Y型通風(fēng)技術(shù)煤炭學(xué)會稿1

1、1低透氣性煤層群無煤柱煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù)低透氣性煤層群無煤柱煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù) 快速留巷快速留巷Y型通風(fēng)瓦斯治理技術(shù)型通風(fēng)瓦斯治理技術(shù)煤礦瓦斯治理國家工程研究中心綜合辦 薛俊華 總工程師20082008年年4 4月月1111日日2一、研究背景一、研究背景二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容三、主要研究成果三、主要研究成果四、社會技術(shù)經(jīng)濟效益四、社會技術(shù)經(jīng)濟效益五、工業(yè)性試驗五、工業(yè)性試驗提提 綱綱研究背景研究背景1 14研究背景研究背景1 1淮南煤田屬華北石炭淮南煤田屬華北石炭二疊系含煤區(qū)，煤層厚度穩(wěn)定，煤質(zhì)二疊系含煤區(qū)，煤層厚度穩(wěn)定，煤質(zhì)優(yōu)良（主要開采煤層含硫量多在優(yōu)良（主要開采煤層含硫量多在1%1

2、%以下），以下），-1500m-1500m以淺探明煤炭以淺探明煤炭資源量資源量500500億噸，占東部煤礦區(qū)煤炭儲量的億噸，占東部煤礦區(qū)煤炭儲量的5050，占安徽省煤炭儲量，占安徽省煤炭儲量的的7474。20042004年以來，淮南礦區(qū)出現(xiàn)明顯的深部工程現(xiàn)象，年以來，淮南礦區(qū)出現(xiàn)明顯的深部工程現(xiàn)象，1515對礦井全對礦井全部為煤與瓦斯突出礦井。除部為煤與瓦斯突出礦井。除2 2對資源枯竭礦井外，對資源枯竭礦井外，1313對礦井均進入對礦井均進入-700m-700m開采水平。礦區(qū)平均采深開采水平。礦區(qū)平均采深750m750m，整體進入深部開采。，整體進入深部開采?；茨系V區(qū)特點淮南礦區(qū)特點5研究背景

3、研究背景1 1l 埋藏深（埋藏深（400 400 1500 m1500 m）l 高瓦斯煤層群（高瓦斯煤層群（ 815815層可采煤層）層可采煤層）l 煤層瓦斯含量高（煤層瓦斯含量高（121226m26m3 3/t /t）l 極松軟（堅固性系數(shù)極松軟（堅固性系數(shù) f f 為為0.20.20.80.8）l 透氣性低（滲透率為透氣性低（滲透率為0.001mD0.001mD）l 瓦斯壓力大（高達瓦斯壓力大（高達6MPa6MPa）C 13B 11 B8 B7B6B4A3A1A170m 70m 70m 60m 煤層群柱狀圖煤層群柱狀圖C 14C C組煤組煤B B組煤組煤A A組煤組煤淮南煤層群開采特征淮南

4、煤層群開采特征淮南礦區(qū)深部開采特點淮南礦區(qū)深部開采特點l 礦區(qū)礦區(qū)-700m-700m以下儲量占礦區(qū)總儲量的以下儲量占礦區(qū)總儲量的2/32/3l 瓦斯壓力梯度：瓦斯壓力梯度：2MPa/hm2MPa/hml 含量梯度含量梯度(13(13槽槽):4.61m):4.61m3 3/(thm)/(thm)l 最大主應(yīng)力梯度：最大主應(yīng)力梯度：2.83MPa/hm2.83MPa/hml 溫度梯度：溫度梯度：3.14 /hm3.14 /hml 每年瓦斯涌出量增加：每年瓦斯涌出量增加：100 m100 m3 3/min/min6研究背景研究背景1 1l 煤層瓦斯含量和壓力顯著增加，瓦斯涌出量增大；瓦斯升級，突煤

5、層瓦斯含量和壓力顯著增加，瓦斯涌出量增大；瓦斯升級，突出危險性增加；安全開采威脅劇增。出危險性增加；安全開采威脅劇增?；茨系V區(qū)深部開采面臨的難題淮南礦區(qū)深部開采面臨的難題n 瓦斯問題瓦斯問題l 淮南礦區(qū)淺部形成的成熟卸壓開采抽采瓦斯方法淮南礦區(qū)淺部形成的成熟卸壓開采抽采瓦斯方法( (巷道巷道+ +鉆孔法鉆孔法) )在在深部應(yīng)用面臨巨大困難深部應(yīng)用面臨巨大困難: :抽采瓦斯專用巖巷（抽采瓦斯專用巖巷（2323條）工程量大、條）工程量大、實施困難、采場接替緊張、綜合效益差。實施困難、采場接替緊張、綜合效益差。l 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的U U型通風(fēng)方式無法解決深部高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯型通風(fēng)方式無法解決深

6、部高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯積聚問題，安全隱患巨大，封堵工程量大，綜采機械化能力不能積聚問題，安全隱患巨大，封堵工程量大，綜采機械化能力不能充分發(fā)揮；采區(qū)內(nèi)區(qū)段跳采造成系統(tǒng)復(fù)雜、安全可靠性差。充分發(fā)揮；采區(qū)內(nèi)區(qū)段跳采造成系統(tǒng)復(fù)雜、安全可靠性差。7研究背景研究背景1 1l 地面鉆井抽采原始煤層氣難以實現(xiàn)地面鉆井抽采原始煤層氣難以實現(xiàn): : 技術(shù)上難以實現(xiàn)：技術(shù)上難以實現(xiàn)：美國德士古公司和安然等公司美國德士古公司和安然等公司9090年代以來在兩年代以來在兩淮地區(qū)施工淮地區(qū)施工1414口地面鉆井抽采煤層氣均告失??；目前低滲透率、口地面鉆井抽采煤層氣均告失??；目前低滲透率、高地應(yīng)力條件煤層氣鉆井開采技

7、術(shù)沒有解決。高地應(yīng)力條件煤層氣鉆井開采技術(shù)沒有解決。 試驗開采井經(jīng)濟上不可行：試驗開采井經(jīng)濟上不可行：單井投資單井投資800800萬元，單井最大采氣量萬元，單井最大采氣量42392m42392m3 3，日采氣量，日采氣量200200300m300m3 3，且迅速衰減，有的基本采不出，且迅速衰減，有的基本采不出氣，毫無商業(yè)開采價值。氣，毫無商業(yè)開采價值。淮南礦區(qū)深部開采面臨的難題淮南礦區(qū)深部開采面臨的難題n 瓦斯問題瓦斯問題8研究背景研究背景1 1l地面鉆井抽采原始煤層氣難以實現(xiàn)地面鉆井抽采原始煤層氣難以實現(xiàn): :煤礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件不支持煤層氣單獨開采：煤礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件不支持煤層氣單獨開采：以

8、瓦斯和煤炭以瓦斯和煤炭的能量密度和經(jīng)濟價值可以表明：以轉(zhuǎn)化為電力為例，的能量密度和經(jīng)濟價值可以表明：以轉(zhuǎn)化為電力為例，1m1m3 3瓦斯瓦斯發(fā)電發(fā)電3kwh3kwh，1t1t煤可發(fā)電煤可發(fā)電3300 kwh3300 kwh，以淮南噸煤瓦斯含量，以淮南噸煤瓦斯含量26m26m3 3計計算：噸煤所含瓦斯能量僅是煤炭的算：噸煤所含瓦斯能量僅是煤炭的2.6%2.6%?；茨厦簩油咚购扛哌_淮南煤層瓦斯含量高達26m26m3 3/t /t，僅依靠傳統(tǒng)鉆孔預(yù)抽要抽采，僅依靠傳統(tǒng)鉆孔預(yù)抽要抽采到到8m8m3 3/t /t以下，需以下，需10201020年，開采周期長，產(chǎn)量不穩(wěn)定，不能滿足年，開采周期長，產(chǎn)量不

