沿空留巷研究現(xiàn)狀

1、1.2研究現(xiàn)狀沿空留巷上覆巖層活動(dòng)規(guī)律的研究綜述陸士良編著無(wú)煤柱護(hù)巷礦壓顯現(xiàn)研究，提出了沿空留巷頂板下沉量主要取決于冬隙帶巖層取得平衡前的強(qiáng)烈沉降后勺重要觀點(diǎn)56。朱德仁提出了長(zhǎng)壁工作面端頭頂板可能形成一角形懸板轉(zhuǎn)構(gòu)的觀點(diǎn)19,人們認(rèn)識(shí)到沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與采場(chǎng)老頂?shù)年P(guān)系，建立的采場(chǎng)頂板結(jié)構(gòu)力學(xué)模型為人們研究沿空留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律提供了啟示和契機(jī)。何廷峻20根據(jù)MARCUS板的簡(jiǎn)化計(jì)算法，把三角形懸板看成由若干偽傾斜條梁組成的板，進(jìn)一步研究了老頂在工作面端頭形成的三角形懸板對(duì)沿空巷道的危害，并對(duì)懸頂破斷結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并嘗試預(yù)測(cè)三角形懸頂在沿空留巷中破斷的位置和時(shí)間，為確定滯后加固沿空巷道的

2、時(shí)間和長(zhǎng)度提供了理論依據(jù)。漆泰岳2122通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和理論分析，對(duì)不同圍巖條件下基本頂斷裂引起的整體澆注充填體的支護(hù)強(qiáng)度和變形能力進(jìn)行了深入研究，提出了使沿空留巷巷道保持穩(wěn)定的整體澆注充填體支護(hù)強(qiáng)度與變形的理論計(jì)算方法，并且對(duì)沿空留巷整體澆注充填體的適應(yīng)性進(jìn)行了研究。應(yīng)用彈性基礎(chǔ)梁理論和數(shù)值模擬證明，沿空留巷的老頂斷裂不會(huì)發(fā)生在靠巷道煤幫側(cè)的邊沿的上方，而是煤層內(nèi)的上方，老頂斷裂深度隨圍巖級(jí)類(lèi)的提高而加大；煤層和直接頂?shù)膭偠葘?duì)護(hù)巷帶的穩(wěn)定性影響較大，剛度越大護(hù)巷帶切頂效果越好。涂敏23運(yùn)用Winker彈性地基理論，把沿空留巷上方頂板看成彈性薄板條，建立了頂板運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型，導(dǎo)出了頂板撓曲運(yùn)動(dòng)方程

3、，分析了頂板內(nèi)應(yīng)力分布的特征。孫恒虎吩9通過(guò)相似材料立體模型實(shí)驗(yàn)，深入分析沿空留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，揭示了沿空留巷圍巖活動(dòng)的前期和后期規(guī)律，進(jìn)而提出并討論了支護(hù)前期作用和后期作用問(wèn)題，指出支護(hù)前期作用對(duì)控制頂板下沉的效果是顯著的，而對(duì)控制頂板平移下沉的效果不明顯。前期支護(hù)應(yīng)堅(jiān)持以頂為主，F(xiàn)：、讓兼顧忸支護(hù)原則。設(shè)計(jì)支護(hù)最大載荷以前期為主。后期支護(hù)應(yīng)堅(jiān)持以讓為主，-讓、頂兼顧I的支護(hù)原則。設(shè)計(jì)支護(hù)最大變形以后期為主。李化敏24認(rèn)為沿空留巷頂板巖層運(yùn)動(dòng)可分為前期活動(dòng)、過(guò)渡期活動(dòng)及后期活動(dòng)三個(gè)時(shí)期，對(duì)應(yīng)的巷道變形特征為前期頂板以旋轉(zhuǎn)變形為主，過(guò)渡期頂板仍以旋轉(zhuǎn)變形為主，但變形速度快、變形量大，后期頂板運(yùn)

