沿空留巷

上世紀60年代英國、德國開始採用。這些發達國家非常重視這種一次性能源的開採。分別採用前進式和後退式的工作面沿空留巷方法以實現無煤柱開採。基本普及無煤柱開採。國外主要以無機有機混合結構形式結合鋼結構骨架實施沿空留巷隔牆。我國上世紀70年代引進使用，那時候因為經濟基礎等因素影響，所採用的方法都沒有廣泛適應性。後期出現的“高水材料”成本過高、強度和耐久性不足、特別是沒有掌握礦山壓力規律，從根本上扭轉巷道維護困難的局面而沒有得到推廣。

實踐證明，無煤柱開採方案實踐可有效地控制瓦斯爆炸、衝擊地壓等相關事故的發生。通過對岩層運動和礦山壓力發展變化規律的研究，正確的進行巷道礦壓控制設計以及解決好巷道掘進和維護期間老塘透風問題，完全能夠控制原煤柱護巷方案產生的重大事故。

在掌握了沿空留巷的內在本質的基礎上，西安科技大學惠興田課題組認真分析沿空留巷研究成果。專注於及時和高強兩方面兼顧上下功夫。在此基礎上研究併發明瞭封閉模鑄砌體結構。這種隔牆技術由於採用預製混凝土技術作為隔牆高強內核使得隔離牆具有早期高強度，以注漿技術的密閉和充填性作為支護的及時性可以保證砌體牆體既有嚴密的封閉性又能夠及時貼頂支護。這種技術一次解決了現有混凝土隔牆技術無法解決的及時性和高強度問題。而且成本遠遠低於一般泵送混凝土的成本。

對沿空留巷具有代表意義的專利技術：發明4項：礦用錨柱及預支撐錨柱網沿空留巷方法，一種剛柔複合結構模板及其沿空留巷隔牆施工方法；可變彈性接頂模板及其施工方法；用於沿空留巷的綜合一體機及其施工方法。實用新型2項：一種沿空留巷砌築隔離牆使用的複合模板；一種變形內胎模板。

1.2.無煤柱開採意義

減少巷道掘進量——緩解接續緊張；

減少掘進隊——節約大量掘進費用；

去掉區段煤柱——延長礦井壽命，提高社會效益

上世紀沿空留巷技術方案缺陷阻礙了該項技術實施近十年混凝土技術的成熟為沿空留巷打下良好基礎

推行無煤柱開採，不僅對生產礦井進行技術改造、緩和採掘關係和延長礦井壽命具有現實意義，而且也是使煤炭企業改善安全條件和技術經濟指標，增產、增盈減虧的主要途徑之一。根據我國的實踐經驗和當前的技術水平，推行的無煤柱開採護巷分為沿空留巷、沿空掘巷。其中沿空留巷這種無煤柱護巷方式有5種形式。各礦應該根據具體情況選用合適合理的方案。大多數情況下對於條件適合的礦井都應當優先採用留巷形式實施無煤柱開採。

上世紀60年代世界一些主要產煤國家為了達到少掘巷道、增加煤炭資源回收率、增加生產的連續性和提高礦井的經濟效益目的，而採用往復式“Z”形開採，前進式和後退式的工作面沿空留巷方法以實現無煤柱開採。對沿空留巷的礦壓顯現、適用條件、合理支護形式及新型支護材料等都進行了大量研究。在這方面做得較多的是前蘇聯、德國、英國、波蘭等國家。這些發達國家非常重視這種一次性能源的開採。

我國從薄煤層到厚煤層，從緩傾斜煤層到急傾斜煤層，都已有沿空留巷的成功經驗。但是，在沿空留巷研究與應用中仍存在着不足之處，使得一些礦井在應用沿空留巷技術中沒有取得預期的效果，並限制了沿空留巷技術在我國更廣泛的推廣。

經過幾十年的發展，我國一些礦區在沿空留巷方面取得了可喜成績。一些礦井取得了非常客觀的經濟效益。

沿空留巷技術正處在一個急速起步的黃金時代。

在幾十年的研究應用中，該領域的成功與失敗並存，我們

分析這些經驗歸結如下：

1、密集支架形式基本不可取

沿空留巷在上世紀研究初期基本上都是以支架形式完成。那時候各種支架形式的應用曾經解決過許多回採工作面的無煤柱採煤問題。但都是應用到一些採面地壓相對較小並且煤層賦存條件較好的無自然發火的低瓦斯礦井。而且應用情況也不能令人滿意。

這種方式因為支護材料品種多，工作量大，支護效果差，採空區隔離效果差等問題很少應用。

2、矸石堆垛方式應該淘汰

矸石堆垛法是一種看似簡單經濟的做法，但因為該方法不能達到及時有效支撐頂板，容易造成頂板過量下沉導致巷道不利於回採工作。這種方式雖然材料單價低，但會消耗大量的人力，而且隔離效果很差，因此適應面很小。一些好的方法的出現會加速這一方法的淘汰。