9、穩(wěn)定，不能滿足國家經(jīng)濟社會發(fā)展的能源需求。國家經(jīng)濟社會發(fā)展的能源需求。低透氣性煤層只有走井下卸壓開采、煤氣共采之路低透氣性煤層只有走井下卸壓開采、煤氣共采之路! !淮南礦區(qū)深部開采面臨的難題淮南礦區(qū)深部開采面臨的難題n 瓦斯問題瓦斯問題9研究背景研究背景1 1l 強烈的采動影響，超前壓力對巷道圍巖的破壞巨大；單一錨桿強烈的采動影響，超前壓力對巷道圍巖的破壞巨大；單一錨桿支護很難，德國、波蘭等歐洲國家采取的是支護很難，德國、波蘭等歐洲國家采取的是U U型鋼支架壁后充填型鋼支架壁后充填復(fù)合支護，綜采工作面月產(chǎn)復(fù)合支護，綜采工作面月產(chǎn)10151015萬噸，成本高達萬噸，成本高達10001200100

10、01200元元/ /噸。噸。l 淮南礦區(qū)進入淮南礦區(qū)進入-700m-700m以下，巖石的流變性表現(xiàn)明顯，圍巖的自以下，巖石的流變性表現(xiàn)明顯，圍巖的自穩(wěn)性能進一步減弱、變形顯著，巷道支護困難。穩(wěn)性能進一步減弱、變形顯著，巷道支護困難。l U U型通風(fēng)開采模式，形成跳采小煤柱、雙沿空孤島工作面，巷道型通風(fēng)開采模式，形成跳采小煤柱、雙沿空孤島工作面，巷道極難維護。極難維護。n 地壓問題地壓問題淮南礦區(qū)深部開采面臨的難題淮南礦區(qū)深部開采面臨的難題10研究背景研究背景1 1l 原巖溫度越來越高，地溫問題越顯突出；原巖溫度越來越高，地溫問題越顯突出；l 垂深垂深500m500m巖石的平均地溫在巖石的平均地

11、溫在3131以上，進入一級高溫區(qū)；以上，進入一級高溫區(qū)；l 垂深垂深700m700m地溫在地溫在3737左右，進入二級高溫區(qū)；左右，進入二級高溫區(qū)；l 垂深垂深800m800m巖地溫達巖地溫達4040；l 工作面夏季溫度工作面夏季溫度343436.5 36.5 ，上隅角及回風(fēng)巷由于采空區(qū)氧化熱，上隅角及回風(fēng)巷由于采空區(qū)氧化熱的集中釋放，溫度高達的集中釋放，溫度高達38.5 38.5 ，職工無法工作，常有中暑昏厥現(xiàn)象，職工無法工作，常有中暑昏厥現(xiàn)象，生產(chǎn)效率低下。生產(chǎn)效率低下。l 機械降溫能耗高，效果不明顯。機械降溫能耗高，效果不明顯。n 地溫問題地溫問題淮南礦區(qū)深部開采面臨的難題淮南礦區(qū)深部開

12、采面臨的難題11研究背景研究背景1 1l 9090年代淮南礦區(qū)曾在潘一、潘二、謝一等礦采用高水巷旁充填年代淮南礦區(qū)曾在潘一、潘二、謝一等礦采用高水巷旁充填材料進行了沿空留巷開采試驗材料進行了沿空留巷開采試驗, , 因材料的強度和性能不能滿足留因材料的強度和性能不能滿足留巷的要求，而告失敗。巷的要求，而告失敗。l 20042004年國內(nèi)外調(diào)研后提出煤層群采用無煤柱快速留巷年國內(nèi)外調(diào)研后提出煤層群采用無煤柱快速留巷Y Y型通風(fēng)型通風(fēng)煤氣共采研究課題，煤氣共采研究課題，0505年完成實驗室模擬、相關(guān)材料、系統(tǒng)設(shè)年完成實驗室模擬、相關(guān)材料、系統(tǒng)設(shè)計研究、計研究、0606年開始先后在新莊孜礦和顧橋礦進行

13、工業(yè)性試驗，年開始先后在新莊孜礦和顧橋礦進行工業(yè)性試驗，0707年底通過行業(yè)鑒定。年底通過行業(yè)鑒定。提出低透氣性煤層群采用無煤柱煤與瓦斯氣共采研究提出低透氣性煤層群采用無煤柱煤與瓦斯氣共采研究12研究背景研究背景1 1研究的技術(shù)路線研究的技術(shù)路線沿空留巷沿空留巷?采場覆巖移動、裂隙演化規(guī)律采場覆巖移動、裂隙演化規(guī)律留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律留巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律充填材料及工藝系統(tǒng)充填材料及工藝系統(tǒng)卸壓煤層氣卸壓煤層氣(瓦斯瓦斯)運移規(guī)律運移規(guī)律抽采卸壓煤層氣抽采卸壓煤層氣?理論理論模擬模擬試驗試驗煤氣共采煤氣共采! 將開采高瓦斯、高地壓、低透氣性煤層群的技術(shù)難題統(tǒng)將開采高瓦斯、高地壓、低透氣性煤層群的技術(shù)難題

14、統(tǒng)一起來考慮，提出基于綜采工作面沿空留巷一起來考慮，提出基于綜采工作面沿空留巷Y Y型通風(fēng)卸壓開型通風(fēng)卸壓開采抽采煤層氣的煤氣共采技術(shù)新思路、新方法采抽采煤層氣的煤氣共采技術(shù)新思路、新方法13研究背景研究背景1 1模擬演示模擬演示研究內(nèi)容研究內(nèi)容2 卸壓開采覆巖移動卸壓開采覆巖移動及采動裂隙演化規(guī)律及采動裂隙演化規(guī)律 2.116煤層群卸壓開采采場巖層運動基本特征煤層群卸壓開采采場巖層運動基本特征冒落帶冒落帶: : 頂板最大冒落帶高度頂板最大冒落帶高度13.6 m13.6 m，為采高，為采高4 4倍，巖石垮落不規(guī)則。倍，巖石垮落不規(guī)則。裂隙帶：裂隙帶：發(fā)育高度約為采高的發(fā)育高度約為采高的17.2

15、17.2倍，在采空側(cè)下位頂板裂隙明顯，倍，在采空側(cè)下位頂板裂隙明顯， 0 058.7m58.7m范圍內(nèi)裂隙互相溝通，范圍內(nèi)裂隙互相溝通，58.7m58.7m以上頂板巖層也有裂隙發(fā)育，以上頂板巖層也有裂隙發(fā)育，但互相不溝通；裂隙呈偏向采空區(qū)方向但互相不溝通；裂隙呈偏向采空區(qū)方向50505555左右向上發(fā)育。左右向上發(fā)育。彎曲下沉帶：彎曲下沉帶：位于裂隙帶之上，采動裂隙與下部采空區(qū)未溝通。位于裂隙帶之上，采動裂隙與下部采空區(qū)未溝通。卸壓開采覆巖移動及采動裂隙演化規(guī)律卸壓開采覆巖移動及采動裂隙演化規(guī)律 2.12.117走向走向傾向傾向l 移動盆地與采空區(qū)不對稱移動盆地與采空區(qū)不對稱l 傾斜方向，工作