4、動(dòng)特征以平行下沉為主，但下沉速度較小。巷旁充填體不能改變老頂入結(jié)構(gòu)附形態(tài)。只需保持直接頂?shù)耐暾团c老頂?shù)木o貼，不能改變頂板巖層過(guò)渡期活動(dòng)時(shí)頂板下沉量的大小，也不能約束頂板巖層后期活動(dòng)而引起的平行下沉。明確了頂板巖層運(yùn)動(dòng)各階段巷旁充填體的作用，根據(jù)充填體與頂板相互作用原理，確定了各階段沿空留巷巷旁充填體支護(hù)阻力的控制設(shè)計(jì)原則，并建立了相應(yīng)的支護(hù)阻力及合理壓縮量數(shù)學(xué)模型。王衛(wèi)軍25根據(jù)砌體梁理論，老頂以給定變形方式作用于沿空巷道圍巖，應(yīng)用能量原理分析了巷道圍巖的變形機(jī)理，建立了巷道頂煤的力學(xué)模型，運(yùn)用變分法對(duì)老頂給定變形下頂煤的變形進(jìn)行了初步求解，并對(duì)頂煤下沉量與支護(hù)阻力、煤體彈性模量、巷道寬度的

5、關(guān)系進(jìn)行了探討。謝文兵2628在工程實(shí)踐基礎(chǔ)上，采用適合分析巖層斷裂和垮落的數(shù)值分析軟件UDEC建立相應(yīng)的數(shù)值分析模型，詳細(xì)分析了沿空留巷圍巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律，系統(tǒng)分析了基本頂斷裂位置、端頭不放頂煤長(zhǎng)度、原有巷道支護(hù)技術(shù)、充填體寬度、充填方式和充填體強(qiáng)度對(duì)沿空留巷圍巖穩(wěn)定性影響規(guī)律，得出了許多有益的結(jié)論。研究結(jié)果表明，在保證頂煤及頂板穩(wěn)定的前提下，合理利用圍巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定合理的充填方式和充填體強(qiáng)度，既能保證充填體穩(wěn)定，又能達(dá)到很好的留巷效果。華心祝2931從如何提高巷道圍巖自承能力入手，提出了一種主動(dòng)的巷旁加強(qiáng)支護(hù)方式巷旁錨索加強(qiáng)支護(hù)，建立了考慮巷幫煤體承載作用和巷旁錨索加強(qiáng)作用的沿空留巷力學(xué)模型，

6、并分析了巷內(nèi)錨桿支護(hù)和巷旁錨索加強(qiáng)支護(hù)的作用機(jī)理。利用理論分析所得結(jié)論，進(jìn)行了工程實(shí)踐，其研究成果為較大采高工作面沿空留巷技術(shù)提供了理論依據(jù)和借鑒經(jīng)驗(yàn)。朱川曲3233根據(jù)沿空留巷圍巖變形大且圍巖力學(xué)參數(shù)中有許多隨機(jī)變量的特征，闡述了支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性分析的必要性。應(yīng)用工程結(jié)構(gòu)可靠性理論，建立了沿空留巷支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性分析模型，得到了支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算公式。研究認(rèn)為，通過(guò)合理選擇錨桿類(lèi)型、加大錨桿支護(hù)密度、改善錨固體及充填材料力學(xué)性能等措施，可達(dá)到提高沿空留巷支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性的目的。沿空留巷巷旁支護(hù)阻力的研究綜述英國(guó)學(xué)者WMttaker3536等人將采場(chǎng)礦壓研究的Wilson模型加以發(fā)展，利用巖體結(jié)構(gòu)

7、靜力關(guān)系提出了分離巖塊力學(xué)模型(DetachedBlockTheory)；蘇聯(lián)學(xué)者B.胡托爾諾依將采場(chǎng)礦壓懸梁模型推廣到沿空留巷的研究中，得到了計(jì)算巷旁支護(hù)切斷直接頂?shù)墓ぷ髯枇τ?jì)算式370這些理論都認(rèn)為：作為直接頂之上的老頂破斷后能形成一自身平衡的結(jié)構(gòu)。直接頂沿煤壁破斷后形成一與老頂無(wú)力的聯(lián)系的孤立巖塊，沿空留巷的支護(hù)阻力可按能支撐直接頂這一孤立巖塊的重量計(jì)算。這些理論忽視了支護(hù)作用對(duì)頂板巖層穩(wěn)定性和自承能力的影響。英國(guó)學(xué)者Smart提出了頂板傾斜力學(xué)模型(RoofBeamTiltTheory),這種方法的基本思想是限制巷道煤體一側(cè)到采空區(qū)邊緣之間的頂板的下沉量，提出了頂板傾斜角和轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)位置

