《采礦技術(shù)新發(fā)展》ppt課件

1、中國礦業(yè)大學中國礦業(yè)大學1 動壓巷道圍巖穩(wěn)定實際與控制技動壓巷道圍巖穩(wěn)定實際與控制技術(shù)術(shù)1.1 概述概述1.2 巷道圍巖塑性區(qū)分布巷道圍巖塑性區(qū)分布1.3 巷道圍巖不均勻整體下沉和部分巷道圍巖不均勻整體下沉和部分上升上升1.4 動壓巷道底鼓機理動壓巷道底鼓機理1.5 沿空掘巷圍巖大、小構(gòu)造穩(wěn)定性沿空掘巷圍巖大、小構(gòu)造穩(wěn)定性原理原理1.6 動壓巷道圍巖控制技術(shù)的根本動壓巷道圍巖控制技術(shù)的根本途徑途徑維護非常困難、制約礦井高產(chǎn)高效和維護非常困難、制約礦井高產(chǎn)高效和經(jīng)濟、社會效益，要挾礦井平安。經(jīng)濟、社會效益，要挾礦井平安。礦井開采實際和技術(shù)的難點和重點。礦井開采實際和技術(shù)的難點和重點。破裂區(qū)彈性區(qū)

2、塑性區(qū)彈性區(qū)極限平衡區(qū)原巖應力區(qū)原巖應力區(qū)（a）（b）井巷圍巖狀態(tài)的分區(qū)嚴格的分區(qū)近似的分區(qū) (a)實體煤巷道；(b)煤柱巷道；(c)沿空巷道；(d)無直接頂、底的煤柱巷道。分布形狀：(a)“型；(b)、(c)半“型；(d)缺上或下的半“型。與圓形巷道、根本巷道分布形狀不同，是研討動壓、軟巖巷道礦壓的根底。 大面積開采，采動支承應力和不同護巷方式引起。大面積開采，采動支承應力和不同護巷方式引起。 類似資料模擬實驗結(jié)果類似資料模擬實驗結(jié)果u1、u2、u3、u4、u5下沉曲線下沉曲線D1、D2、D3破斷曲線破斷曲線1.4 動壓巷道底鼓機理動壓巷道底鼓機理1.4.1 機理機理 巷道兩幫下沉引起底鼓。

3、兩幫下巷道兩幫下沉引起底鼓。兩幫下沉、底角破壞，程度應力擠壓，底板沉、底角破壞，程度應力擠壓，底板淺部鼓起，頂板下沉、離層淺部鼓起，頂板下沉、離層 。 a b兩幫下沉與底鼓關(guān)系a東龐礦中硬巖；b黃塘嶺礦軟巖圖圖3 巷道底板深基點位移巷道底板深基點位移圖圖4 巷道底板垂直位移巷道底板垂直位移No零位移點；零位移點；N零應變點零應變點 權(quán)臺礦現(xiàn)場實測權(quán)臺礦現(xiàn)場實測 淺部鼓起，深部下沉；與采煤任務面間隔不同而淺部鼓起，深部下沉；與采煤任務面間隔不同而變化。變化。1力學計算力學計算 Q(y) 作用下作用下M點的位移點的位移 根據(jù)彈性力學實際，平面應變條件下的半無限平根據(jù)彈性力學實際，平面應變條件下的半

4、無限平面體，面體， Q(y)dy 載荷作用下載荷作用下M點的垂直位移分量點的垂直位移分量dux222222arctan)21 ()ln()1(d)()()1 (dyxxyIyxxyxyyQyxExux力學計算簡圖力學計算簡圖 Q(y) 作用下，M點的垂直位移ux 等于上式在a,b區(qū)間上的積分。yySSySyyQyxExyyxxyxyyQyxExuubababaxxd arctan)21 ()(ln)1)()()1 (d arctan)21 ()(ln)1)()()1 (d222222222煤柱巷道底板等效載荷分布煤柱巷道底板等效載荷分布 煤柱巷道底板等效載荷分布煤柱巷道底板等效載荷分布 簡化的

5、載荷分布簡化的載荷分布3底板中心線上的垂直位移底板中心線上的垂直位移各區(qū)段分布載荷在巷道底板各區(qū)段分布載荷在巷道底板 中心線上引起的垂直位移中心線上引起的垂直位移巷道底板中心線上巷道底板中心線上總的垂直位移總的垂直位移 1.4.2 加固兩幫和底角控制巷道底鼓1 錨桿加固兩幫、底角實驗編實驗編號號巷道外表移近量巷道外表移近量mm、項實驗與項實驗與對比對比頂?shù)装屙數(shù)装鍍蓛?幫幫移近量減少值移近量減少值mm移近量減少百分數(shù)移近量減少百分數(shù)%頂?shù)装屙數(shù)装鍍蓛?幫幫頂?shù)装屙數(shù)装鍍蓛?幫幫37426458631461.054.32759068548871.484.4960578 2 注漿加固注漿加固 權(quán)臺

