(chǎn)生的破碎區(qū)，其寬度為：321xxxbapcchkmaxx000001tantanlntan2x2巷道窄煤柱一幫錨桿有效長(zhǎng)度，m；x3 增加的煤柱穩(wěn)定性系數(shù)，

8、 按0.2（ x1 + x2 ）計(jì)算262) 強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度，確定錨桿支護(hù)強(qiáng)度 必須保證足夠的錨桿初錨力與支護(hù)強(qiáng)度，強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度后使小結(jié)構(gòu)能在大結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)下沉影響下保持圍巖穩(wěn)定。3）綜放兩道圍巖變形規(guī)律 序?qū)Ρ软?xiàng)目實(shí)體煤巷道沿空掘巷1頂板、兩幫變形110152回采期間與掘巷期間圍巖變形比值1.21.55103兩幫變形與頂?shù)装遄冃伪戎?22.527 掘巷期間掘巷期間 工作面前方10m處綜放沿空掘巷支護(hù)效果281.6.1 影響巷道圍巖穩(wěn)定性的三大因素 圍巖強(qiáng)度、巖體應(yīng)力、支護(hù)技術(shù) 1）前蘇聯(lián)阿爾達(dá)曉夫、巴仁根據(jù)巷道垂直應(yīng)力h與底板單軸抗壓強(qiáng)度r的比值作為判斷巷道是否底鼓的準(zhǔn)則：穩(wěn)定的（不底鼓）：中等穩(wěn)

9、定（有底鼓）：不穩(wěn)定（強(qiáng)烈底鼓）： 0.6 3 . 0rh6 . 0rh3 . 03 . 0rh 我國(guó)礦井巷道的極限深度我國(guó)礦井巷道的極限深度圍巖單軸抗壓強(qiáng)度mpa巷道極限深度 m601000 3）支護(hù)技術(shù) 從軸對(duì)稱圓巷的彈塑性分析卡斯特納方程中可以看出：由于支護(hù)反力p的作用，加大了塑性區(qū)應(yīng)力而減小了塑性區(qū)半徑。 301.6.2 基本途徑 （1）提高圍巖強(qiáng)度 布置在穩(wěn)定巖層中；布置錨桿，強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度；圍巖注漿，提高巖體強(qiáng)度；封閉、疏干、防風(fēng)化，防止圍巖碎裂、強(qiáng)度降低 （2）減小巖體應(yīng)力 合理布置巷道：時(shí)間、空間上減少巷道承受支承壓力影響，巷道布置在應(yīng)力降低區(qū)；合理設(shè)計(jì)煤柱尺寸；考慮最大水平應(yīng)力

10、的影響 應(yīng)力轉(zhuǎn)移（ 巷道卸壓）：跨采進(jìn)行巷道卸壓；開(kāi)槽卸壓；震動(dòng)爆破卸壓；布置卸壓峒室卸壓311.6.2 基本途徑 （3）巷道支護(hù)巷道金屬支架 作用：給圍巖提供支護(hù)阻力；當(dāng)前注意：可縮性支架的使用界限、連接件、礦工鋼可縮支架、支架壁后密實(shí)。錨桿支護(hù) 作用：強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度；圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論、高強(qiáng)（超高）強(qiáng)度錨桿、設(shè)計(jì)方法、復(fù)雜條件下的錨桿支護(hù)。 32錨桿支護(hù)強(qiáng)度強(qiáng)化理論 錨桿與圍巖相互作用，形成錨桿圍巖的共同承載結(jié)構(gòu)，改善錨固體力學(xué)性能，提高錨固體峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度，特別是殘余強(qiáng)度的提高，有效提高圍巖的自承能力，控制圍巖塑性區(qū)、破碎區(qū)發(fā)展，促使巷道圍巖由不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變。 煤層巖層破碎區(qū)、

11、塑性區(qū)33 錨固體c、c*、* 隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度t的增加而提高。不同錨桿支護(hù)強(qiáng)度下錨固體破壞前的c、 值 錨桿支護(hù)強(qiáng)度 t / mpa00.060.080.110.140.170.22等效內(nèi)聚力c / mpa0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.3869等效內(nèi)摩擦角 / 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4不同錨桿支護(hù)強(qiáng)度下錨固體破壞后的c*、* 值錨桿支護(hù)強(qiáng)度t / mpa00.060.080.110.140.170.22等效內(nèi)聚力c* / mpa0.01680.01820.01830.01840.01860.01940.02