16、面上邊界的盆地邊緣比下邊界陡傾斜方向，工作面上邊界的盆地邊緣比下邊界陡l 工作面上邊界上方的底板移動盆地的拐點偏向采空區(qū)內(nèi)側(cè)工作面上邊界上方的底板移動盆地的拐點偏向采空區(qū)內(nèi)側(cè)l 下邊界上方的底板移動盆地的拐點偏向采空區(qū)外側(cè)下邊界上方的底板移動盆地的拐點偏向采空區(qū)外側(cè)卸壓煤層移動盆地的特征卸壓煤層移動盆地的特征卸壓開采覆巖移動及采動裂隙演化規(guī)律卸壓開采覆巖移動及采動裂隙演化規(guī)律 2.12.118l 左側(cè)頂板斷裂角為左側(cè)頂板斷裂角為5050，采動邊界影響角為，采動邊界影響角為110110；右側(cè)頂板斷裂；右側(cè)頂板斷裂角為角為4545，采動邊界影響角為，采動邊界影響角為106106。l 楔形區(qū)內(nèi)頂板巖

17、層產(chǎn)生卸壓膨脹變形。楔形區(qū)內(nèi)頂板巖層產(chǎn)生卸壓膨脹變形。l 左、右側(cè)底板卸壓區(qū)發(fā)育范圍以左、右側(cè)底板卸壓區(qū)發(fā)育范圍以5555、 6060偏向采空區(qū)內(nèi)。偏向采空區(qū)內(nèi)。采空側(cè)頂?shù)装鍛?yīng)力分布采空側(cè)頂?shù)装鍛?yīng)力分布卸壓開采覆巖移動及采動裂隙演化規(guī)律卸壓開采覆巖移動及采動裂隙演化規(guī)律 2.12.119 采空側(cè)頂板應(yīng)力分采空側(cè)頂板應(yīng)力分布分為布分為增壓區(qū)、卸壓增壓區(qū)、卸壓區(qū)、卸壓穩(wěn)定區(qū)區(qū)、卸壓穩(wěn)定區(qū)。 采空側(cè)頂板裂隙發(fā)采空側(cè)頂板裂隙發(fā)育呈豎向偏向采空區(qū)育呈豎向偏向采空區(qū)發(fā)展，發(fā)展，右邊界以右邊界以5050左右，左邊界為采動左右，左邊界為采動影響邊界線，與煤層影響邊界線，與煤層底板夾角為底板夾角為110110左

18、右。左右。采空側(cè)豎向裂隙發(fā)育區(qū)采空側(cè)豎向裂隙發(fā)育區(qū)卸壓開采覆巖移動及采動裂隙演化規(guī)律卸壓開采覆巖移動及采動裂隙演化規(guī)律 2.12.1201 1采空區(qū)側(cè)頂板環(huán)型區(qū)采空區(qū)側(cè)頂板環(huán)型區(qū)：離層裂：離層裂隙和豎向破斷裂隙發(fā)育，采空區(qū)隙和豎向破斷裂隙發(fā)育，采空區(qū)瓦斯富集區(qū)。瓦斯富集區(qū)。2-2-裂隙帶內(nèi)豎向裂隙發(fā)育區(qū)裂隙帶內(nèi)豎向裂隙發(fā)育區(qū): : 豎向豎向破斷裂隙發(fā)育，并與下部環(huán)型裂破斷裂隙發(fā)育，并與下部環(huán)型裂隙發(fā)育區(qū)連通，為圍巖卸壓瓦斯隙發(fā)育區(qū)連通，為圍巖卸壓瓦斯和采空區(qū)瓦斯的儲集場所，左邊和采空區(qū)瓦斯的儲集場所，左邊界角為采動卸壓角，右邊界為頂界角為采動卸壓角，右邊界為頂板巖層斷裂角。板巖層斷裂角。3-3

19、-遠程卸壓煤層裂隙發(fā)育區(qū)遠程卸壓煤層裂隙發(fā)育區(qū): : 卸壓卸壓煤層膨脹變形，以離層裂隙為主，煤層膨脹變形，以離層裂隙為主，煤層透氣性顯著增加，為遠程卸煤層透氣性顯著增加，為遠程卸壓煤層氣抽采提供了良好的通道。壓煤層氣抽采提供了良好的通道。卸壓開采覆巖移動及采動裂隙演化規(guī)律卸壓開采覆巖移動及采動裂隙演化規(guī)律 2.12.1采動裂隙分區(qū)模型采動裂隙分區(qū)模型采動裂隙分區(qū)，為卸壓煤層氣抽采動裂隙分區(qū)，為卸壓煤層氣抽采鉆孔的布置提供理論依據(jù)采鉆孔的布置提供理論依據(jù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)定性分析及控制技術(shù)2.2德國專家多次井下考察顧橋礦后，建言：德國專家多次井下考察顧橋礦后，

20、建言：“在顧橋在顧橋目前條件下，采用錨桿支護進行沿空留巷，德國沒目前條件下，采用錨桿支護進行沿空留巷，德國沒有先例，不可能成功有先例，不可能成功!”!”22礦區(qū)深井煤巷礦區(qū)深井煤巷U U型鋼支護型鋼支護超前采動時的維護狀況超前采動時的維護狀況鄰近工作面采動后小煤柱鄰近工作面采動后小煤柱巷道錨桿支護坍塌狀況巷道錨桿支護坍塌狀況n 礦區(qū)深井煤巷支護現(xiàn)狀礦區(qū)深井煤巷支護現(xiàn)狀沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.223巷道圍巖的穩(wěn)定性主要取決于圍巖強度、應(yīng)力狀況及支護與圍巖巷道圍巖的穩(wěn)定性主要取決于圍巖強度、應(yīng)力狀況及支護與圍巖的相互作用。沿空留巷圍巖應(yīng)力狀

21、態(tài)不能簡單地描述為低值應(yīng)力區(qū)，的相互作用。沿空留巷圍巖應(yīng)力狀態(tài)不能簡單地描述為低值應(yīng)力區(qū)，實際上其圍巖賦存狀況和應(yīng)力狀態(tài)明顯不同于其它煤巷，并從根本上實際上其圍巖賦存狀況和應(yīng)力狀態(tài)明顯不同于其它煤巷，并從根本上決定著留巷圍巖的穩(wěn)定性。決定著留巷圍巖的穩(wěn)定性。s，m沿空留巷圍巖變形速度基本特征全過程曲線v,mm/d第第階段：掘進及掘后穩(wěn)定階段階段：掘進及掘后穩(wěn)定階段第第階段：應(yīng)力調(diào)整階段階段：應(yīng)力調(diào)整階段第第階段：采空區(qū)穩(wěn)定后的階段階段：采空區(qū)穩(wěn)定后的階段n 綜采工作面沿空留巷合理的巷內(nèi)支護形式？綜采工作面沿空留巷合理的巷內(nèi)支護形式？沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