8、是巷旁支護(hù)設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要參數(shù)的觀點(diǎn)380陳名強(qiáng)39認(rèn)為巷旁支護(hù)的工作阻力應(yīng)能承受巷道上方（包括巷旁支護(hù)及其頂板懸伸范圍）相當(dāng)于采厚四倍的直接頂巖石重量，承受由于支撐點(diǎn)和上覆巖層載荷重心不一致引起的附加載荷，承受上覆巖層破斷時(shí)的動(dòng)壓載荷，承受由工作面上下端頂板形成的三角板懸板轉(zhuǎn)構(gòu)重量及其破斷前移時(shí)的載荷。吳健40借鑒采場(chǎng)支架與圍巖相互作用的研究成果，提出了沿空留巷支護(hù)系統(tǒng)最終承受的是冒落帶巖塊的靜壓以及巷道變形大小由裂隙帶活動(dòng)和穩(wěn)定過(guò)程決定的觀點(diǎn)。據(jù)此，討論了沿空留巷的力學(xué)模型、巷旁支護(hù)載荷的計(jì)算及支架可縮量的設(shè)計(jì)。孫恒虎吩9根據(jù)煤層頂板特征和彈塑性力學(xué)的有關(guān)理論，將長(zhǎng)壁工作面沿空留巷的煤層頂板

9、簡(jiǎn)化成了層間結(jié)合力忽略不計(jì)的矩形加層板II,認(rèn)為沿空留巷支護(hù)載荷只與短支承邊界的載荷有關(guān)。采用條帶載荷法和塑性極限分析法來(lái)確定沿空留巷巷旁支護(hù)阻力，同時(shí)還提出了巷旁支護(hù)體的后期阻力的計(jì)算方法。周華強(qiáng)41通過(guò)相似材料模擬試驗(yàn)，認(rèn)為巷旁充填體控制頂板下沉是通過(guò)其對(duì)頂板足夠的支撐作用，改變頂板彎矩分布、實(shí)現(xiàn)充填體側(cè)切落下位頂板。一方面卸掉部分切落巖塊作用在巷道支護(hù)體系上的載荷。另一方面為上位頂板平衡創(chuàng)造條件，使巷道頂板變形不受下位被切落巖層的平衡結(jié)構(gòu)控制，而是服從更上位下沉量較小的老頂傾斜下沉規(guī)律。由于頂板巖層分層或分組垮落，沿空留巷巷旁充填體必需的切頂阻力根據(jù)最難切落的那層巖層（巖層組）切頂需要來(lái)

10、確定。柏建彪4243研究認(rèn)為，巷旁支護(hù)阻力大小應(yīng)根據(jù)塊體不同時(shí)期的平衡條件推導(dǎo)出不同時(shí)期的巷旁支護(hù)阻力的計(jì)算式，根據(jù)極限平衡梁理論給出了巷旁充填體的初期、后期阻力計(jì)算式。該算式已經(jīng)涉及到了煤體對(duì)老頂?shù)目刂谱饔茫捎谙锏绹鷰r和老頂斷裂位置等參數(shù)選定往往受人為因素的影響，所以計(jì)算結(jié)果不太合理。張東升4445采用相似材料模擬和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，對(duì)沿空留巷老頂破斷位置與形狀、不同支護(hù)方式對(duì)頂板活動(dòng)的影響以及巷旁充填技術(shù)參數(shù)的確定進(jìn)行了初步分析，并給出了充填帶寬度和充填材料抗壓強(qiáng)度的最低要求。馬立強(qiáng)46"在巷內(nèi)充填原位沿空留巷技術(shù)基礎(chǔ)上，根據(jù)巖層控制的關(guān)鍵層理論，建立巷內(nèi)充填原位沿空留巷圍巖結(jié)

11、構(gòu)力學(xué)模型，推導(dǎo)出不同地質(zhì)條件下巷內(nèi)充填體的支護(hù)阻力計(jì)算式，并對(duì)圍巖與巷內(nèi)充填體之間的相互作用機(jī)制進(jìn)行深入分析。研究結(jié)果表明，留巷圍巖的穩(wěn)定性與充填體的支護(hù)阻力和巷內(nèi)支護(hù)方法密切相關(guān)。采用錨梁網(wǎng)索巷內(nèi)支護(hù)技術(shù)結(jié)合及時(shí)巷內(nèi)充填和加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)等工藝措施，可形成良好的充填體的巖共同承載體系，能充分發(fā)揮留巷圍巖的自承能力，增強(qiáng)巷道整體性，有效減小需由充填體來(lái)平衡的圍巖載荷。沿空留巷工程實(shí)踐的研究綜述國(guó)外沿空留巷工程實(shí)踐概況世界一些主要產(chǎn)煤國(guó)家對(duì)沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)、適用條件、合理支護(hù)形式及新型支護(hù)材料等都進(jìn)行了大量研究，在這方面做得較多的是前蘇聯(lián)、德國(guó)、英國(guó)、波蘭等國(guó)家。前蘇聯(lián)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)許多專(zhuān)門(mén)為沿空留巷