12、1等效內(nèi)摩擦角 */ 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.434圖 錨固體應(yīng)力應(yīng)變曲線圖注：曲線上數(shù)字為錨桿支護(hù)強(qiáng)度t（mpa） 錨固體強(qiáng)度隨錨桿支護(hù)強(qiáng)度t 的提高而得到強(qiáng)化，達(dá)到一定程度就可保持圍巖穩(wěn)定。錨固體 1、1*的表達(dá)式：)2/*45tan(24.264.0)2/45tan(289.154.0*11cctt式中： 1 錨固體極限強(qiáng)度，mpa， 1*錨固體殘余強(qiáng)度，mpa。 t 錨桿支護(hù)強(qiáng)度，mpa 提高支護(hù)強(qiáng)度t ，可使c、c*、* 提高；它們的提高，使1、1*顯著增強(qiáng)。 錨桿支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)及主要參數(shù) 盡可能提高錨桿的初錨力（預(yù)應(yīng)力）。 足夠的錨桿支護(hù)強(qiáng)度

13、。 滿足工程需要的錨桿長(zhǎng)度。 及時(shí)錨固-500010000-10000-200000-280000-70000-120000-60000-40000-1200000-10000-80000-40000-80000-120000-80000-60000-60000-70000-40000-60000-60000-40000-60000-80000-80000-80000-20000-20000-40000-70000-60000-70000-60000-60000-10000-20000-40000-40000-20000-20000-20000-1000000-100005000-50000-

14、50005000-500010000-5000-5000-5000-50000500050000-5000-50005000000000yxz-50002000-50000-50000-50000-20000-30000-10000-5000-10000-5000-10000-100000-5000-5000-5000-500002000200002000200000000000yxz預(yù)應(yīng)力10kn預(yù)應(yīng)力80kn 在高預(yù)應(yīng)力下，錨桿支護(hù)產(chǎn)生的附加應(yīng)力場(chǎng)形成的壓應(yīng)力區(qū)范圍廣，有效壓應(yīng)力區(qū)幾乎覆蓋了整個(gè)頂板，錨桿的主動(dòng)支護(hù)作用得到充分發(fā)揮。 初錨力錨桿主動(dòng)支護(hù)的體現(xiàn)，盡早控制錨固區(qū)內(nèi)的離層，控制圍

15、巖變形。 正常條件下的初錨力：由鉆機(jī)性能、風(fēng)壓、施工質(zhì)量正常條件下的初錨力：由鉆機(jī)性能、風(fēng)壓、施工質(zhì)量決定，爭(zhēng)取決定，爭(zhēng)取20 kn。 用預(yù)緊扳手，初錨力可達(dá)到用預(yù)緊扳手，初錨力可達(dá)到4050kn，巷道圍巖變形減，巷道圍巖變形減少少1/22/3。預(yù) 緊 扳 手 錨桿支護(hù)強(qiáng)度錨桿支護(hù)強(qiáng)度 由單根錨桿破斷載荷和支護(hù)密度決定。 單根錨桿破斷載荷主要由材質(zhì)、直徑?jīng)Q定，也與加工質(zhì)量有關(guān)。 單桿錨桿桿體破斷載荷必須與錨桿錨固力、托盤強(qiáng)度、螺母強(qiáng)度協(xié)調(diào)一致。 錨桿錨固力由錨固劑與鋼筋、鉆孔壁的粘結(jié)強(qiáng)度和錨固劑強(qiáng)度決定。 錨桿間排距盡可能加大，以節(jié)省材料，加快掘進(jìn)速度。錨桿初錨力與支護(hù)強(qiáng)度的合理性 綜放沿空掘