22、及控制技術(shù)2.22.224沿空留巷技術(shù)成功的關(guān)鍵是沿空留巷技術(shù)成功的關(guān)鍵是保證頂板沿充填體外側(cè)切頂斷裂、保證頂板沿充填體外側(cè)切頂斷裂、控制充填體上方頂板的完整性及控制充填體上方頂板的完整性及煤幫強烈位移。煤幫強烈位移。沿空留巷老頂破斷的基本形態(tài)沿空留巷老頂破斷的基本形態(tài)初次和周期來壓時初次和周期來壓時結(jié)構(gòu)塊結(jié)構(gòu)塊2 2、3 3的運動狀況的運動狀況直接影響沿空留巷的穩(wěn)定直接影響沿空留巷的穩(wěn)定狀況。充填體很難阻止結(jié)狀況。充填體很難阻止結(jié)構(gòu)塊構(gòu)塊3 3的旋轉(zhuǎn)下沉。的旋轉(zhuǎn)下沉。2.2.12.2.1沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析11151115（1 1）采空側(cè)頂板垮冒物理模擬）采空

23、側(cè)頂板垮冒物理模擬沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.22525剖面：采前巷道；剖面：采前巷道；剖面，工作面推過，外層頂板巖剖面，工作面推過，外層頂板巖體破斷、回轉(zhuǎn)并下沉；體破斷、回轉(zhuǎn)并下沉；剖面：巖體剖面：巖體B B觸矸，形成巷道外層觸矸，形成巷道外層自穩(wěn)自穩(wěn)三角板三角板結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。n外層自穩(wěn)三角板大結(jié)構(gòu)的形成過程外層自穩(wěn)三角板大結(jié)構(gòu)的形成過程2.2.12.2.1沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.226剖面：掘進期間支護形式；剖面：掘進期間支護形式

24、；剖面：隨外層巖體運動，回轉(zhuǎn)剖面：隨外層巖體運動，回轉(zhuǎn)擠壓、受剪切破壞；擠壓、受剪切破壞；剖面：外層自穩(wěn)結(jié)構(gòu)保護下的剖面：外層自穩(wěn)結(jié)構(gòu)保護下的內(nèi)層支護圍巖結(jié)構(gòu)。內(nèi)層支護圍巖結(jié)構(gòu)。n內(nèi)層人工支護圍巖小結(jié)構(gòu)內(nèi)層人工支護圍巖小結(jié)構(gòu)2.2.12.2.1沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.227沿空留巷內(nèi)外層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：沿空留巷內(nèi)外層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：外層自穩(wěn)三角板大結(jié)構(gòu)：外層自穩(wěn)三角板大結(jié)構(gòu)：基本頂破斷、回轉(zhuǎn)運動，形成基本頂破斷、回轉(zhuǎn)運動，形成穩(wěn)定的三角板結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定主要受直接頂?shù)暮穸群蛶r性穩(wěn)定的三角板結(jié)構(gòu)，其

25、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定主要受直接頂?shù)暮穸群蛶r性影響，與是否留巷關(guān)系不大。影響，與是否留巷關(guān)系不大。內(nèi)層圍巖支護小結(jié)構(gòu)：內(nèi)層圍巖支護小結(jié)構(gòu)：巷內(nèi)支護、巷旁充填墻體、巷內(nèi)巷內(nèi)支護、巷旁充填墻體、巷內(nèi)輔助加強支護構(gòu)成沿空留巷圍巖支護小結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性取決輔助加強支護構(gòu)成沿空留巷圍巖支護小結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性取決于外層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的力學(xué)環(huán)境和巷道支護結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。于外層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的力學(xué)環(huán)境和巷道支護結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。大結(jié)構(gòu)具有決定性作用，小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定對大結(jié)構(gòu)也有影響。大結(jié)構(gòu)具有決定性作用，小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定對大結(jié)構(gòu)也有影響。2.2.12.2.1沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖

26、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.228大結(jié)構(gòu)形成過程中的回轉(zhuǎn)、下沉決定了小結(jié)構(gòu)的礦壓顯現(xiàn)程大結(jié)構(gòu)形成過程中的回轉(zhuǎn)、下沉決定了小結(jié)構(gòu)的礦壓顯現(xiàn)程度，包括直接頂?shù)目辜艉妥冃?、充填墻體的載荷等。度，包括直接頂?shù)目辜艉妥冃?、充填墻體的載荷等。反過來，小結(jié)構(gòu)對大結(jié)構(gòu)也有影響，增加了直接頂?shù)膽翼旈L反過來，小結(jié)構(gòu)對大結(jié)構(gòu)也有影響，增加了直接頂?shù)膽翼旈L度，進而影響大結(jié)構(gòu)位態(tài)變化。度，進而影響大結(jié)構(gòu)位態(tài)變化。n內(nèi)外層結(jié)構(gòu)的相互作用內(nèi)外層結(jié)構(gòu)的相互作用2.2.12.2.1沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.2292

27、9n外層結(jié)構(gòu)關(guān)鍵塊參數(shù)的理論分析外層結(jié)構(gòu)關(guān)鍵塊參數(shù)的理論分析關(guān)鍵塊關(guān)鍵塊B側(cè)向斷裂跨度側(cè)向斷裂跨度：計算模型計算模型Sd=(M+T)IKm(I)H1(K11) 關(guān)鍵塊關(guān)鍵塊B B在采空觸矸處的給定下沉量：在采空觸矸處的給定下沉量：2.2.12.2.1沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析充填墻體的支護荷載充填墻體的支護荷載：aMMMP/)(321 因此，充填墻體需適應(yīng)關(guān)鍵塊回轉(zhuǎn)下沉，保持穩(wěn)定，因此，充填墻體需適應(yīng)關(guān)鍵塊回轉(zhuǎn)下沉，保持穩(wěn)定，必須具有一定的可縮性和承載強度。必須具有一定的可縮性和承載強度。沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22

28、.2SLSLLl101021017223030 頂板支護結(jié)構(gòu)必須具有較強的抗剪切能力，適應(yīng)關(guān)鍵頂板支護結(jié)構(gòu)必須具有較強的抗剪切能力，適應(yīng)關(guān)鍵塊塊B B下沉回轉(zhuǎn)過程中下位巖層的回轉(zhuǎn)和破斷。下沉回轉(zhuǎn)過程中下位巖層的回轉(zhuǎn)和破斷。2.2.12.2.1沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析n頂板巖層旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)判別頂板巖層旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)判別沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.2Kc 1，巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)；Kc 1，巖層結(jié)構(gòu)不發(fā)生旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)。cccRKmaxn頂板巖層滑落失穩(wěn)判別頂板巖層滑落失穩(wěn)判別smaxRK當(dāng)K 1，結(jié)構(gòu)滑落失穩(wěn)；K 1時，結(jié)構(gòu)不滑落

29、失穩(wěn)。巷道頂部巖層力學(xué)計算模型31FLACFLAC3D3D數(shù)值模型數(shù)值模型 以顧橋礦以顧橋礦1115(1)1115(1)軌道沿空軌道沿空留 巷 為 工 程 背 景 ， 采 用留 巷 為 工 程 背 景 ， 采 用FLAC3DFLAC3D分析研究。模型尺寸分析研究。模型尺寸（長（長寬寬高）高）: : 200m200m200m200m95m 95m ，采用莫，采用莫爾爾- -庫侖（庫侖（Mohr-CoulombMohr-Coulomb）屈）屈服準(zhǔn)則。服準(zhǔn)則。巖層巖層密度密度/kg/m3體積模量體積模量/Gpa剪切模量剪切模量/Gpa 內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角/( () )粘聚力粘聚力/Mpa砂質(zhì)泥巖砂質(zhì)泥