12、設(shè)計(jì)的支架進(jìn)行了試驗(yàn)，并結(jié)合理論分析和實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)行了各種實(shí)測(cè)工作，據(jù)報(bào)導(dǎo)，至199孫，俄羅斯無(wú)煤柱開(kāi)采產(chǎn)量占80%,對(duì)不同礦區(qū)變動(dòng)在60%90%之間，在各種無(wú)煤柱護(hù)巷方式中，應(yīng)用最廣的是沿空留巷，占65%4849。德國(guó)無(wú)煤柱開(kāi)采多為沿空留巷，其傳統(tǒng)的巷旁支護(hù)多采用木垛、肝石帶等，60年代末德國(guó)根據(jù)本國(guó)資源特點(diǎn)，研究成功了采用石膏、飛灰加硅酸鹽水泥、什石加膠結(jié)料等低水材料作為巷旁充填，有效地減少了重型支架和巷道的變形，從而實(shí)現(xiàn)1418m2斷面巷道第二次利用，且不需修理，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益。目前，該國(guó)有1/22/3的沿空留巷采用這項(xiàng)技術(shù)1415。而且，德國(guó)在埋深8001000m的煤層開(kāi)采中成功地

13、運(yùn)用了沿空留巷技術(shù)，并通過(guò)實(shí)測(cè)得出了預(yù)計(jì)留巷移近量的經(jīng)驗(yàn)公式。英國(guó)煤層普遍較薄，多用沿空留巷，巷旁支護(hù)多采用肝石帶，并研制出了什石帶機(jī)械化砌筑裝置。同時(shí)，在提高肝石帶強(qiáng)度方面進(jìn)行了不少探索，研制成功不同膠結(jié)物的膠結(jié)肝石帶。197處在井下試驗(yàn)成功了高水材料巷旁充填，隨后有了迅速的發(fā)展，高水材料充填己占全英巷旁充填的90%左右1416。波蘭無(wú)煤柱開(kāi)采應(yīng)用較多的是沿空留巷，在前進(jìn)式或后退式采煤時(shí)都用單巷準(zhǔn)備，沿空留巷應(yīng)用于走向開(kāi)采或傾斜開(kāi)采根據(jù)備件而定。沿空留巷一般巷內(nèi)支護(hù)采用金屬可縮性支架，巷旁支護(hù)使用充填帶、肝石帶或混凝土墩柱等。國(guó)內(nèi)沿空留巷工程實(shí)踐概況我國(guó)沿空留巷發(fā)展始于20世紀(jì)50年代，首先

14、在一些薄煤層開(kāi)采中用肝石帶代替煤柱作為巷旁支護(hù)用，如淄博、雞西、本溪、雙鴨山、棗莊、峰峰等礦區(qū)薄煤層中都有應(yīng)用57。但由于肝石的沉縮量大，不能與巷內(nèi)支架相匹配，使得巷內(nèi)支架變形嚴(yán)重，維護(hù)工作量大，并沒(méi)有形成完整和系統(tǒng)的無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)體系。20世紀(jì)60、70年代在中厚煤層應(yīng)用密集支柱、木垛、砌塊等作為巷旁支護(hù)取得一定成效，但這些方法又各有優(yōu)缺點(diǎn)。例如，平頂山一礦在丁組中厚煤層，沿空留巷采用密集支柱及抬棚作巷旁支護(hù)，巷內(nèi)支架應(yīng)用工字鋼打立柱加強(qiáng)支護(hù)試驗(yàn)取得成功。此階段沿空留巷的研究是以實(shí)測(cè)為基礎(chǔ)的宏觀規(guī)律描述階段，主要是在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)沿空留巷圍巖變形，支架載荷和與回采工作面距離關(guān)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)測(cè)曲

15、線(xiàn)從宏觀角度描述具體地質(zhì)條件下沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。該階段的主要成果是，比較正確地描述了沿空留巷的若干礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，總結(jié)出了當(dāng)時(shí)在頂板中等穩(wěn)定、底鼓不嚴(yán)重的薄及中厚水平煤層及緩斜煤層條件適用的沿空留巷開(kāi)采技術(shù)。其缺陷是，尚不能正確預(yù)測(cè)不同地質(zhì)條件下沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)特征，當(dāng)條件改變時(shí)，就需要重新試驗(yàn)，形成了試而再試的經(jīng)驗(yàn)研究模式，使沿空留巷中的很多基本問(wèn)題都未得到解決890在20世紀(jì)80年代，隨著我國(guó)煤礦大力推行綜合機(jī)械化采煤后，隨著采高不斷增大、工作面推進(jìn)加快、巷道頂?shù)滓平吭龃?，我?guó)煤礦工作者在引進(jìn)、吸收國(guó)外的巷旁充填技術(shù)的同時(shí)，發(fā)展了高水巷旁充填護(hù)巷技術(shù)。但高水充填材料強(qiáng)度低、強(qiáng)度增加