16、巷錨桿初錨力與支護(hù)強(qiáng)度礦名初錨力（kn）支護(hù)強(qiáng)度（mpa）興隆莊煤礦20300.20.3王莊煤礦15250.150.25初錨力與頂板下沉量關(guān)系錨桿支護(hù)強(qiáng)度與頂板下沉量的關(guān)系（兗礦興隆莊礦）發(fā)展高（超高）強(qiáng)度錨桿的理論依據(jù) 錨固體 1、1*的表達(dá)式：式中： 1 錨固體極限強(qiáng)度，mpa， 1*錨固體殘余強(qiáng)度，mpa。 提高t ，可使c、c*、* 提高；它們的提高，使1、1*顯著增強(qiáng)；發(fā)展高（超高）強(qiáng)度錨桿，才能提高t 和保持圍巖的穩(wěn)定。 為了提高t ，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制了新型錨桿材料，其s1000 mpa； b1300 mpa； s15 %。)967. 0()2/*45tan(24 .264 . 0

17、)968. 0()2/45tan(289.154 . 0*11rcrctt 錨桿長(zhǎng)度錨桿長(zhǎng)度 錨桿長(zhǎng)度決定加固錨固區(qū)范圍；圍巖條件困難、復(fù)雜，錨固區(qū)需要加大，則需加長(zhǎng)錨桿。 錨固端部錨固區(qū)域盡可能在巷道破碎區(qū)范圍以外。 錨固區(qū)外部附近有離層盡可加長(zhǎng)錨桿加以控制。 及時(shí)錨固及時(shí)錨固 控制迎頭懸頂面積和時(shí)間，隨掘隨錨，盡可能減小掘后離層。441.6.3 巷道布置巷道布置從巷道圍巖穩(wěn)定角度來(lái)談布置。要保持圍巖穩(wěn)從巷道圍巖穩(wěn)定角度來(lái)談布置。要保持圍巖穩(wěn)定，布置巷道時(shí)應(yīng)考慮圍巖強(qiáng)度與巖體應(yīng)力。定，布置巷道時(shí)應(yīng)考慮圍巖強(qiáng)度與巖體應(yīng)力。451.6.3 巷道布置巷道布置 采動(dòng)引起的應(yīng)力重新分布采動(dòng)引起的應(yīng)力重

18、新分布 已采區(qū)及其兩側(cè)煤柱的應(yīng)力分布冒落帶；裂隙帶；彎曲下沉帶；a原始應(yīng)力區(qū)；b1、b2應(yīng)力增高區(qū)、c應(yīng)力降低區(qū)；d應(yīng)力穩(wěn)定區(qū) 46留區(qū)段煤柱時(shí)回采空間垂直應(yīng)力等值線分布 47煤體與采空區(qū)交界處底板垂直應(yīng)力等值線分布上覆巖層容重；h埋藏深度：底板巖石應(yīng)力升高區(qū)的擴(kuò)展影響角；z被跨巷道與上部回采煤層間的法線距；x-被跨巷道與上部回采煤柱邊緣的水平距 48巷道布置的原則 1）空間上盡量避免支承壓力的強(qiáng)烈影響、疊加影響和多次影響；時(shí)間上盡量縮短支承壓力影響時(shí)間。 2）巷道布置在應(yīng)力降低區(qū)或原巖應(yīng)力區(qū)。 3）采用無(wú)煤柱開(kāi)采，必須留煤柱時(shí)在保證煤柱穩(wěn)定的條件盡可能小。 4）如果需要留煤桂保護(hù)巷道，所留護(hù)

19、巷煤柱尺寸應(yīng)使巷道不受支承壓力影響或影響較小。 5）避免在煤柱上、下方布置巷道。合理選擇底板巖巷與煤柱邊緣的水平距離x、與煤層垂直距離z。 6）在圍巖受采動(dòng)影響穩(wěn)定后再掘巷道。 7）巷道軸線方向盡量與最大水平主應(yīng)力方向平行，避免與之垂直。 49（1）材料類別化學(xué)類：丙烯酰胺類、聚氨脂類水泥類：?jiǎn)我核酀{；水泥、水玻璃雙液漿； zkd高水速凝材料（雙液或單液）50)oh32caso3oalcao3(2432 結(jié)晶水體積比占 81.6 %，再吸附大量水，水體積比達(dá)到 90 %（重量比 2.5:1）。 速凝早強(qiáng)，水灰比高；結(jié)石率高（100 %），不淅水，強(qiáng)度高; 當(dāng)水灰比1.5:1時(shí)，zkd強(qiáng)度9.