6、礦注漿孔布置權(quán)臺礦注漿孔布置 注漿資料、工藝、費用注漿資料、工藝、費用 資料：資料：ZKD高水速凝資料，水灰比高水速凝資料，水灰比1.8 1 注漿壓力：注漿壓力：0.1 0.15 MPa 資料費用：資料費用：13.83元元/m注漿效果注漿效果 權(quán)臺礦注漿前、后對比權(quán)臺礦注漿前、后對比對比項目對比項目巖石質(zhì)量指標巖石質(zhì)量指標RQD（%）鉆孔測定強度（鉆孔測定強度（MPa）注漿前注漿前9.114.7注漿后注漿后96.722.5注與不注漿段對比注與不注漿段對比底鼓量（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1441513打底板錨桿控制底鼓打底板錨桿控制底鼓沿

7、空掘巷與上覆巖層的構(gòu)造關(guān)系沿空掘巷與上覆巖層的構(gòu)造關(guān)系三角塊受力分析圖三角塊受力分析圖RBCFR,FZRABFMFGILKHGJIJEGFTABRBCaJJyTBCTBCKxX01tanABABTKRCABaLTK12小構(gòu)造的穩(wěn)定性分析小構(gòu)造的穩(wěn)定性分析1沿空側(cè)護巷窄煤柱的寬度沿空側(cè)護巷窄煤柱的寬度式中：x1 因上區(qū)段任務面開采而在下區(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度，巷道窄煤柱一幫錨桿有效長度，m；x3 添加的煤柱穩(wěn)定性系數(shù)，添加的煤柱穩(wěn)定性系數(shù)， 按按0.2 x1 + x2 計算計

8、算2) 強化圍巖強度，確定錨桿支護強度強化圍巖強度，確定錨桿支護強度 必需保證足夠的錨桿初錨力與支護強度，強化圍必需保證足夠的錨桿初錨力與支護強度，強化圍巖強度后使小構(gòu)造能在大構(gòu)造回轉(zhuǎn)下沉影響下堅持圍巖強度后使小構(gòu)造能在大構(gòu)造回轉(zhuǎn)下沉影響下堅持圍巖穩(wěn)定。巖穩(wěn)定。3綜放兩道圍巖變形規(guī)律綜放兩道圍巖變形規(guī)律 序序?qū)Ρ裙こ虒Ρ裙こ虒嶓w煤巷道實體煤巷道沿空掘巷沿空掘巷1頂板、兩幫變形頂板、兩幫變形110152回采期間與掘巷期間圍巖變形比回采期間與掘巷期間圍巖變形比值值1.21.55103兩幫變形與頂?shù)装遄冃伪戎祪蓭妥冃闻c頂?shù)装遄冃伪戎?22.5 掘巷期間掘巷期間 任務面前方任務面前方10m處處綜放沿空

9、掘巷支護效果綜放沿空掘巷支護效果1.6.1 影響巷道圍巖穩(wěn)定性的三大要素影響巷道圍巖穩(wěn)定性的三大要素 圍巖強度、巖體應力、支護技術(shù)圍巖強度、巖體應力、支護技術(shù) 1前蘇聯(lián)阿爾達曉夫、巴仁根據(jù)巷道垂直前蘇聯(lián)阿爾達曉夫、巴仁根據(jù)巷道垂直應力應力H與底板單軸抗壓強度與底板單軸抗壓強度R的比值作為判別的比值作為判別巷道能否底鼓的準那么：巷道能否底鼓的準那么：穩(wěn)定的不底鼓：穩(wěn)定的不底鼓：中等穩(wěn)定有底鼓：中等穩(wěn)定有底鼓：不穩(wěn)定劇烈底鼓：不穩(wěn)定劇烈底鼓： 0.6 3 . 0RH6 . 0RH3 . 03 . 0RH圍巖單軸抗壓強度圍巖單軸抗壓強度MPa巷道極限深度巷道極限深度 m601000 3支護技術(shù)支護技

10、術(shù) 從軸對稱圓巷的彈塑性分析從軸對稱圓巷的彈塑性分析卡斯特納方程中卡斯特納方程中可以看出：由于支護反力可以看出：由于支護反力P的作用，加大了塑性區(qū)應的作用，加大了塑性區(qū)應力而減小了塑性區(qū)半徑。力而減小了塑性區(qū)半徑。 1.6.2 根本途徑根本途徑 1提高圍巖強度提高圍巖強度 布置在穩(wěn)定巖層中；布置錨桿，強化圍巖強度；布置在穩(wěn)定巖層中；布置錨桿，強化圍巖強度；圍巖注漿，提高巖體強度；封鎖、疏干、防風化，防圍巖注漿，提高巖體強度；封鎖、疏干、防風化，防止圍巖碎裂、強度降低止圍巖碎裂、強度降低 2減小巖體應力減小巖體應力 合理布置巷道：時間、空間上減少巷道接受支承合理布置巷道：時間、空間上減少巷道接受