30、巖22003.02.2321.2泥巖泥巖22002.51.6301.0煤層煤層16002.01.2300.8中砂巖中砂巖27004.83.6351.6細(xì)砂巖細(xì)砂巖27005.24.2382.0數(shù)值模擬研究中的巖層力學(xué)參數(shù)數(shù)值模擬研究中的巖層力學(xué)參數(shù)n 三維數(shù)值模擬研究三維數(shù)值模擬研究2.2.1 2.2.1 沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.232巷道開挖結(jié)束后頂板巷道開挖結(jié)束后頂板垂直應(yīng)力分布垂直應(yīng)力分布n 數(shù)值模擬結(jié)果分析數(shù)值模擬結(jié)果分析2.2.2 2.2.2 沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷巷內(nèi)

31、支護方式選擇巷道掘進過程中，巷道兩幫煤體和前方形成應(yīng)力集中；巷道掘進過程中，巷道兩幫煤體和前方形成應(yīng)力集中；在兩幫煤體內(nèi)應(yīng)力集中影響范圍約在兩幫煤體內(nèi)應(yīng)力集中影響范圍約151520m20m，支承壓力峰值位置，支承壓力峰值位置巷道兩幫實體煤中巷道兩幫實體煤中8 810m10m；在巷道前方煤體內(nèi)應(yīng)力集中影響范圍約在巷道前方煤體內(nèi)應(yīng)力集中影響范圍約202025m25m，支承壓力峰值，支承壓力峰值位置距巷道迎頭位置距巷道迎頭5m5m。沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.233a a. .直接頂垂直應(yīng)力直接頂垂直應(yīng)力n 巷道頂板垂直應(yīng)力分布狀態(tài)及特點巷道頂板

32、垂直應(yīng)力分布狀態(tài)及特點超前采動壓力引起巷道兩側(cè)垂直應(yīng)力升高，隨頂板層位向上，應(yīng)超前采動壓力引起巷道兩側(cè)垂直應(yīng)力升高，隨頂板層位向上，應(yīng)力增加幅度相應(yīng)減??；力增加幅度相應(yīng)減?。粶蟛蓜訅毫?dǎo)致實體煤一側(cè)垂直應(yīng)力增高，且比超前采動壓力滯后采動壓力導(dǎo)致實體煤一側(cè)垂直應(yīng)力增高，且比超前采動壓力更強烈?；夭珊蠊ぷ髅骓敯宕怪睉?yīng)力降低，隨層位依次向上，應(yīng)力相更強烈。回采后工作面頂板垂直應(yīng)力降低，隨層位依次向上，應(yīng)力相應(yīng)增加。應(yīng)增加。b b. .老頂垂直應(yīng)力老頂垂直應(yīng)力c c. .老頂上方泥巖垂直應(yīng)力老頂上方泥巖垂直應(yīng)力2.2.2 2.2.2 沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)

33、定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.234 工作面開采工作面開采50m50m時頂板垂直應(yīng)力分布狀況時頂板垂直應(yīng)力分布狀況n 巷道頂板垂直應(yīng)力分布狀態(tài)及特點巷道頂板垂直應(yīng)力分布狀態(tài)及特點2.2.2 2.2.2 沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.235n 巷道頂板剪切應(yīng)力分布狀態(tài)及特點巷道頂板剪切應(yīng)力分布狀態(tài)及特點a a. .直接頂剪切應(yīng)力直接頂剪切應(yīng)力b b. .老頂剪切應(yīng)力老頂剪切應(yīng)力c c. .老頂上方泥巖剪切應(yīng)力老頂上方泥巖剪切應(yīng)力頂板剪切應(yīng)力隨工作面推進逐步增大，然

34、后又趨向降低，穩(wěn)定后頂板剪切應(yīng)力隨工作面推進逐步增大，然后又趨向降低，穩(wěn)定后為零。頂板層位的依次向上，剪切應(yīng)力峰值逐漸降低。為零。頂板層位的依次向上，剪切應(yīng)力峰值逐漸降低。2.2.2 2.2.2 沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.236充填體上方垂直應(yīng)力分布充填體上方垂直應(yīng)力分布n 充填墻體上方應(yīng)力分布狀態(tài)及特點充填墻體上方應(yīng)力分布狀態(tài)及特點充填體上方剪切應(yīng)力分布充填體上方剪切應(yīng)力分布工作面開采后及時充填，初期充填體上方垂直應(yīng)力較低，隨著工作面開采后及時充填，初期充填體上方垂直應(yīng)力較低，隨著老頂破斷

35、、頂板回轉(zhuǎn)下沉，垂直應(yīng)力普遍提高，老頂破斷、頂板回轉(zhuǎn)下沉，垂直應(yīng)力普遍提高，40m40m處垂直應(yīng)力達處垂直應(yīng)力達到最大值。到最大值。工作面前方剪切應(yīng)力隨回采而增大，影響范圍為工作面前方剪切應(yīng)力隨回采而增大，影響范圍為50m50m，剪切應(yīng)，剪切應(yīng)力約力約2 23MPa3MPa，工作面后方，工作面后方40m40m剪切應(yīng)力達到最大值。剪切應(yīng)力達到最大值。2.2.2 2.2.2 沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.2372.2.2 2.2.2 沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷巷內(nèi)支護方式選擇沿空留巷圍巖穩(wěn)定性

36、受制于巷道兩側(cè)垂向和剪切應(yīng)力的劇烈演化沿空留巷圍巖穩(wěn)定性受制于巷道兩側(cè)垂向和剪切應(yīng)力的劇烈演化，不同于其它煤巷的應(yīng)力調(diào)整期，決定著沿空留巷的穩(wěn)定。，不同于其它煤巷的應(yīng)力調(diào)整期，決定著沿空留巷的穩(wěn)定。U U型鋼拱形可縮支架支護體系主要對頂板提供支護，對幫部提供低型鋼拱形可縮支架支護體系主要對頂板提供支護，對幫部提供低的側(cè)向約束，無法適應(yīng)強采動的應(yīng)力環(huán)境和破壞形式，巷道煤幫變形的側(cè)向約束，無法適應(yīng)強采動的應(yīng)力環(huán)境和破壞形式，巷道煤幫變形大，留巷十分困難。大，留巷十分困難。錨桿強化支護體系可以實現(xiàn)及時支護，強化頂板巖層完整性控制錨桿強化支護體系可以實現(xiàn)及時支護，強化頂板巖層完整性控制，可實現(xiàn)平衡頂板

37、壓力和抑制剪切破壞的雙重功能。，可實現(xiàn)平衡頂板壓力和抑制剪切破壞的雙重功能。應(yīng)力調(diào)整期是階段性的、臨時性的，通過輔助加強支護來解決更應(yīng)力調(diào)整期是階段性的、臨時性的，通過輔助加強支護來解決更科學(xué)。科學(xué)。沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.238真三軸巷道模擬試驗臺及其加載系統(tǒng)真三軸巷道模擬試驗臺及其加載系統(tǒng)n 研究方法研究方法2.2.3 2.2.3 錨桿支護頂板結(jié)構(gòu)在強采動條件下的穩(wěn)定性研究錨桿支護頂板結(jié)構(gòu)在強采動條件下的穩(wěn)定性研究采用實驗室平面應(yīng)變模擬方法模擬三種頂板條件錨桿支護頂板結(jié)采用實驗室平面應(yīng)變模擬方法模擬三種頂板條件錨桿支護頂板結(jié)構(gòu)在強采