20、514.0mpa；水泥漿淅水率65%，強(qiáng)度4mpa；固結(jié)體塑性好，高水條件下微膨脹；空氣中易風(fēng)化失水（注入巖體、水中、或密封，防風(fēng)化）（2）zkd高水速凝材料機(jī)理：硫鋁酸鹽水泥熟料、石灰、石膏、若干種添加劑水化生成鈣礬石51 水泥漿液和高水材料的性質(zhì)與水灰比的關(guān)系 52單軸條件下固結(jié)體試塊變形曲線 53不同圍壓條件下固結(jié)體應(yīng)力應(yīng)變曲線12345分別代表圍壓為0.13、0.26、0.38、0.50、0.75mpa時(shí)的曲線 541）圍巖松軟破碎、隨掘隨冒時(shí)使用；2）超前迎頭鉆孔注漿； 3）地應(yīng)力特別大時(shí)難以注入。55圍巖裂隙發(fā)展變慢前后或進(jìn)入掘后穩(wěn)定期不久 巖石變形與滲透關(guān)系曲線 權(quán)臺(tái)煤礦3116

21、上分層回風(fēng)平巷 掘頭后方巷道圍巖裂隙分布 562、沿空留巷圍巖控制原理與技術(shù)、沿空留巷圍巖控制原理與技術(shù)2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.2 沿空留巷巷旁支護(hù)機(jī)理沿空留巷巷旁支護(hù)機(jī)理2.3 高水速凝材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)高水速凝材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)2.4 沿空留巷巷內(nèi)支護(hù)技術(shù)沿空留巷巷內(nèi)支護(hù)技術(shù)2.5 高水速凝材料巷旁充填沿空留巷實(shí)例高水速凝材料巷旁充填沿空留巷實(shí)例572.1 沿空留巷國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀沿空留巷國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 沿空留巷極大緩解采掘接替緊張的狀況，提高資源沿空留巷極大緩解采掘接替緊張的狀況，提高資源采出率，實(shí)現(xiàn)采出率，實(shí)現(xiàn)y型通風(fēng)、解決煤與瓦斯突出開(kāi)采難題，型通風(fēng)、解決煤

22、與瓦斯突出開(kāi)采難題，是煤礦開(kāi)采及回采巷道布置技術(shù)的一項(xiàng)重大改革。是煤礦開(kāi)采及回采巷道布置技術(shù)的一項(xiàng)重大改革。 過(guò)去我國(guó)巷內(nèi)使用被動(dòng)金屬支架，加以煤礦經(jīng)濟(jì)困過(guò)去我國(guó)巷內(nèi)使用被動(dòng)金屬支架，加以煤礦經(jīng)濟(jì)困難，沿空留巷發(fā)展緩慢。難，沿空留巷發(fā)展緩慢。 第 一 工 作 面第 二 工 作 面采 空 區(qū)移 近 速 度巷 道移 近 量充 填 帶12345678910進(jìn)風(fēng)進(jìn)風(fēng)回風(fēng)回風(fēng)首采工作面采空區(qū)出煤沿空留巷y型通風(fēng)系統(tǒng)59留巷鉆孔向上遠(yuǎn)程卸壓煤層抽采解吸瓦斯卸壓煤層彎曲下沉帶裂隙帶冒落帶開(kāi)采煤層20150m卸壓范圍充填墻體2、3#鉆孔y型通風(fēng)回風(fēng)巷60進(jìn)風(fēng)巷下卸壓層b7下卸壓層b6底板卸壓區(qū)域開(kāi)采層b8y型