16、慢、易風(fēng)化碎裂，墻體難以承受采動(dòng)引起的動(dòng)壓影響，巷道難以維護(hù)。高水充填材料的性能差加之充填速度無(wú)法緊跟快速推進(jìn)的工作面，不能實(shí)現(xiàn)與高產(chǎn)工作面同步推進(jìn)，因此，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用受到了很大的制約89,2123。20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)有些學(xué)者在厚煤層綜放工作面進(jìn)行了一些沿空留巷研究，如潞安礦務(wù)局常村煤礦綜放工作面，巷內(nèi)采用錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，巷旁支護(hù)采用高水材料充填加空間錨栓加固技術(shù)，成功地進(jìn)行了綜放大斷面沿空留巷試驗(yàn)2628,4447。對(duì)我國(guó)五十年代以來(lái)的沿空留巷成果進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論6'844仞：(1)在回采工作面后方附近，由于裂隙帶巖層取得平衡之前的急劇沉降，引起巷道頂板在短期內(nèi)劇烈

17、下沉。一般情況下，沿空巷道頂板下沉速度工作面后方1020m處最大，工作面附近沿空留巷維護(hù)比較困難。(2)隨著煤層厚度的增加，巷內(nèi)支護(hù)可以選用錨桿支護(hù)，但最好配合使用工字鋼或U型鋼可縮性支架進(jìn)行支護(hù)，因?yàn)橄飪?nèi)支架對(duì)巷旁充填體的穩(wěn)定性有一定的保護(hù)作用。(3)沿空巷道的頂板往往明顯向采空區(qū)方向傾斜，傾角一般為3°6°。如果直接頂冒落能夠填滿(mǎn)采空區(qū)，則老頂處于平衡狀態(tài)，采動(dòng)期間沿空留巷的頂板下沉量與煤層采厚成正比關(guān)系，一般為采高的10%20%,基本上屬于窗定變形|0(4)當(dāng)煤層厚度小于3.0m時(shí)，沿空留巷效果較為理想的巷道一般直接頂巖性為頁(yè)巖、泥巖、砂質(zhì)頁(yè)巖等巖層，而且直接頂厚度較

18、大，巷旁支護(hù)方式普遍采用整體澆筑式充填帶維護(hù)巷道，留巷效果理想。(5)如煤層上部覆蓋自身不能平衡的堅(jiān)硬巖層，則需設(shè)置強(qiáng)力的切頂支架，甚至人工挑頂，為老頂平衡創(chuàng)造條件。否則，沿空留巷的頂板下沉量可能顯著增加，甚至沿煤幫切頂。1、沿空掘巷上覆巖體活動(dòng)規(guī)律研究綜述針對(duì)沿空掘巷圍巖力學(xué)環(huán)境和維護(hù)特點(diǎn)，對(duì)巷道上覆巖層穩(wěn)定狀況、沿工作面傾斜方向上覆巖層的活動(dòng)規(guī)律研究較少。通過(guò)對(duì)工作面及順槽礦壓觀測(cè)分析和相似模擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)展研究認(rèn)為，隨工作面回采推進(jìn)，采空區(qū)側(cè)煤體及上覆巖層依次垮落，形成砌體梁結(jié)構(gòu)；側(cè)向煤體支承壓力峰值點(diǎn)與采放比有關(guān)，且隨采放比增大峰值點(diǎn)遠(yuǎn)移，有利于留設(shè)窄煤柱；分析了巷道上覆巖層結(jié)構(gòu)特征，提出煤