38、動條件下的穩(wěn)定性。構(gòu)在強采動條件下的穩(wěn)定性。軟弱夾層在頂板錨固區(qū)內(nèi)；軟弱夾層在頂板錨固區(qū)內(nèi)； 軟弱軟弱夾層在頂板錨固區(qū)邊緣；夾層在頂板錨固區(qū)邊緣； 軟弱夾層同時在頂板錨桿錨固區(qū)和錨固軟弱夾層同時在頂板錨桿錨固區(qū)和錨固區(qū)外。區(qū)外。模型尺寸為模型尺寸為10010010010020cm20cm巷道尺寸巷道尺寸2020202020cm20cm，幾何、密度，幾何、密度、應(yīng)力相似常數(shù)分別為、應(yīng)力相似常數(shù)分別為2020、1.51.5和和3030。模擬采深為。模擬采深為800m800m。沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.239a a 巷道布置完畢巷道布置完畢 1

39、 1 1 1 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 3 3 1 1應(yīng)力狀態(tài)下巷道破壞狀況應(yīng)力狀態(tài)下巷道破壞狀況 n 軟弱夾層位于錨桿錨固區(qū)內(nèi)的實驗軟弱夾層位于錨桿錨固區(qū)內(nèi)的實驗頂板圍巖應(yīng)力與層位離層曲線頂板圍巖應(yīng)力與層位離層曲線 軟弱軟弱夾層夾層2.2.3 2.2.3 錨桿支護頂板結(jié)構(gòu)在強采動條件下的穩(wěn)定性研究錨桿支護頂板結(jié)構(gòu)在強采動條件下的穩(wěn)定性研究軟弱夾層位于錨桿錨固區(qū)內(nèi)軟弱夾層位于錨桿錨固區(qū)內(nèi)，在原巖應(yīng)力作用下，巷道能夠保持較高的，在原巖應(yīng)力作用下，巷道能夠保持較高的穩(wěn)定性；穩(wěn)定性；當(dāng)圍巖應(yīng)力達到當(dāng)圍巖應(yīng)力達到2323倍甚至超過倍甚至超過3 3倍原巖應(yīng)力時，巷道仍然保持較高倍原巖應(yīng)力時，巷道仍然保持較高穩(wěn)定

40、性穩(wěn)定性。但加大了頂板表面的位移和軟弱夾層的離層。但加大了頂板表面的位移和軟弱夾層的離層。沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.240a a 巷道布置完畢巷道布置完畢 1 1 1 1 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 3 3 1 1應(yīng)力狀態(tài)下巷道破壞狀況應(yīng)力狀態(tài)下巷道破壞狀況 n 軟弱夾層位于錨桿錨固區(qū)邊緣的實驗軟弱夾層位于錨桿錨固區(qū)邊緣的實驗 頂板圍巖應(yīng)力與層位離層曲線頂板圍巖應(yīng)力與層位離層曲線 軟弱軟弱夾層夾層2.2.3 2.2.3 錨桿支護頂板結(jié)構(gòu)在強采動條件下的穩(wěn)定性研究錨桿支護頂板結(jié)構(gòu)在強采動條件下的穩(wěn)定性研究軟弱夾層位于錨固區(qū)邊緣時，在原巖應(yīng)力作用下，巷

41、道僅發(fā)生微弱片幫軟弱夾層位于錨固區(qū)邊緣時，在原巖應(yīng)力作用下，巷道僅發(fā)生微弱片幫或掉頂現(xiàn)象；或掉頂現(xiàn)象；受到高于受到高于3 3倍原巖應(yīng)力作用時，軟弱夾層處離層明顯，幫部變形倍原巖應(yīng)力作用時，軟弱夾層處離層明顯，幫部變形和底鼓嚴(yán)重，巷道極易進入離層垮冒的失穩(wěn)狀態(tài)和底鼓嚴(yán)重，巷道極易進入離層垮冒的失穩(wěn)狀態(tài)。沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.241a a 巷道布置完畢巷道布置完畢 1 1 1 1 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 3 3 1 1應(yīng)力狀態(tài)巷道破壞狀況應(yīng)力狀態(tài)巷道破壞狀況 n 軟弱夾層位于錨桿錨固區(qū)邊緣及錨固區(qū)外的實驗軟弱夾層位于錨桿錨固區(qū)邊緣及錨固區(qū)外的實

42、驗頂板圍巖應(yīng)力與層位離層曲線頂板圍巖應(yīng)力與層位離層曲線 軟弱軟弱夾層夾層2.2.3 2.2.3 錨桿支護頂板結(jié)構(gòu)在強采動條件下的穩(wěn)定性研究錨桿支護頂板結(jié)構(gòu)在強采動條件下的穩(wěn)定性研究巷道上方含兩層軟弱夾層時，在原巖應(yīng)力狀態(tài)下，巷道保持了較好穩(wěn)定巷道上方含兩層軟弱夾層時，在原巖應(yīng)力狀態(tài)下，巷道保持了較好穩(wěn)定狀態(tài)，頂板和兩幫的整體移近量較大；狀態(tài)，頂板和兩幫的整體移近量較大；當(dāng)圍巖應(yīng)力持續(xù)加載至當(dāng)圍巖應(yīng)力持續(xù)加載至2323倍倍 1 1時，時，直接頂垮冒和片幫范圍非常大，巷道失穩(wěn)明顯。直接頂垮冒和片幫范圍非常大，巷道失穩(wěn)明顯。沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.

43、22.242n 實驗結(jié)果與分析實驗結(jié)果與分析2.2.3 2.2.3 錨桿支護頂板結(jié)構(gòu)在強采動條件下的穩(wěn)定性研究錨桿支護頂板結(jié)構(gòu)在強采動條件下的穩(wěn)定性研究l 采用錨桿支護作為留巷巷內(nèi)基本支護，可以保持掘進及采用錨桿支護作為留巷巷內(nèi)基本支護，可以保持掘進及掘后穩(wěn)定期間的變形階段（掘后穩(wěn)定期間的變形階段（階段）的穩(wěn)定，并有利于階段）的穩(wěn)定，并有利于在留巷前控制巷道圍巖變形，保持圍巖的整體穩(wěn)定性，在留巷前控制巷道圍巖變形，保持圍巖的整體穩(wěn)定性，有利于留巷墻體構(gòu)筑；有利于留巷墻體構(gòu)筑；l 無論巷道頂板軟弱夾層分布為何種形式，在應(yīng)力調(diào)整階無論巷道頂板軟弱夾層分布為何種形式，在應(yīng)力調(diào)整階段（段（ 階段）均需

44、進行錨桿強化控制和巷道支護補強。階段）均需進行錨桿強化控制和巷道支護補強。沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.24311151115（1 1）軌道順槽）軌道順槽桁架支護控制煤幫變形桁架支護控制煤幫變形n 采用錨桿采用錨桿“強化控制技術(shù)強化控制技術(shù)”的巷道實照的巷道實照2.2.4 2.2.4 巷內(nèi)新型錨桿強化支護技術(shù)巷內(nèi)新型錨桿強化支護技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.244巷道超前支護支架示意圖巷道超前支護支架示意圖根據(jù)長壁工作面礦壓顯現(xiàn)和采空側(cè)上覆巖層運動和破斷規(guī)律，根據(jù)長壁工作面礦壓顯現(xiàn)和采空