23、通風(fēng)回風(fēng)巷充填墻體4、5#鉆孔留巷鉆孔向下遠(yuǎn)程卸壓煤層抽采解吸瓦斯61 沿空留巷沿空留巷巷旁支護(hù)是關(guān)鍵。巷旁支護(hù)是關(guān)鍵。 傳統(tǒng)的巷旁支護(hù)如矸石帶、密集支柱、木垛等傳統(tǒng)的巷旁支護(hù)如矸石帶、密集支柱、木垛等普遍存在增阻速度慢、支承能力小、壓縮變形量大、普遍存在增阻速度慢、支承能力小、壓縮變形量大、密閉性能差、勞動(dòng)強(qiáng)度大，力學(xué)性能與沿空留巷圍巖密閉性能差、勞動(dòng)強(qiáng)度大，力學(xué)性能與沿空留巷圍巖變形不相適應(yīng)等缺點(diǎn)，不利于沿空留巷維護(hù)和防止采變形不相適應(yīng)等缺點(diǎn)，不利于沿空留巷維護(hù)和防止采空區(qū)漏風(fēng)、煤層自燃，沿空留巷效果不好，適用于薄空區(qū)漏風(fēng)、煤層自燃，沿空留巷效果不好，適用于薄及部分中厚煤層。及部分中厚煤層

24、。 第 一 工 作 面第 二 工 作 面采 空 區(qū)移 近 速 度巷 道移 近 量充 填 帶62高水速凝材料具有支護(hù)阻力大、增阻速度快、適量可縮，高水速凝材料具有支護(hù)阻力大、增阻速度快、適量可縮，巷道維護(hù)效果好，機(jī)械化整體構(gòu)筑巷旁支護(hù)對(duì)采空區(qū)密閉巷道維護(hù)效果好，機(jī)械化整體構(gòu)筑巷旁支護(hù)對(duì)采空區(qū)密閉性好、勞動(dòng)強(qiáng)度小、充填工藝及充填設(shè)備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。性好、勞動(dòng)強(qiáng)度小、充填工藝及充填設(shè)備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。 膏體材料充填沿空留巷在我國(guó)處于試驗(yàn)時(shí)期，優(yōu)點(diǎn)是膏體材料充填沿空留巷在我國(guó)處于試驗(yàn)時(shí)期，優(yōu)點(diǎn)是處理了矸石，缺點(diǎn)是充填工藝較復(fù)雜、設(shè)備投資較大。處理了矸石，缺點(diǎn)是充填工藝較復(fù)雜、設(shè)備投資較大。第 一 工 作 面第

25、 二 工 作 面采 空 區(qū)移 近 速 度巷 道移 近 量充 填 帶63 錨桿支護(hù)廣泛應(yīng)用，為沿空留巷創(chuàng)造了較好的錨桿支護(hù)廣泛應(yīng)用，為沿空留巷創(chuàng)造了較好的支護(hù)條件。支護(hù)條件。 錨桿支護(hù)與巷旁支護(hù)共同作用，實(shí)現(xiàn)切頂，同錨桿支護(hù)與巷旁支護(hù)共同作用，實(shí)現(xiàn)切頂，同時(shí)，錨桿支護(hù)強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度、提高圍巖承載能力，錨時(shí)，錨桿支護(hù)強(qiáng)化圍巖強(qiáng)度、提高圍巖承載能力，錨固體形成自穩(wěn)巖層結(jié)構(gòu)，是較為理想的支護(hù)方式。固體形成自穩(wěn)巖層結(jié)構(gòu)，是較為理想的支護(hù)方式。 642.2 沿空留巷巷旁支護(hù)機(jī)理 巷旁支護(hù)體應(yīng)具有足夠的支護(hù)強(qiáng)度及適量的可巷旁支護(hù)體應(yīng)具有足夠的支護(hù)強(qiáng)度及適量的可縮量。足夠的支護(hù)強(qiáng)度切落足夠高度的頂板巖層，縮量。