19、柱寬度d與側(cè)向壓力峰值點(diǎn)深入煤體的距離x有關(guān)，一般認(rèn)為d小于x是比較合理的，此時(shí)對(duì)巷道的穩(wěn)定性有利?；卷斞貎A斜方向形成的結(jié)構(gòu)作為沿空掘巷圍巖的大結(jié)構(gòu)，基本頂在工作面端頭形成的弧三角形塊視為巷道上方的關(guān)鍵塊，定性分析了關(guān)鍵塊在巷道不同階段的穩(wěn)定性，認(rèn)為關(guān)鍵塊在不同階段是穩(wěn)定的，為沿空掘巷創(chuàng)造了良好的外部力學(xué)環(huán)境。李學(xué)華等人提出了綜放沿空掘巷圍巖大小結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)，探討了該類(lèi)巷道圍巖變形的基本規(guī)律，分析了巷道的圍巖應(yīng)力特點(diǎn)及其影響圍巖變形的力學(xué)機(jī)制；建立了上覆巖體大結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析模型，研究了大結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。柏建彪等人圍繞綜放沿空掘巷圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題，建立了綜放沿空掘巷基本頂三角塊結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，計(jì)算分析

20、三角塊結(jié)構(gòu)在巷道不同階段的穩(wěn)定系數(shù)，認(rèn)為該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是綜放沿空掘巷穩(wěn)定的前提。王衛(wèi)軍等人在分析綜放沿空掘道頂煤力學(xué)環(huán)境的基礎(chǔ)上，運(yùn)用能量變分理論求解頂煤混合邊界條件問(wèn)題，并簡(jiǎn)要探討了支護(hù)阻力、頂煤厚度、頂煤力學(xué)特性、巷道寬度和頂煤下沉量的關(guān)系。對(duì)選擇綜放沿空掘巷頂煤的支護(hù)參數(shù)有一定的指導(dǎo)意義。斯理論描述巖層移動(dòng)時(shí)，認(rèn)為在采空區(qū)上方直接形成了綜合移動(dòng)帶一塌落和彎曲，而往上是純彎曲帶，并確定塌落帶高度為3060m上世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)Cr阿威爾辛等認(rèn)為，在沒(méi)有巖層破壞的狀態(tài)中上覆巖層幾近于塑性移動(dòng)過(guò)程，介質(zhì)為塑性介質(zhì)；到60年代，波蘭Salustowicz等人在測(cè)定不同深度重力加速度的大小時(shí)，發(fā)現(xiàn)

21、地殼的外層部分在相對(duì)于其內(nèi)層部分發(fā)生蠕變；70年代初，巖土工作者建立并驗(yàn)證適于描述長(zhǎng)期荷載作用下巖石行為的流變模型，并對(duì)巖石流變特性進(jìn)行研究。對(duì)巖體水平移動(dòng)和變形進(jìn)一步分析，考慮時(shí)間因素的影響，從開(kāi)始回采到巖層移動(dòng)過(guò)程完全停止，在巖體變形范圍內(nèi)，由于礦產(chǎn)采出和采出空間的收縮，不斷發(fā)生靜力平衡的破壞，覆巖拉伸和壓縮區(qū)的輪廓時(shí)刻在變化，各點(diǎn)的變形也在增大或減小。2、沿空掘巷窄煤柱穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀長(zhǎng)期以來(lái)，留煤柱護(hù)巷方式一直是我國(guó)煤礦井工開(kāi)采的主要方式。我國(guó)先后在開(kāi)灤、陽(yáng)泉、平頂山等礦區(qū)的三、四十個(gè)工作面進(jìn)行了沿傾斜方向煤體殘余支承壓力的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，取得了大量的觀測(cè)結(jié)果。豐城礦務(wù)局坪湖煤礦，在煤層厚度2

22、.4m、傾角200°的煤體中觀測(cè)到沿傾斜方向距煤體邊緣3m范圍內(nèi)的煤體應(yīng)力較小，應(yīng)力峰值區(qū)大約位于1222m范圍內(nèi)，支承壓力影響的峰值位置距煤體邊緣12m。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，支承壓力峰值隨著時(shí)間變化向煤體內(nèi)部轉(zhuǎn)移。淮北楊莊礦的觀測(cè)結(jié)果，從煤體邊緣至煤體內(nèi)部7m處為塑性區(qū)，其中03.5m為松弛區(qū);煤體內(nèi)7m以外為彈性區(qū)，其中7llm為彈性應(yīng)力升高區(qū)，11m以外逐步恢復(fù)到原始應(yīng)力區(qū)。澄合礦務(wù)局權(quán)家河煤礦觀測(cè)結(jié)果，沿傾斜方向煤體內(nèi)支承壓力的峰值位置在410m范圍。從國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展趨勢(shì)總體來(lái)看，留設(shè)煤柱護(hù)巷的方式受各種條件限制，主要有兩種趨勢(shì)，一種為寬煤柱方式，目的是為了避開(kāi)壓力峰值，減少對(duì)巷道的破