11、支承壓力影響，巷道布置在應力降低區(qū)；合理設(shè)計煤柱尺壓力影響，巷道布置在應力降低區(qū)；合理設(shè)計煤柱尺寸；思索最大程度應力的影響寸；思索最大程度應力的影響 應力轉(zhuǎn)移應力轉(zhuǎn)移 巷道卸壓：跨采進展巷道卸壓；開巷道卸壓：跨采進展巷道卸壓；開槽卸壓；震動爆破卸壓；布置卸壓峒室卸壓槽卸壓；震動爆破卸壓；布置卸壓峒室卸壓1.6.2 根本途徑根本途徑 3巷道支護巷道支護巷道金屬支架巷道金屬支架 作用：給圍巖提供支護阻力；當前留意：可縮性作用：給圍巖提供支護阻力；當前留意：可縮性支架的運用界限、銜接件、礦工鋼可縮支架、支架壁支架的運用界限、銜接件、礦工鋼可縮支架、支架壁后密實。后密實。錨桿支護錨桿支護 作用：強化圍

12、巖強度；圍巖強度強化實際、高強作用：強化圍巖強度；圍巖強度強化實際、高強超高強度錨桿、設(shè)計方法、復雜條件下的錨桿支超高強度錨桿、設(shè)計方法、復雜條件下的錨桿支護。護。 錨桿支護強度強化實際錨桿支護強度強化實際 錨桿與圍巖相互作用，構(gòu)成錨桿錨桿與圍巖相互作用，構(gòu)成錨桿圍巖的共同承載構(gòu)造，改圍巖的共同承載構(gòu)造，改善錨固膂力學性能，提高錨固體峰值強度和剩余強度，特別是剩善錨固膂力學性能，提高錨固體峰值強度和剩余強度，特別是剩余強度的提高，有效提高圍巖的自承才干，控制圍巖塑性區(qū)、破余強度的提高，有效提高圍巖的自承才干，控制圍巖塑性區(qū)、破碎區(qū)開展，促使巷道圍巖由不穩(wěn)定形狀向穩(wěn)定形狀轉(zhuǎn)變。碎區(qū)開展，促使巷道

13、圍巖由不穩(wěn)定形狀向穩(wěn)定形狀轉(zhuǎn)變。 煤 層巖 層破 碎 區(qū) 、 塑 性 區(qū) 錨固體錨固體C C、C C* *、* * 隨錨桿支護強度隨錨桿支護強度t t的添加而提高。的添加而提高。不同錨桿支護強度下錨固體破壞前的不同錨桿支護強度下錨固體破壞前的C、 值值 錨桿支護強度錨桿支護強度 t / MPa00.060.080.110.140.170.22等效內(nèi)聚力等效內(nèi)聚力C / MPa0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.3869等效內(nèi)摩擦角等效內(nèi)摩擦角 / 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4不同錨桿支護強度下錨固體破壞后的不同錨桿支

14、護強度下錨固體破壞后的C*、* 值值錨桿支護強度錨桿支護強度t / MPa00.060.080.110.140.170.22等效內(nèi)聚力等效內(nèi)聚力C* / MPa0.01680.01820.01830.01840.01860.01940.021等效內(nèi)摩擦角等效內(nèi)摩擦角 */ 31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4圖圖 錨固體應力應變曲線圖錨固體應力應變曲線圖注：曲線上數(shù)字為錨桿支護強度注：曲線上數(shù)字為錨桿支護強度tMPa 錨固體強度隨錨桿支護強度錨固體強度隨錨桿支護強度t 的提高而得到強化，到達一定的提高而得到強化，到達一定程度就可堅持圍巖穩(wěn)定。程度就可堅持圍巖穩(wěn)定。

15、錨固體錨固體 1、1*的表達式：的表達式：)2/*45tan(24.264.0)2/45tan(289.154.0*11CCtt式中：式中： 1 錨固體極限強度，錨固體極限強度，MPa， 1*錨固體剩余強度，錨固體剩余強度，MPa。 t 錨桿支護強度，錨桿支護強度，MPa 提高支護強度提高支護強度 t ，可使，可使C、C*、* 提高；它們的提高，使提高；它們的提高，使 1、 1*顯著加強顯著加強。 錨桿支護的關(guān)鍵技術(shù)及主要參數(shù) 盡能夠提高錨桿的初錨力預應力。 足夠的錨桿支護強度。 滿足工程需求的錨桿長度。 及時錨固-500010000-10000-200000-280000-70000-120