26、足夠的支護(hù)強(qiáng)度切落足夠高度的頂板巖層，使更上位巖層得到采空區(qū)冒落矸石的支撐；適量的使更上位巖層得到采空區(qū)冒落矸石的支撐；適量的可縮量滿足上覆巖層的旋轉(zhuǎn)下沉，防止在頂板巖層可縮量滿足上覆巖層的旋轉(zhuǎn)下沉，防止在頂板巖層旋轉(zhuǎn)下沉?xí)r巷旁支護(hù)體被破壞。旋轉(zhuǎn)下沉?xí)r巷旁支護(hù)體被破壞。h mmm-14321m65 (1) (1) 巷旁支護(hù)體早期支護(hù)直接頂、防止離層，切斷巷旁支護(hù)體早期支護(hù)直接頂、防止離層，切斷采空區(qū)的直接頂。采空區(qū)的直接頂。 （2 2）老頂破斷過(guò)程中應(yīng)達(dá)到切頂阻力，切斷采空區(qū)）老頂破斷過(guò)程中應(yīng)達(dá)到切頂阻力，切斷采空區(qū)側(cè)老頂。側(cè)老頂。 巷旁支護(hù)體巷道煤體qsinnbpqynacdatambqco

27、stbemltbnctccx0q cos00（3）巷道圍巖運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定后，維持巷道上方已切斷巖層的平衡。 66上區(qū)段回采后，基本頂沿傾斜方向破斷，在工作面端頭形成“三角塊大結(jié)構(gòu)”，該結(jié)構(gòu)構(gòu)成沿空留巷、沿空掘巷的上部邊界，對(duì)沿空巷道穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。采空區(qū)弧形三角塊巷旁支護(hù)體工作面推進(jìn)方向67 巷旁支護(hù)體巷道煤體qsinnbpqynacdatambqcostbemltbnctccx0q cos0068 02000001(cos)()()cos()()2xqlcypmnqe x c dq qx c dxxdx 000(sin)()sin () ()/()22cbbhdtqe hsmqxc dsxc

28、692.3 高水速凝材料巷旁充填沿空留巷技術(shù) 702.3.1 2.3.1 高水速凝材料巷旁充填沿空留巷高水速凝材料巷旁充填沿空留巷 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)承擔(dān)承擔(dān)“七五七五”、“八五八五”國(guó)家科技攻國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目成果。關(guān)項(xiàng)目成果。 高水速凝材料（高水速凝材料（zkd）：在體積比水占）：在體積比水占90%，固，固體占體占10%條件下，條件下，2030 min內(nèi)凝結(jié)，內(nèi)凝結(jié)，100%固化，最固化，最終強(qiáng)度達(dá)到終強(qiáng)度達(dá)到45 mpa。通過(guò)調(diào)整水灰比或高水速凝材。通過(guò)調(diào)整水灰比或高水速凝材料配比調(diào)整充填體的強(qiáng)度，水灰比料配比調(diào)整充填體的強(qiáng)度，水灰比1.5：1時(shí)，充填體時(shí)，充填體強(qiáng)度可以達(dá)到強(qiáng)度可以

29、達(dá)到10mpa，有效控制，有效控制采空區(qū)頂板、實(shí)現(xiàn)沿采空區(qū)頂板、實(shí)現(xiàn)沿空留巷?？樟粝?。 71中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)zkdzkd高水速凝材料性能水平高水速凝材料性能水平no水灰比水灰比凝結(jié)時(shí)間凝結(jié)時(shí)間/min抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度/mpa初凝初凝終凝終凝4 h24 h7 d11.90 : 18274.286.398.2422.05 : 110293.755.597.3232.25 : 112413.024.615.5942.50 : 117582.424.145.1552.70 : 119661.943.464.3163.00 : 120751.532.743.39英國(guó)高水速凝材料性能水平英國(guó)高水速

30、凝材料性能水平72.50 : 1201.503.505.0072zkdzkd高水速凝材料加灰渣的單軸抗壓強(qiáng)度高水速凝材料加灰渣的單軸抗壓強(qiáng)度732.3.3 2.3.3 高水速凝材料巷旁充填工藝高水速凝材料巷旁充填工藝（1 1）分甲料、乙料兩部分，按分甲料、乙料兩部分，按1:1的比例配合使用。的比例配合使用。甲料、乙料單獨(dú)與水混合甲料、乙料單獨(dú)與水混合24h不凝結(jié)，而一旦相互不凝結(jié)，而一旦相互混合則快速凝結(jié)硬化。為防止?jié){液在攪拌、運(yùn)輸過(guò)混合則快速凝結(jié)硬化。為防止?jié){液在攪拌、運(yùn)輸過(guò)程中凝結(jié)、堵塞管路和泵等設(shè)備，需分別攪拌和泵程中凝結(jié)、堵塞管路和泵等設(shè)備，需分別攪拌和泵送甲料、乙料。送甲料、乙料。