23、壞;另一種為窄煤柱或無(wú)煤柱留巷方式，兩者在不同條件下都有比較廣泛的應(yīng)用，研究與發(fā)展水平也各具特色。與中厚煤層和厚煤層分層開(kāi)采一樣，綜放工作面采放以后，在其相鄰的煤體（柱）上和一定范圍的冒落區(qū)內(nèi)將形成增壓區(qū)、減壓區(qū)、免壓區(qū)。當(dāng)右邊工作面采放后，由于煤層采放厚度大，冒落肝石和剩余浮煤難以充滿(mǎn)采空區(qū)，老頂下沉并在采空區(qū)邊緣發(fā)生斷裂，煤體上的頂板彎曲并以一定角度向采空區(qū)傾斜，側(cè)向支承壓力向煤體內(nèi)轉(zhuǎn)移。在頂板彎曲下沉、支承壓力轉(zhuǎn)移過(guò)程中，邊緣煤體被破壞，形成一定厚度的破碎區(qū)，同時(shí)，在煤體邊緣一定范圍（一般07m）內(nèi)形成應(yīng)力降低區(qū)，為沿空掘巷創(chuàng)造了有利條件。國(guó)內(nèi)外采用多種手段從不同角度研究應(yīng)力分布和變形與

24、破壞狀態(tài)是分析煤柱穩(wěn)定性的重要依據(jù)。國(guó)內(nèi)外在這方面做過(guò)許多現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、試驗(yàn)研究和理論研究。前蘇聯(lián)烏日洛夫礦觀測(cè)了距采空區(qū)不同距離內(nèi)開(kāi)掘的巷道變形。結(jié)果表明，采空區(qū)邊界附近煤體的支承壓力明顯影響范圍約為10m,位于支承壓力最大影響帶（46m）內(nèi)的巷道產(chǎn)生失穩(wěn)和較大變形。南非爾崗煤田通過(guò)對(duì)煤體邊緣殘余支承壓力的觀測(cè)，得出最大支承壓力作用在煤體邊緣10m處。我國(guó)早在上個(gè)世紀(jì)70年代，為配合推廣無(wú)煤柱護(hù)巷技術(shù)，先后在開(kāi)灤、陽(yáng)泉、平頂山等礦區(qū)的三、四十個(gè)工作面進(jìn)行了沿傾斜方向煤體殘余支承壓力的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，取得了大量的觀測(cè)結(jié)果。1985年，西安科技大學(xué)吳紹倩教授在對(duì)采場(chǎng)及沿空煤柱礦壓規(guī)律進(jìn)行了深入研究，并結(jié)果

25、實(shí)際礦井觀測(cè)結(jié)果，系統(tǒng)地提出了無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)，并將該技術(shù)在實(shí)際礦井進(jìn)行了應(yīng)用和推廣。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果，對(duì)于煤體邊緣的力學(xué)狀態(tài)可以分為：卸載松散區(qū)、塑性強(qiáng)化區(qū)、彈性變形區(qū)、原始應(yīng)力區(qū)。在具體的采礦與地質(zhì)條件下，有些因素影響采空區(qū)邊緣煤體應(yīng)力分布和力學(xué)特征。文獻(xiàn)【136】（136劉聽(tīng)成，周宏偉.無(wú)煤柱護(hù)巷的基礎(chǔ)研究.煤炭科學(xué)基金項(xiàng)目研究報(bào)告，1993）根據(jù)國(guó)內(nèi)15個(gè)礦區(qū)24個(gè)礦井27個(gè)工作面的觀測(cè)統(tǒng)計(jì)分析，得出主要影響因素有，煤體硬度、直接頂巖性、煤層傾角、煤層采高及開(kāi)采深度，并得出卸載帶寬度L.s、塑性帶寬度L,和影響帶寬度Lo的計(jì)算公式。上世紀(jì)7080年代，國(guó)內(nèi)許多院校和研究院所利用相似材料模