45、側(cè)上覆巖層運動和破斷規(guī)律，開采對工作面的影響比對固定邊界開采對工作面的影響比對固定邊界( (沿空留巷沿空留巷) )的影響嚴(yán)重得多，沿的影響嚴(yán)重得多，沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)的劇烈程度明顯小于采場中的礦壓顯現(xiàn)程度；類空留巷的礦壓顯現(xiàn)的劇烈程度明顯小于采場中的礦壓顯現(xiàn)程度；類比工作面液壓支架，設(shè)計巷道輔助加強支護。比工作面液壓支架，設(shè)計巷道輔助加強支護。n 超前支護支架補強技術(shù)超前支護支架補強技術(shù)2.2.5 2.2.5 巷內(nèi)輔助加強支護的研制巷內(nèi)輔助加強支護的研制沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.245機尾端頭綜合機械化支護方案機尾端頭綜合機械化支護方案n

46、 超前支護支架的結(jié)構(gòu)及布置形式超前支護支架的結(jié)構(gòu)及布置形式2.2.5 2.2.5 巷內(nèi)輔助加強支護的研制巷內(nèi)輔助加強支護的研制鋼帶 自移式巷道超前支護自移式巷道超前支護支架采用類似液壓支架的支架采用類似液壓支架的結(jié)構(gòu)，由立柱支撐頂梁和結(jié)構(gòu)，由立柱支撐頂梁和底座，用四連桿機構(gòu)增強底座，用四連桿機構(gòu)增強支架的抗扭性。支架的抗扭性。 采用相鄰的前后兩架采用相鄰的前后兩架由伸縮梁和推移千斤頂連由伸縮梁和推移千斤頂連接的方式，對前、后架進接的方式，對前、后架進行相互推拉自移行走。行相互推拉自移行走。沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.246自移式主動強力控頂

47、支架照片自移式主動強力控頂支架照片n 超前支護支架的主要參數(shù)超前支護支架的主要參數(shù)支架型號支架型號ZT24000/18/35使用高度使用高度1.8-3.5m使用高度使用高度2.0-3.3m底座寬度底座寬度0.49m工作阻力工作阻力24000kN初撐力初撐力6180kN支護強度支護強度0.79MPa立柱直徑立柱直徑250160mm支架主要參數(shù)支架主要參數(shù)2.2.5 2.2.5 巷內(nèi)輔助加強支護的研制巷內(nèi)輔助加強支護的研制沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.247n 工作面后方輔助加強支護方式工作面后方輔助加強支護方式工作面前方工作面前方20m20m到

48、后方到后方40m40m，采用巷道超前支架進行支護，工作面，采用巷道超前支架進行支護，工作面后方后方40m40m到到140m140m范圍內(nèi)采用單體支柱加強支護，充填墻體穩(wěn)定后整范圍內(nèi)采用單體支柱加強支護，充填墻體穩(wěn)定后整體內(nèi)移平均體內(nèi)移平均550 mm550 mm，兩幫位移，兩幫位移1400mm1400mm，留巷斷面在，留巷斷面在810m810m2 2。2.2.5 2.2.5 巷內(nèi)輔助加強支護的研制巷內(nèi)輔助加強支護的研制沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)2.22.2快速留巷巷旁充填快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)材料與充填工藝系統(tǒng)2.349快速留巷巷旁充填

49、材料與充填工藝系統(tǒng)快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)2.32.3n CHCT CHCT充填材料組份充填材料組份序號序號成分成分比例比例備注備注1 1水泥水泥10201020質(zhì)質(zhì)量量百百分分比比2 2粉煤灰粉煤灰7407403 3石子石子154015404 4砂砂152515255 5水水103010306 6復(fù)合外加劑復(fù)合外加劑摻量按水泥和粉煤灰摻量按水泥和粉煤灰總質(zhì)量的總質(zhì)量的0.52.0%0.52.0%2.3.1 CHCT2.3.1 CHCT巷旁充填材料研制巷旁充填材料研制50快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)2.32.3l蹋落度蹋落度 1226cm122

50、6cm；l壓力泌水壓力泌水 V10=5065ml V10=5065ml V140=165185ml V140=165185ml l相對壓力泌水率：相對壓力泌水率： 30403040 l最長水平泵送距離：最長水平泵送距離：1.2km1.2kmn 充填材料性能充填材料性能研制完成的研制完成的CHCTCHCT材料具有優(yōu)良的材料具有優(yōu)良的泵送性能、自流平、自密實性能和較高泵送性能、自流平、自密實性能和較高的強度以及適宜的強度發(fā)展速度。的強度以及適宜的強度發(fā)展速度。充填結(jié)束后充填結(jié)束后23h 23h 可脫模；可脫模；5h5h抗壓抗壓強度強度1.82Mpa1.82Mpa； 充填料漿硬化后，其充填料漿硬化后

51、，其1 1、2 2、3 3、7 7、2828天抗壓強度分別可達天抗壓強度分別可達5 5、1010、1212、1515和和28MPa28MPa。2.3.1 CHCT2.3.1 CHCT巷旁充填材料研制巷旁充填材料研制51快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)2.32.3試件的極限壓縮變形可達試件的極限壓縮變形可達1017%1017%，剩余強度可達極限抗壓強，剩余強度可達極限抗壓強度的度的3560%3560%。 測強后試件測強后試件應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線n 良好的可壓縮性和較高的殘余強度良好的可壓縮性和較高的殘余強度2.3.1 CHCT2.3.1 CHCT巷旁充填材

52、料研制巷旁充填材料研制52快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)2.32.3n 工藝流程圖工藝流程圖 2.3.2 2.3.2 快速留巷巷旁充填工藝系統(tǒng)研制快速留巷巷旁充填工藝系統(tǒng)研制干混充填干混充填料制備料制備干混充填干混充填料運輸料運輸干混充填干混充填料上料料上料充填料漿充填料漿制備與泵送制備與泵送充填模板充填模板支護支護料漿入模自料漿入模自流平密實流平密實拆模拆模53快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)2.32.3建立了干混充填材料專門生產(chǎn)線，整套生產(chǎn)線由上料系統(tǒng)、篩分建立了干混充填材料專門生產(chǎn)線，整套生產(chǎn)線由上料系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)

53、、烘干系統(tǒng)、原料倉及配送系統(tǒng)、攪拌混合系統(tǒng)、包裝入庫系統(tǒng)構(gòu)系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、原料倉及配送系統(tǒng)、攪拌混合系統(tǒng)、包裝入庫系統(tǒng)構(gòu)成。成。n CHCT CHCT充填材料干混料制備系統(tǒng)充填材料干混料制備系統(tǒng)2.3.2 2.3.2 快速留巷巷旁充填工藝系統(tǒng)研制快速留巷巷旁充填工藝系統(tǒng)研制CHCTCHCT充填材料生產(chǎn)廠充填材料生產(chǎn)廠 54快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)2.32.3 在充填泵附近鋪設(shè)專用鐵軌，充填材料在井上采用裝料車在充填泵附近鋪設(shè)專用鐵軌，充填材料在井上采用裝料車一次性灌入自帶卸料螺桿的全封閉式集裝料箱，沿專用鐵軌進入一次性灌入自帶卸料螺桿的全封閉式集裝料

