石永奎無煤柱開采技術(shù)報(bào)告20100703哈爾濱

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1、煤礦無煤柱開采關(guān)鍵技術(shù)山東科技大學(xué)采礦工程研究院山東礦業(yè)學(xué)院礦山壓力研究所山東科技大學(xué)采礦工程研究院繼承傳統(tǒng)容故納新理論創(chuàng)新技術(shù)集成產(chǎn)學(xué)研結(jié)合專家支持團(tuán)隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施團(tuán)隊(duì)目錄無煤柱開采的概念無煤柱開采的意義沿空掘巷的位置與時(shí)間沿空留巷適應(yīng)性分析預(yù)留變形巷旁充填沿空留巷技術(shù)“特殊開采”充填技術(shù)案例無煤柱開采概念無煤柱開采技術(shù)區(qū)段平巷無煤柱“特殊開采”無煤柱沿空掘巷沿空留巷采空區(qū)全充填條帶充填其他無煤柱回風(fēng)大巷采空區(qū)區(qū)段小煤柱軌道順槽沿空送巷回風(fēng)大巷采空區(qū)巷旁充填體軌道順槽沿空送巷回風(fēng)大巷水平大巷采空區(qū)沿空留巷軌道順槽工作面巷旁充填采空區(qū)全充填拋矸充填似膏體充填高水材料充填建

2、筑垃圾充填采空區(qū)條帶充填采空區(qū)條帶充填無煤柱開采意義無煤柱開采技術(shù)區(qū)段平巷無煤柱“特殊開采”無煤柱沖擊地壓瓦斯煤塵突出煤柱發(fā)火資源回收率采空區(qū)瓦斯抽放采掘關(guān)系資源回收率水資源流失綠色開采地表環(huán)境破壞承壓開采水體下開采沿空掘巷的位置與時(shí)間沿空留巷巷旁充填沿空掘巷小煤柱護(hù)巷沿空掘巷大煤柱護(hù)巷外應(yīng)力場(chǎng)掘巷原始應(yīng)力場(chǎng)掘巷采空區(qū)矸石s0沿空送巷的位置沿空送巷的時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定階段相對(duì)顯著運(yùn)動(dòng)階段覆巖穩(wěn)定階段老頂(基本頂)巖梁觸矸是在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中送巷受力和維護(hù)狀況比沿空留巷優(yōu)越的先決條件。若掘巷時(shí)基本頂巖梁尚未觸矸，即掘巷滯后回采工作面的距離過短，則在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中送巷的受力和變形就與留巷

3、差別不大了?？梢?，送巷的位置由內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的范圍決定，送巷的時(shí)間由基本頂運(yùn)動(dòng)的發(fā)展過程決定?；仫L(fēng)大巷采空區(qū)區(qū)段煤柱軌道順槽沿空送巷滯后距離L0回風(fēng)大巷采空區(qū)軌道順槽相向推進(jìn)回風(fēng)大巷采空區(qū)軌道順槽`提前掘進(jìn)沿空留巷適應(yīng)性分析沿空留巷成功的關(guān)鍵技術(shù)之一是留巷的穩(wěn)定性，即在地應(yīng)力和采動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)支承壓力的作用下，所留巷道的圍巖（包括頂板、底板、一側(cè)煤體和一側(cè)巷旁充填體）基本保持穩(wěn)定，總體變形量有限且在允許的范圍內(nèi)，巷道形狀和斷面積滿足工作面通風(fēng)、運(yùn)輸和行人的基本要求。沿空留巷圍巖穩(wěn)定是在地應(yīng)力和采動(dòng)支承壓力的共同作用下，巷道圍巖結(jié)構(gòu)（強(qiáng)度）與巷道支護(hù)體互相作用，最終達(dá)到力學(xué)平衡