26、型，進(jìn)行了有關(guān)煤體邊緣應(yīng)力分布的實(shí)驗(yàn)研究。西安科技大學(xué)通過(guò)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了采深采高、傾角和直接頂?shù)攘W(xué)參數(shù)對(duì)沿傾斜支承壓力的影響，并得出最大應(yīng)力集中系數(shù)K的關(guān)系式。重慶大學(xué)采用立體相似模擬，得出煤體邊緣支承壓力的近似關(guān)系，認(rèn)為支承壓力峰值距煤體邊緣3Sm,峰值壓力集中系數(shù)約為1.5,支承壓力影響范圍為25m左右114j0理論研究方面，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者借助彈性力學(xué)建立煤體邊緣的力學(xué)平衡方程，經(jīng)過(guò)必要的簡(jiǎn)化和假設(shè)，以及利用某種強(qiáng)度準(zhǔn)則（如莫爾一庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則）確定塑性區(qū)寬度，并獲得煤體邊緣彈性應(yīng)力區(qū)、塑性應(yīng)力區(qū)應(yīng)力分布的解析表達(dá)式。這些研究普遍存在忽略剪應(yīng)力：xy等問(wèn)題，國(guó)內(nèi)有學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了修正

27、，推到出基于極限平衡理論的煤體邊緣塑性區(qū)內(nèi)應(yīng)力。，、塑性區(qū)寬度x,的關(guān)系式137,138考慮綜放開(kāi)采條件和傾角因素的影響，謝廣祥等也應(yīng)用彈塑性極限平衡理論，分析得出綜放面傾向煤柱支承壓力峰值位置的計(jì)算式及分布規(guī)律139ja劉洋在總結(jié)大量煤柱研究的基礎(chǔ)上研究了煤柱強(qiáng)度和變形規(guī)律，煤柱破壞過(guò)程以及合理的煤柱寬度留設(shè)方法140jo李慶忠對(duì)綜放面小煤柱護(hù)巷進(jìn)行了分析，研究了綜放條件下的窄煤柱的變形破壞機(jī)理14103、綜放沿空掘巷工程實(shí)踐研究楊建輝等人20以峰峰礦區(qū)萬(wàn)年礦碎裂結(jié)構(gòu)巖體頂板巷道為例，分析了巷道頂板和兩幫的破壞形式及其破壞原因。利用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)解決了巷道支護(hù)穩(wěn)定。楊淑華31等人在現(xiàn)

28、場(chǎng)觀測(cè)和動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，研究了綜放采場(chǎng)支架載荷有時(shí)比分層開(kāi)采大而有時(shí)小的力學(xué)機(jī)理，提出了綜放采場(chǎng)的兩種典型頂板結(jié)構(gòu)以及它們的靜力和動(dòng)力學(xué)特征，對(duì)綜放支架的設(shè)計(jì)和選型有實(shí)際的指導(dǎo)意義?？导t普32在分析深部高地應(yīng)力巷道圍巖變形與破壞特征并指出了目前錨桿支護(hù)存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出了高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力支護(hù)理論與錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則;通過(guò)井下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析深部礦井地應(yīng)力分布特征，介紹了強(qiáng)力錨桿支護(hù)系統(tǒng)，包括強(qiáng)力錨桿，強(qiáng)力鋼帶及強(qiáng)力錨索，完成了井下試驗(yàn)，井下試驗(yàn)表明，高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿支護(hù)系統(tǒng)能有效控制深部巷道強(qiáng)烈變形，保持圍巖穩(wěn)定。楊同敏(114等人通過(guò)對(duì)潞安礦務(wù)局王莊礦4320綜放面留Sm窄煤柱的錨網(wǎng)支護(hù)

29、實(shí)踐分析認(rèn)為：掘進(jìn)影響期巷道圍巖變形量小，累計(jì)變形量頂?shù)诪?8.06mm,兩幫為32.46mm,最大變形速度頂?shù)诪?.3mm/d,兩幫為1.61mm/d掘進(jìn)SOm后趨于穩(wěn)定；回采期間巷道兩幫的變形量和變形速度均大于頂?shù)?，兩幫相?duì)變形量為758.7mm,最大變形速度為77.1mm/d;頂?shù)紫鄬?duì)變形量為473.45mm,最大變形速度為58mm/d。且頂煤下沉量大于底鼓量，占頂?shù)滓平康?7.3%;煤柱幫的變形量大于實(shí)體煤幫的變形量，占兩幫移近量的60%以上;巷道受采動(dòng)影響的范圍較大，其中兩幫為901OOm,頂?shù)诪?070m。但巷道受采動(dòng)劇烈影響范圍較小，頂?shù)准s為2025m,兩幫約為3040mo陳學(xué)偉(11s等人通過(guò)對(duì)鮑店煤礦1306綜放窄煤柱沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)特征進(jìn)行研究后認(rèn)為：工作面超前支撐壓力影響范圍大，一般為120160m,劇烈影響為5060m;巷道變形量也大；巷道礦壓顯現(xiàn)表現(xiàn)出明顯的周期性。一般為20m左右;綜放