16、000-60000-40000-1200000-10000-80000-40000-80000-120000-80000-60000-60000-70000-40000-60000-60000-40000-60000-80000-80000-80000-20000-20000-40000-70000-60000-70000-60000-60000-10000-20000-40000-40000-20000-20000-20000-1000000-100005000-50000-50005000-500010000-5000-5000-5000-50000500050000-5000-50005

17、000000000YXZ-50002000-50000-50000-50000-20000-30000-10000-5000-10000-5000-10000-100000-5000-5000-5000-500002000200002000200000000000YXZ預應力預應力10kN預應力預應力80kN 在高預應力下，錨桿支護產(chǎn)生的附加應力場構(gòu)成的壓應力區(qū)在高預應力下，錨桿支護產(chǎn)生的附加應力場構(gòu)成的壓應力區(qū)范圍廣，有效壓應力區(qū)幾乎覆蓋了整個頂板，錨桿的自動支護作范圍廣，有效壓應力區(qū)幾乎覆蓋了整個頂板，錨桿的自動支護作用得到充分發(fā)揚。用得到充分發(fā)揚。 初錨力初錨力錨桿自動支護的表達，盡早控

18、制錨固區(qū)內(nèi)的錨桿自動支護的表達，盡早控制錨固區(qū)內(nèi)的離層，控制圍巖變形。離層，控制圍巖變形。l 正常條件下的初錨力：由鉆機性能、風壓、施工質(zhì)量決議，爭取20 kN。l 用預緊扳手，初錨力可到達4050kN，巷道圍巖變形減少1/22/3。預預 緊緊 扳扳 手手 錨桿支護強度l 由單根錨桿破斷載荷和支護密度決議。l 單根錨桿破斷載荷主要由材質(zhì)、直徑?jīng)Q議，也與加工質(zhì)量有關(guān)。l 單桿錨桿桿體破斷載荷必需與錨桿錨固力、托盤強度、螺母強度協(xié)調(diào)一致。l 錨桿錨固力由錨固劑與鋼筋、鉆孔壁的粘結(jié)強度和錨固劑強度決議。l 錨桿間排距盡能夠加大，以節(jié)省資料，加快掘進速度。錨桿初錨力與支護強度的合理性 綜放沿空掘巷錨桿

19、初錨力與支護強度礦名礦名初錨力初錨力kN支護強度支護強度MPa興隆莊煤礦興隆莊煤礦20300.20.3王莊煤礦王莊煤礦15250.150.25初錨力與頂板下沉量關(guān)系錨桿支護強度與頂板下沉量的關(guān)系兗礦興隆莊礦開展高超高強度錨桿的實際根據(jù)開展高超高強度錨桿的實際根據(jù) 錨固體錨固體 1、 1*的表達式：的表達式：式中：式中： 1 錨固體極限強度，錨固體極限強度，MPa， 1*錨固體剩余強度，錨固體剩余強度，MPa。 提高提高 t ，可使，可使C、C*、* 提高；它們的提高；它們的提高，使提高，使 1、 1*顯著加強；開展高超高強度顯著加強；開展高超高強度錨桿，才干提高錨桿，才干提高 t 和堅持圍巖的

20、穩(wěn)定。和堅持圍巖的穩(wěn)定。 為了提高為了提高 t ，中國礦業(yè)大學研制了新型錨桿資，中國礦業(yè)大學研制了新型錨桿資料，其料，其 s1000 MPa； b1300 MPa； s15 %。)967. 0()2/*45tan(24 .264 . 0)968. 0()2/45tan(289.154 . 0*11rCrCtt 錨桿長度l 錨桿長度決議加固錨固區(qū)范圍；圍巖條件困難、復雜，錨固區(qū)需求加大，那么需加長錨桿。l 錨固端部錨固區(qū)域盡能夠在巷道破碎區(qū)范圍以外。l 錨固區(qū)外部附近有離層盡可加長錨桿加以控制。 及時錨固l 控制迎頭懸頂面積和時間，隨掘隨錨，盡能夠減小掘后離層。從巷道圍巖穩(wěn)定角度來談布置。要堅持

21、圍巖穩(wěn)從巷道圍巖穩(wěn)定角度來談布置。要堅持圍巖穩(wěn)定，布置巷道時應思索圍巖強度與巖體應力。定，布置巷道時應思索圍巖強度與巖體應力。 采動引起的應力重新分布采動引起的應力重新分布 已采區(qū)及其兩側(cè)煤柱的應力分布已采區(qū)及其兩側(cè)煤柱的應力分布冒落帶；冒落帶；裂隙帶；裂隙帶；彎曲下沉帶；彎曲下沉帶；A原始應力區(qū)；原始應力區(qū)；B1、B2應力增高區(qū)、應力增高區(qū)、C應力應力降低區(qū)；降低區(qū)；D應力穩(wěn)定區(qū)應力穩(wěn)定區(qū) 留區(qū)段煤柱時回采空間垂直應力等值線分布留區(qū)段煤柱時回采空間垂直應力等值線分布 煤體與采空區(qū)交界處底板垂直應力等值線分布煤體與采空區(qū)交界處底板垂直應力等值線分布上覆巖層容重；上覆巖層容重；H埋藏深度：埋藏深