3、砌體牆法存在缺陷

採用預製塊砌牆可以克服上述2.1和2.2節所述密集柱和矸石堆垛的許多缺陷，能夠基本形成一道隔離採空區的密閉牆體。但該方法還是不能解決牆體與頂板的接頂問題，往往會造成頂板過量離層使得支護效果不佳。應該在此基礎上進行改進。2.4. 高水材料巷旁充填沿空留巷是主流的留巷方式　隨工作面在採空區所在一側構築巷幫充填體形成巷幫支護帶。高水材料可以通過調節水灰比改變充填體抗壓強度可以滿足多種強度要求的工程需要，可以提供較大的初期支護阻力、增阻速度快，能夠適應頂板的下沉並保證巷道較好的維護效果，而且具有很高的機械化程度，構築的巷旁充填體具有良好的密閉性能、隔絕採空區效果較好；該材料製作的漿液單獨存放24h不凝固，易於遠距離輸送，非常適合進行大規模沿空留巷。

4、現澆混凝土隔牆法實踐證明較好

經過數年實踐證明，混凝土牆體雖然有價材料用量大。但該方法適應性廣，承載力高，能夠形成足夠的切頂強度，安全可靠。已經被廣泛接受。

混凝土牆的缺點在於其比較高的工程費用和施工的複雜性以及強度上升的速度不能適應高產高效礦井工作面。還有一些施工方法不能保證牆體及時緊密貼頂。這種技術方案的施工方法主要有：

5、大型自移式沿空留巷充填支架

該支架大大提高了沿空留巷的安全性，其結構複雜，支架獨立性、靈活性強、適應性以及安全性強，使用效果好。

缺陷：混凝土結構施工完成後不能緊貼頂板，導致頂板離層，增加了留巷維護費用。

桶柱方式巷幫支護法

桶柱間距為1.4一1.8米，桶柱施工數量少，降低了工作量，施工速度快，減少了對工作面生產的影響，保障了工作面的正常推進，桶柱內混凝土的標號到300#，其試件抗壓極限強度為30Mpa“，直徑為600一660mm的混凝土桶柱的最大支撐力可以達到976OkN。但封閉採空區不方便。效果比整體混凝土牆體差。

膏體混凝土

膏體混凝土,其主要成分是硅酸鹽水泥、砂、粉煤灰及膏體混凝土外加添加劑。凝固速度快、早強的特製充填體,其最大強度能達到2 MPa。充填體寬2.5 m,高3.4 m。

這種方法的優點是膏體狀便於施工。缺點是強度和採礦關係的不協調性，導致材料用量大很多。

支護技術

柔模支護技術由西安科技大學王曉利教授研發而成。成功應用於10餘礦，已經正在推廣應用。將此技術應用到煤礦井下作為充填牆體是煤礦技術的進步。柔模泵注混凝土沿空留巷支護技術通過省級科技成果鑑定，達到國際領先水平，並享有多項發明專利。這一技術的應用使得現澆混凝土技術在沿空留巷的施工工藝得到簡化。

實際上礦壓的演化在採空區側煤體內是一個隨時間和距離變化的函數。

沿空巷道是處在採面後側。位於採礦區後側的煤體內礦壓是空間和時間的函數。

從縱向空間的觀察來看，工作面後側煤體順沿空巷道向後煤體中礦壓的變化是距離的函數。從以往的研究成果看，採面後側15-30米是礦壓急劇上升區域。

從橫向觀察來看，採空區外側煤體礦壓分佈是採空區外側煤體內礦壓表現

沿空側煤體在採面剛過後的礦壓表現 以時間的觀點來看，煤體中的每一點要經受超前壓力、採動礦壓和採面過後又一次老空垮落礦壓。

作為沿空留巷的最為關鍵的是研究支撐隔離帶上部頂板的礦壓特徵，以確定合理的支護形式和支護強度。研究留巷頂板的礦壓特徵以確定合理的順槽初期支護方案和支護參數。

沿空巷道頂部要經受礦壓分佈，掘進動壓，回採超前動壓外，更嚴重的是要經受回採後側礦壓的又一次劇變動壓後保持穩定性。一般順槽在經受回採動壓後就遭到嚴重破壞，在採空區後側採空區垮落形成的劇烈礦壓過程中徹底崩潰形成垮落。

沿空隔離牆體上部頂板礦壓力學表現是我們設計隔離牆的基礎。

1、頂板宏觀表現

煤層開採後採空頂板的活動跟支護狀況有關。採面過後支撐頂板會使頂板岩層折斷。這一過程決定於支護方式和支護強度。

由於沿空巷道一般要經過4次礦壓顯現。沿空巷道的圍巖變化是非常複雜的。頂板離層和老頂折斷理論可以方便的説明沿空巷道後支撐牆體結構和強度對巷道穩定性的影響。

2、頂部微觀表現

掘進期間穩定平衡微量離層回採超前動壓影響 掘進支護圖 4?7 回採巷道生命週期採面採面採面