4、的結(jié)果。因此，沿空留巷圍巖穩(wěn)定性是由：(1)應(yīng)力環(huán)境（地應(yīng)力和采動(dòng)支承壓力）(2)圍巖結(jié)構(gòu)(3)巷道支護(hù)體三者組成的一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)決定的。其中，地應(yīng)力是由煤層埋藏深度和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)決定的；采動(dòng)支承壓力是由覆巖結(jié)構(gòu)及工作面采動(dòng)參數(shù)決定的；圍巖結(jié)構(gòu)是由煤層所處的層位及其沉積環(huán)境決定的；而巷道支護(hù)體的形式和強(qiáng)度是由目前的技術(shù)水平?jīng)Q定的。深部礦井開采過程中，很多礦區(qū)進(jìn)行了沿空留巷工程試驗(yàn)，既有成功的經(jīng)驗(yàn)，也有失敗的教訓(xùn)。大量的案例證明：在深部礦井開采中，并不是所有的礦井地質(zhì)與采動(dòng)條件都適合于沿空留巷，也就是說:沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用是有條件的。因此，對(duì)沿空留巷的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行

5、分類；確定適宜進(jìn)行沿空留巷的地質(zhì)條件；研究一種（幾種）適應(yīng)沿空留巷覆巖運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的留巷工藝；是保證在全國范圍內(nèi)推廣沿空留巷成功的必要途徑。沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：（1）巷道頂板、底板和一側(cè)煤體經(jīng)歷了本工作面采動(dòng)形成的動(dòng)態(tài)支承壓力影響，整體強(qiáng)度降低；（2）沿本工作面?zhèn)鹊南飵蜑槿斯こ涮铙w。因此，應(yīng)在研究不同地應(yīng)力場(chǎng)和采動(dòng)支承壓力場(chǎng)動(dòng)態(tài)耦合規(guī)律的基礎(chǔ)上，分別對(duì)巷道頂板、底板、煤體和巷旁充填體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以圍巖變形量為控制指標(biāo)，對(duì)沿空留巷的整體穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)和分類。沿空留巷穩(wěn)定性分類類別穩(wěn)定性程度頂板底板煤層堅(jiān)固系數(shù)f節(jié)理層理直接頂初次垮落平均步距(m)頂?shù)装鍘r

6、石類型(MPa)巖石類型(MPa)移近率(%)移近量(mm)Ⅰ非常穩(wěn)定砂巖石灰?guī)r泥頁巖68～120平均96.5砂巖粉砂巖砂質(zhì)泥巖20～90中硬以上1.5～4.02.58不發(fā)育25<3<40Ⅱ穩(wěn)定砂頁巖砂質(zhì)泥巖22.4～78平均49.7砂頁巖砂質(zhì)泥巖泥巖15～55中硬1.25～2.7平均1.88不太發(fā)育155～10Ⅲ中等穩(wěn)定頁巖砂頁巖10～110平均45.8頁巖砂頁巖10～110中硬0.7～2.5平均1.38中等發(fā)育1010～20>200Ⅳ不穩(wěn)定粉砂巖砂質(zhì)泥巖頁巖22～78平均55.2粉砂巖砂質(zhì)泥巖頁巖12.4～55中硬0.7-3.0平均1.88發(fā)育1220～35Ⅴ極不

7、穩(wěn)定泥巖頁巖25～29平均34,7泥巖頁巖9～35平均1.0軟弱0.8～1.25平均1.0發(fā)育10>35預(yù)留變形巷旁充填技術(shù)預(yù)留變形量巷旁充填風(fēng)囊阻風(fēng)（瓦斯）單體液壓支柱切頂后方臥底擴(kuò)巷預(yù)留變形巷旁充填技術(shù)在深部礦井，由于地應(yīng)力高，圍巖強(qiáng)度呈現(xiàn)“高應(yīng)力軟巖”特征，區(qū)段平巷在第一個(gè)工作面超前支承壓力的作用下往往會(huì)產(chǎn)生很大的變形甚至破壞。在第一個(gè)工作面后方側(cè)向老頂巖梁回轉(zhuǎn)下沉過程中，在老頂巖梁及直接頂巖層的共同作用下，沿空留巷承受的壓力急劇增大，留巷變形劇烈，表現(xiàn)為底板鼓起和充填體被壓壞等現(xiàn)象，不能滿足下一個(gè)工作面回采時(shí)的通風(fēng)、設(shè)備運(yùn)輸及行人的要求。因此