22、度：底板巖石應力底板巖石應力升高區(qū)的擴展影響角；升高區(qū)的擴展影響角；Z被跨巷道與上部回采煤層間被跨巷道與上部回采煤層間的法線距；的法線距；X-被跨巷道與上部回采煤柱邊緣的程度距被跨巷道與上部回采煤柱邊緣的程度距 巷道布置的原那么巷道布置的原那么 1空間上盡量防止支承壓力的劇烈影響、疊加影空間上盡量防止支承壓力的劇烈影響、疊加影響和多次影響；時間上盡量縮短支承壓力影響時間。響和多次影響；時間上盡量縮短支承壓力影響時間。 2巷道布置在應力降低區(qū)或原巖應力區(qū)。巷道布置在應力降低區(qū)或原巖應力區(qū)。 3采用無煤柱開采，必需留煤柱時在保證煤柱穩(wěn)采用無煤柱開采，必需留煤柱時在保證煤柱穩(wěn)定的條件盡能夠小。定的條

23、件盡能夠小。 4假設(shè)需求留煤桂維護巷道，所留護巷煤柱尺寸假設(shè)需求留煤桂維護巷道，所留護巷煤柱尺寸應使巷道不受支承壓力影響或影響較小。應使巷道不受支承壓力影響或影響較小。 5防止在煤柱上、下方布置巷道。合理選擇底板防止在煤柱上、下方布置巷道。合理選擇底板巖巷與煤柱邊緣的程度間隔巖巷與煤柱邊緣的程度間隔X、與煤層垂直間隔、與煤層垂直間隔Z。 6在圍巖受采動影響穩(wěn)定后再掘巷道。在圍巖受采動影響穩(wěn)定后再掘巷道。 7巷道軸線方向盡量與最大程度主應力方向平行，巷道軸線方向盡量與最大程度主應力方向平行，防止與之垂直。防止與之垂直。 )OH32CaSO3OAlCaO3(2432 結(jié)晶水體積比占結(jié)晶水體積比占

24、81.6 %，再吸附大量水，水體積比，再吸附大量水，水體積比到達到達 90 %分量比分量比 2.5:1。 速凝早強，水灰比高；結(jié)石率高速凝早強，水灰比高；結(jié)石率高100 %，不淅，不淅水，強度高水，強度高; 當水灰比當水灰比1.5:1時，時，ZKD強度強度9.514.0MPa；水泥漿淅水率水泥漿淅水率65%，強度，強度4MPa；固結(jié)體塑性好，高水；固結(jié)體塑性好，高水條件下微膨脹；空氣中易風化失水注入巖體、水中、條件下微膨脹；空氣中易風化失水注入巖體、水中、或密封，防風化或密封，防風化2ZKD高水速凝資料高水速凝資料機理：硫鋁酸鹽水泥熟料、石灰、石膏、假設(shè)干種機理：硫鋁酸鹽水泥熟料、石灰、石膏、

25、假設(shè)干種添加劑水化生成鈣礬石添加劑水化生成鈣礬石 水泥漿液和高水資料的性質(zhì)與水灰比的關(guān)系 單軸條件下固結(jié)體試塊變形曲線單軸條件下固結(jié)體試塊變形曲線 不同圍壓條件下固結(jié)體應力應變曲線不同圍壓條件下固結(jié)體應力應變曲線12345分別代表圍壓為分別代表圍壓為0.13、0.26、0.38、0.50、0.75MPa時的曲線時的曲線 1圍巖松軟破碎、隨掘隨冒時運用；圍巖松軟破碎、隨掘隨冒時運用；2超前迎頭鉆孔注漿；超前迎頭鉆孔注漿； 3地應力特別大時難以注入。地應力特別大時難以注入。圍巖裂隙開展變慢前后或進入掘后穩(wěn)定期不久圍巖裂隙開展變慢前后或進入掘后穩(wěn)定期不久 巖石變形與浸透關(guān)系曲線 權(quán)臺煤礦3116上分