31、（2）要求甲料和乙料兩部分必須等量進(jìn)漿、混合）要求甲料和乙料兩部分必須等量進(jìn)漿、混合均勻，其強(qiáng)度才能達(dá)到最大。均勻，其強(qiáng)度才能達(dá)到最大。（3）充填系統(tǒng)和充填工藝簡(jiǎn)單。）充填系統(tǒng)和充填工藝簡(jiǎn)單。 74 高水速凝材料巷旁充填沿空留巷特點(diǎn)高水速凝材料巷旁充填沿空留巷特點(diǎn)： 濃度小，一般質(zhì)量濃度濃度小，一般質(zhì)量濃度33%；高水速凝材料用；高水速凝材料用量少，輔助運(yùn)輸工作量小；量少，輔助運(yùn)輸工作量小； 固化體有一定的壓縮率，適應(yīng)沿空留巷大變形；固化體有一定的壓縮率，適應(yīng)沿空留巷大變形； 快速凝固、增阻速度快，能快速支撐頂板；高水快速凝固、增阻速度快，能快速支撐頂板；高水速凝材料用量少，速凝材料用量少，強(qiáng)

32、度較大，沿空留巷成本低，材強(qiáng)度較大，沿空留巷成本低，材料費(fèi)用低于料費(fèi)用低于500元元/m3； 充填工藝簡(jiǎn)單，由于加水多，易于攪拌，混合均充填工藝簡(jiǎn)單，由于加水多，易于攪拌，混合均勻，充填體質(zhì)量有保證；勻，充填體質(zhì)量有保證； 充填系統(tǒng)費(fèi)用較低，一套設(shè)備充填系統(tǒng)費(fèi)用較低，一套設(shè)備30萬(wàn)元左右。萬(wàn)元左右。 752.4 沿空留巷巷內(nèi)支護(hù) 第一工作面第二工作面采空區(qū)移近速度巷道移近量充填帶762.4 沿空留巷巷內(nèi)支護(hù)2.4.2 沿空留巷巷內(nèi)支護(hù)（1）高強(qiáng)度、大延伸量、樹(shù)脂藥卷加長(zhǎng)錨固的錨桿支護(hù)（2）錨索加強(qiáng)支護(hù)2.4.3 巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù) 沿空留巷圍巖變形強(qiáng)烈的地段在工作面前方20m、后方70100m，尤其

33、是工作面后方50m，巷道變形強(qiáng)烈，需要加強(qiáng)支護(hù)。 巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)可以采用單體液壓支柱。772.5 高水速凝材料巷旁充填實(shí)例高水速凝材料巷旁充填實(shí)例 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成功應(yīng)用高水速凝材料在徐州龐莊中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成功應(yīng)用高水速凝材料在徐州龐莊礦東城井炮采工作面、徐州夾河煤礦綜采對(duì)拉工作面、礦東城井炮采工作面、徐州夾河煤礦綜采對(duì)拉工作面、新汶翟鎮(zhèn)煤礦綜采工作面等進(jìn)行了沿空留巷。新汶翟鎮(zhèn)煤礦綜采工作面等進(jìn)行了沿空留巷。 目前在沁新集團(tuán)實(shí)施高水速凝材料沿空留巷。目前在沁新集團(tuán)實(shí)施高水速凝材料沿空留巷。 即將在焦煤集團(tuán)、窯街煤業(yè)集團(tuán)實(shí)施高水速凝材料沿即將在焦煤集團(tuán)、窯街煤業(yè)集團(tuán)實(shí)施高水速凝材料沿空留巷治理煤與瓦斯