26、層回風平巷 掘頭后方巷道圍巖裂隙分布 2.1 國內(nèi)外研討現(xiàn)狀國內(nèi)外研討現(xiàn)狀2.2 沿空留巷巷旁支護機理沿空留巷巷旁支護機理2.3 高水速凝資料巷旁充填沿空留巷技術(shù)高水速凝資料巷旁充填沿空留巷技術(shù)2.4 沿空留巷巷內(nèi)支護技術(shù)沿空留巷巷內(nèi)支護技術(shù)2.5 高水速凝資料巷旁充填沿空留巷實例高水速凝資料巷旁充填沿空留巷實例 沿空留巷極大緩解采掘接替緊張的情況，提高資源沿空留巷極大緩解采掘接替緊張的情況，提高資源采出率，實現(xiàn)采出率，實現(xiàn)Y型通風、處理煤與瓦斯突出開采難題，型通風、處理煤與瓦斯突出開采難題，是煤礦開采及回采巷道布置技術(shù)的一項艱苦改革。是煤礦開采及回采巷道布置技術(shù)的一項艱苦改革。 過去我國巷內(nèi)

27、運用被動金屬支架，加以煤礦經(jīng)濟困難過去我國巷內(nèi)運用被動金屬支架，加以煤礦經(jīng)濟困難，沿空留巷開展緩慢。，沿空留巷開展緩慢。 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進風進風進風進風回風回風回回風風首采任務面首采任務面采空區(qū)采空區(qū)出煤出煤沿空留巷沿空留巷Y型通風系統(tǒng)型通風系統(tǒng)留巷鉆孔向上遠程卸壓煤層抽采解吸瓦斯留巷鉆孔向上遠程卸壓煤層抽采解吸瓦斯卸壓煤層卸壓煤層彎曲下沉帶彎曲下沉帶裂隙帶裂隙帶冒落帶冒落帶開采煤層開采煤層20150m卸壓范圍卸壓范圍充填墻體充填墻體2 2、3#3#鉆孔鉆孔Y Y型通風型通風回風巷回風巷進風巷進風巷下卸壓層下卸壓層B7下卸壓層下卸壓層B

28、6底板卸壓區(qū)域底板卸壓區(qū)域開采層開采層B8Y型通風型通風回風巷回風巷充填墻體充填墻體4 4、5#5#鉆孔鉆孔留巷鉆孔向下遠程卸壓煤層抽采解吸瓦斯留巷鉆孔向下遠程卸壓煤層抽采解吸瓦斯 沿空留巷巷旁支護是關(guān)鍵。沿空留巷巷旁支護是關(guān)鍵。 傳統(tǒng)的巷旁支護如矸石帶、密集支柱、木垛等普傳統(tǒng)的巷旁支護如矸石帶、密集支柱、木垛等普遍存在增阻速度慢、支承才干小、緊縮變形量大、密遍存在增阻速度慢、支承才干小、緊縮變形量大、密閉性能差、勞動強度大，力學性能與沿空留巷圍巖變閉性能差、勞動強度大，力學性能與沿空留巷圍巖變形不相順應等缺陷，不利于沿空留巷維護和防止采空形不相順應等缺陷，不利于沿空留巷維護和防止采空區(qū)漏風、

29、煤層自燃，沿空留巷效果不好，適用于薄及區(qū)漏風、煤層自燃，沿空留巷效果不好，適用于薄及部分中厚煤層。部分中厚煤層。 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高水速凝資料具有支護阻力大、增阻速度快、適量可縮高水速凝資料具有支護阻力大、增阻速度快、適量可縮，巷道維護效果好，機械化整體構(gòu)筑巷旁支護對采空區(qū)密，巷道維護效果好，機械化整體構(gòu)筑巷旁支護對采空區(qū)密閉性好、勞動強度小、充填工藝及充填設(shè)備簡單的優(yōu)點。閉性好、勞動強度小、充填工藝及充填設(shè)備簡單的優(yōu)點。 膏體資料充填沿空留巷在我國處于實驗時期，優(yōu)點是膏體資料充填沿空留巷在我國處于實驗時期，優(yōu)點是處置了矸石，缺陷是充填工藝較復雜、設(shè)備投資較大

30、。處置了矸石，缺陷是充填工藝較復雜、設(shè)備投資較大。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 錨桿支護廣泛運用，為沿空留巷發(fā)明了較好的錨桿支護廣泛運用，為沿空留巷發(fā)明了較好的支護條件。支護條件。 錨桿支護與巷旁支護共同作用，實現(xiàn)切頂，同時，錨桿支護與巷旁支護共同作用，實現(xiàn)切頂，同時，錨桿支護強化圍巖強度、提高圍巖承載才干，錨固體錨桿支護強化圍巖強度、提高圍巖承載才干，錨固體構(gòu)成自穩(wěn)巖層構(gòu)造，是較為理想的支護方式。構(gòu)成自穩(wěn)巖層構(gòu)造，是較為理想的支護方式。 HmMm-14321m巷旁支護體巷道煤體qsinNBPqyNAcdATAMBqcosTBeMLTBNCTCCx0q cos003巷道圍

31、巖運巷道圍巖運動穩(wěn)定后，維持巷動穩(wěn)定后，維持巷道上方已切斷巖層道上方已切斷巖層的平衡。的平衡。 采 空 區(qū)弧 形 三 角 塊巷 旁 支 護 體工作面推進方向巷旁支護體巷道煤體qsinNBPqyNAcdATAMBqcosTBeMLTBNCTCCx0q cos0002000001(cos)()()cos()()2xqLCyPMNqe x c dq qx c dxxdx 000(sin)()sin () ()/()22CBBhdTqe hSMqxc dSxc 中國礦業(yè)大學承當中國礦業(yè)大學承當“七五、七五、“八五國家科技攻關(guān)工程成八五國家科技攻關(guān)工程成果。果。 高水速凝資料高水速凝資料ZKD：在體積比

32、水占：在體積比水占90%，固體占，固體占10%條件下，條件下，2030 min內(nèi)凝結(jié)，內(nèi)凝結(jié)，100%固化，最終強度到達固化，最終強度到達45 MPa。經(jīng)過調(diào)整水灰比或高水速凝資料配比調(diào)整充填體的強度，。經(jīng)過調(diào)整水灰比或高水速凝資料配比調(diào)整充填體的強度，水灰比水灰比1.5：1時，充填體強度可以到達時，充填體強度可以到達10MPa，有效控制采空，有效控制采空區(qū)頂板、實現(xiàn)沿空留巷。區(qū)頂板、實現(xiàn)沿空留巷。 No水灰比水灰比凝結(jié)時間凝結(jié)時間/min抗壓強度抗壓強度/MPa初凝初凝終凝終凝4 h24 h7 d11.90 : 18274.286.398.2422.05 : 110293.755.597.3

33、232.25 : 112413.024.615.5942.50 : 117582.424.145.1552.70 : 119661.943.464.3163.00 : 120751.532.743.39英國高水速凝材料性能水平英國高水速凝材料性能水平72.50 : 1201.503.505.00 高水速凝資料巷旁充填沿空留巷特點： 濃度小，普通質(zhì)量濃度33%；高水速凝資料用量少，輔助運輸任務量??； 固化體有一定的緊縮率，順應沿空留巷大變形； 快速凝固、增阻速度快，能快速支撐頂板；高水速凝資料用量少，強度較大，沿空留巷本錢低，資料費用低于500元/m3； 充填工藝簡單，由于加水多，易于攪拌，混合

34、均勻，充填體質(zhì)量有保證； 充填系統(tǒng)費用較低，一套設(shè)備30萬元左右。 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2.4.2 沿空留巷巷內(nèi)支護沿空留巷巷內(nèi)支護1高強度、大延伸量、樹脂藥卷加長錨固高強度、大延伸量、樹脂藥卷加長錨固的錨桿支護的錨桿支護2錨索加強支護錨索加強支護2.4.3 巷內(nèi)加強支護巷內(nèi)加強支護 沿空留巷圍巖變形劇烈的地段在任務面前沿空留巷圍巖變形劇烈的地段在任務面前方方20m、后方、后方70100m，尤其是任務面后方，尤其是任務面后方50m，巷道變形劇烈，需求加強支護。，巷道變形劇烈，需求加強支護。 巷內(nèi)加強支護可以采用單體液壓支柱。巷

35、內(nèi)加強支護可以采用單體液壓支柱。2.5 高水速凝資料巷旁充填實例高水速凝資料巷旁充填實例3、綠色充填開采實際與技術(shù)、綠色充填開采實際與技術(shù)3.1綠色充填開采概述綠色充填開采概述3.2綠色充填開采實際根底綠色充填開采實際根底3.3膏體資料充填開采膏體資料充填開采3.4高水速凝資料充填開采高水速凝資料充填開采3.5矸石充填開采矸石充填開采3.1綠色充填開采概述綠色充填開采概述采空區(qū)垮落呵斥的危害采空區(qū)垮落呵斥的危害平均每采萬噸原煤呵斥塌陷土地平均每采萬噸原煤呵斥塌陷土地0.2-0.30.2-0.3公頃，每公頃，每年新增塌陷地約年新增塌陷地約3-43-4萬公頃。萬公頃。我國的煤炭資源采出率僅為我國的

36、煤炭資源采出率僅為40%40%左右，左右，“三下一上三下一上村莊下、道路下、水體下、承壓水上壓煤村莊下、道路下、水體下、承壓水上壓煤是重要緣由。是重要緣由。矸石大量堆積，占用土地，污染環(huán)境。矸石大量堆積，占用土地，污染環(huán)境。地下水大量流失。地下水大量流失。3.1綠色充填開采概述綠色充填開采概述煤炭開采巖層移動排 放 水地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 采保水開采充填開采排放矸石煤巷支護矸石井下處 理煤炭地下氣 化占用農(nóng)田污染環(huán)境綠色開采3.2綠色充填開采實際根底綠色充填開采實際根底-關(guān)鍵層控制關(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