34、突出?？樟粝镏卫砻号c瓦斯突出。781）地點(diǎn)：徐州龐莊礦東城井721炮采工作面。面長(zhǎng)130m，采高2.0m，直接頂頁(yè)巖2.5m，向上3.0m的砂頁(yè)巖互層。2）巷旁支護(hù)體參數(shù)：高水速凝材料用量310kg/m3、煙道灰540kg/m3、水670kg/m3，充填體強(qiáng)度：1d3.5mpa、3d4.7mpa、 7d5.2mpa、28d6.0mpa，充填體寬度1.5m、1.2m。791）地點(diǎn)：新汶翟鎮(zhèn)煤礦1201西工作面，面長(zhǎng)155m、走向長(zhǎng)1045.6m，采高2.2m，直接頂粉砂巖7m，中間夾一層平均厚0.6m的煤層、老頂為210m的砂巖。2）巷旁支護(hù)體參數(shù)：采用2種配比，見(jiàn)下表。充填體寬度1.5m，各充

35、填400m。803、綠色充填開(kāi)采理論與技術(shù)、綠色充填開(kāi)采理論與技術(shù)3.1綠色充填開(kāi)采概述綠色充填開(kāi)采概述3.2綠色充填開(kāi)采理論基礎(chǔ)綠色充填開(kāi)采理論基礎(chǔ)3.3膏體材料充填開(kāi)采膏體材料充填開(kāi)采3.4高水速凝材料充填開(kāi)采高水速凝材料充填開(kāi)采3.5矸石充填開(kāi)采矸石充填開(kāi)采813.1綠色充填開(kāi)采概述采空區(qū)垮落造成的危害p平均每采萬(wàn)噸原煤造成塌陷土地0.2-0.3公頃，每年新增塌陷地約3-4萬(wàn)公頃。p我國(guó)的煤炭資源采出率僅為40%左右，“三下一上”（村莊下、道路下、水體下、承壓水上）壓煤是重要原因。p矸石大量堆積，占用土地，污染環(huán)境。p地下水大量流失。823.1綠色充填開(kāi)采概述煤炭開(kāi)采巖層移動(dòng)排 放 水地

36、表塌陷土地與建筑物損害瓦斯事故排放瓦斯污染環(huán)境地下水資源流失與突水事故煤與瓦斯共 采保水開(kāi)采充填開(kāi)采排放矸石煤巷支護(hù)矸石井下處 理煤炭地下氣 化占用農(nóng)田污染環(huán)境綠色開(kāi)采833.2綠色充填開(kāi)采理論基礎(chǔ)-關(guān)鍵層控制p 關(guān)鍵層破斷的規(guī)律p 關(guān)鍵層判別方法p 揭示了關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)、巖層移動(dòng)與地表沉陷及采動(dòng)裂隙場(chǎng)分布的影響 84充填開(kāi)采控制上覆巖層移動(dòng)模擬試驗(yàn)充填開(kāi)采覆巖狀態(tài)與下沉傳統(tǒng)垮落法開(kāi)采覆巖狀態(tài)與下沉8586充填開(kāi)采工作面前后支承應(yīng)力分布873.3 膏體材料充填開(kāi)采（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)周華強(qiáng)教授）膏體充填的技術(shù)優(yōu)勢(shì)（1）膏體充填體壓縮率最低，1%左右，減沉效果好。（2）膏體充填煤炭采出率高、適用范圍廣。（3）膏體充填體密實(shí)并有一定抗壓強(qiáng)度。（4）膏體充填材料管道輸送效率高。（5）膏體料漿不沉淀、不泌水、不離析，管道輸送可靠 （6）同等強(qiáng)度下膠結(jié)料用量少，材料費(fèi)用低。88中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展煤礦膏體充填技術(shù)研究89 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)出pl、sl膏體膠結(jié)料針對(duì)當(dāng)?shù)貨](méi)有鋼渣等生產(chǎn)膏體膠結(jié)料情況而開(kāi)發(fā)的。是一種以普通水泥（熟料）為基材的復(fù)合膠結(jié)料，其中普通水泥約占50%。是一種以鋼渣等爐渣為基材的復(fù)合膠結(jié)料。 90 膏體充填材料壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果泗河砂膏體充填材料全應(yīng)力應(yīng)變曲線，軸向應(yīng)變；，體積應(yīng)變。 91 太平煤礦膏體充填92 太平煤礦膏體充填93 小屯煤礦膏體充填94 小