37、提示了關(guān)鍵層運動對采場礦壓顯現(xiàn)、巖層挪動與地表沉陷及采動裂隙場分布的影響 充填開采控制上覆巖層挪動模擬實驗充填開采控制上覆巖層挪動模擬實驗充填開采覆巖形狀與下沉充填開采覆巖形狀與下沉傳統(tǒng)垮落法開采覆巖形狀與下沉傳統(tǒng)垮落法開采覆巖形狀與下沉充填開采任務面前后支承應力分布充填開采任務面前后支承應力分布3.3 膏體資料充填開采膏體資料充填開采中國礦業(yè)大學周華強教授中國礦業(yè)大學周華強教授膏體充填的技術(shù)優(yōu)勢膏體充填的技術(shù)優(yōu)勢1 1膏體充填體緊縮率最低，膏體充填體緊縮率最低，1%1%左右，減沉效果好。左右，減沉效果好。2 2膏體充填煤炭采出率高、適用范圍廣。膏體充填煤炭采出率高、適用范圍廣。3 3膏體充填

38、體密實并有一定抗壓強度。膏體充填體密實并有一定抗壓強度。4 4膏體充填資料管道保送效率高。膏體充填資料管道保送效率高。5 5膏體料漿不沉淀、不泌水、不離析，管道保送可靠膏體料漿不沉淀、不泌水、不離析，管道保送可靠 6 6同等強度下膠結(jié)料用量少，資料費用低。同等強度下膠結(jié)料用量少，資料費用低。中國礦業(yè)大學在國內(nèi)率先開展煤礦膏體充填技術(shù)研討中國礦業(yè)大學在國內(nèi)率先開展煤礦膏體充填技術(shù)研討 中國礦業(yè)大學開發(fā)出中國礦業(yè)大學開發(fā)出PL、SL膏體膠結(jié)料膏體膠結(jié)料 膏體充填資料緊縮實驗結(jié)果膏體充填資料緊縮實驗結(jié)果泗河砂膏體充填資料全應力應變曲線，軸向應變；，p體積應變。 太平煤礦膏體充填太平煤礦膏體充填 太平

39、煤礦膏體充填太平煤礦膏體充填 小屯煤礦膏體充填小屯煤礦膏體充填 小屯煤礦膏體充填小屯煤礦膏體充填 小屯煤礦膏體充填小屯煤礦膏體充填 朱村煤礦膏體充填朱村煤礦膏體充填l l 朱村礦膏體充填工藝系統(tǒng)朱村礦膏體充填工藝系統(tǒng) 岱莊煤礦膏體充填岱莊煤礦膏體充填 岱莊煤礦膏體充填岱莊煤礦膏體充填 岱莊煤礦膏體充填岱莊煤礦膏體充填3.4 超高水速凝資料充填開采超高水速凝資料充填開采中國礦業(yè)大學馮光明副教授中國礦業(yè)大學馮光明副教授 超高水充填資料水體積可達超高水充填資料水體積可達97%及以上，強度及以上，強度可達可達0.66MPa，凝結(jié)時間可在，凝結(jié)時間可在90min內(nèi)調(diào)整。保送間內(nèi)調(diào)整。保送間隔不受限制。資

40、料充填進入采空區(qū)凝結(jié)后根本不被隔不受限制。資料充填進入采空區(qū)凝結(jié)后根本不被緊縮，因此有效地控制了上覆巖層活動。緊縮，因此有效地控制了上覆巖層活動。充填工藝系統(tǒng)特點充填工藝系統(tǒng)特點 充填才干大；充填才干大； 不影響任務面開采；不影響任務面開采； 工藝系統(tǒng)簡單、自動化程度高；工藝系統(tǒng)簡單、自動化程度高； 空間體積小與初期投入低。空間體積小與初期投入低。3.4 超高水速凝資料充填開采超高水速凝資料充填開采充填泵站主要設(shè)備充填泵站主要設(shè)備3.4 超高水速凝資料充填開采超高水速凝資料充填開采漿體制備系統(tǒng)漿體制備系統(tǒng)半延續(xù)制漿子系統(tǒng)平、立面布置圖半延續(xù)制漿子系統(tǒng)平、立面布置圖充填泵站：因超高水資料可長間隔保送，充填泵站的布充填泵站：因超高水資料可長間隔保送，充填泵站的布置比較靈敏?？刹贾糜诘孛?，亦可布置在井下。置比較靈敏?？刹贾糜诘孛?，亦可布置在井下。漿液制備系統(tǒng)漿液制備系統(tǒng) 延續(xù)制漿系統(tǒng)特點是可延續(xù)制備漿體。延續(xù)制漿系