54、箱，沿專用鐵軌進入充填站，經(jīng)上料系統(tǒng)對充填泵供料。充填站，經(jīng)上料系統(tǒng)對充填泵供料。n CHCT CHCT充填材料的輸送系統(tǒng)充填材料的輸送系統(tǒng) 2.3.2 2.3.2 快速留巷巷旁充填工藝系統(tǒng)研制快速留巷巷旁充填工藝系統(tǒng)研制55快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)2.32.3模板、支架一體化，機械立模，能保證沿空留巷巷旁充填墻體模板、支架一體化，機械立模，能保證沿空留巷巷旁充填墻體緊隨工作面及時快速構(gòu)筑。緊隨工作面及時快速構(gòu)筑。 n自主研制了強支撐自移模板液壓充填支架自主研制了強支撐自移模板液壓充填支架2.3.2 2.3.2 快速留巷巷旁充填工藝系統(tǒng)研制快速留巷巷

55、旁充填工藝系統(tǒng)研制56快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)快速留巷巷旁充填材料與充填工藝系統(tǒng)2.32.32.3.3 2.3.3 小小 結(jié)結(jié)l 研究制備的研究制備的CHCTCHCT充填材料，具有早強、高增阻、高強力學(xué)特充填材料，具有早強、高增阻、高強力學(xué)特性，且可適應(yīng)井下高程變化遠距離泵送施工，入模后自流平、性，且可適應(yīng)井下高程變化遠距離泵送施工，入模后自流平、自密實；自密實； l 研究設(shè)計的快速構(gòu)筑充填墻體工藝系統(tǒng)，自動上料集裝箱輸送研究設(shè)計的快速構(gòu)筑充填墻體工藝系統(tǒng)，自動上料集裝箱輸送系統(tǒng)，機械化程度高，能保證沿空留巷巷旁充填墻體緊隨工作系統(tǒng)，機械化程度高，能保證沿空留巷巷旁充填墻體緊隨工作面

56、及時快速構(gòu)筑；面及時快速構(gòu)筑；l 研究設(shè)計的巷旁充填模板支架，是聯(lián)系墻體充填和工作面采煤研究設(shè)計的巷旁充填模板支架，是聯(lián)系墻體充填和工作面采煤的紐帶，同時兼顧了采煤生產(chǎn)和充填作業(yè)，實現(xiàn)了安全高效生的紐帶，同時兼顧了采煤生產(chǎn)和充填作業(yè)，實現(xiàn)了安全高效生產(chǎn)條件下的及時快速構(gòu)筑充填墻體。產(chǎn)條件下的及時快速構(gòu)筑充填墻體。卸壓開采沿空留巷卸壓開采沿空留巷煤氣共采技術(shù)煤氣共采技術(shù) 2.458離層裂隙和豎向破斷裂離層裂隙和豎向破斷裂隙發(fā)育，橫向和豎向裂隙發(fā)育，橫向和豎向裂隙貫通，并采動冒落頂隙貫通，并采動冒落頂部空隙區(qū)相連通部空隙區(qū)相連通 。n 卸壓開采沿空留巷采場裂隙演化持征卸壓開采沿空留巷采場裂隙演化持

57、征 2.4.1 2.4.1 深井煤層群沿空留巷卸壓開采煤氣共采理論深井煤層群沿空留巷卸壓開采煤氣共采理論頂板裂隙帶中楔形發(fā)育區(qū)頂板裂隙帶中楔形發(fā)育區(qū)彎曲下沉帶彎曲下沉帶裂隙帶裂隙帶冒落帶冒落帶充填體充填體采場空間采空區(qū)上部發(fā)采場空間采空區(qū)上部發(fā)育的環(huán)形空隙區(qū)，采空育的環(huán)形空隙區(qū)，采空區(qū)的游離瓦斯上浮，聚區(qū)的游離瓦斯上浮，聚集于該區(qū)。集于該區(qū)。采動冒落頂部空隙區(qū)采動冒落頂部空隙區(qū)卸壓開采沿空留巷煤氣共采技術(shù)卸壓開采沿空留巷煤氣共采技術(shù) 2.42.459右邊界角：右邊界角：采動破斷角采動破斷角 左邊界角：左邊界角：采動卸壓角采動卸壓角 n 采場頂板裂隙區(qū)范圍的確定采場頂板裂隙區(qū)范圍的確定 2.4.

58、1 2.4.1 深井煤層群沿空留巷卸壓開采煤氣共采理論深井煤層群沿空留巷卸壓開采煤氣共采理論彎曲下沉帶彎曲下沉帶裂隙帶裂隙帶冒落帶冒落帶充填體充填體 在首采卸壓煤層裂在首采卸壓煤層裂隙帶上方存在卸壓膨隙帶上方存在卸壓膨脹變形區(qū)，在煤層底脹變形區(qū)，在煤層底板板40m40m范圍內(nèi)存在卸范圍內(nèi)存在卸壓裂隙發(fā)育區(qū)。壓裂隙發(fā)育區(qū)。 卸壓區(qū)域煤層透氣卸壓區(qū)域煤層透氣性大大增加，在沿空性大大增加，在沿空留巷內(nèi)對應(yīng)頂、底板留巷內(nèi)對應(yīng)頂、底板裂隙發(fā)育區(qū)布置上向、裂隙發(fā)育區(qū)布置上向、下向鉆孔，可長期連下向鉆孔，可長期連續(xù)抽采卸壓煤層氣。續(xù)抽采卸壓煤層氣。遠程卸壓膨脹變形區(qū)遠程卸壓膨脹變形區(qū)底板卸壓裂隙發(fā)育區(qū)底板卸

59、壓裂隙發(fā)育區(qū)卸壓開采沿空留巷煤氣共采技術(shù)卸壓開采沿空留巷煤氣共采技術(shù) 2.42.460卸壓開采沿空留巷煤氣共采技術(shù)卸壓開采沿空留巷煤氣共采技術(shù) 2.42.4l 上向卸壓層卸壓范圍上向卸壓層卸壓范圍 新莊孜礦卸壓角在新莊孜礦卸壓角在82.082.075.075.0 之間，底板方向發(fā)展的深度超之間，底板方向發(fā)展的深度超過了過了100m100m；顧橋礦卸壓角在；顧橋礦卸壓角在83.083.085.085.0 之間。底板方向發(fā)展的深之間。底板方向發(fā)展的深度超過了度超過了80m80m。l 下向卸壓層卸壓范圍下向卸壓層卸壓范圍 新莊孜礦新莊孜礦卸壓角在卸壓角在110.2110.2118.9118.9 之間

60、，頂板方向發(fā)展的高度之間，頂板方向發(fā)展的高度超過了超過了130m130m；顧橋礦顧橋礦卸壓角在卸壓角在102.0102.0110.0110.0 之間，頂板方向發(fā)展之間，頂板方向發(fā)展的高度達到的高度達到150m150m。n 卸壓范圍研究結(jié)果卸壓范圍研究結(jié)果2.4.1 2.4.1 深井煤層群沿空留巷卸壓開采煤氣共采理論深井煤層群沿空留巷卸壓開采煤氣共采理論61卸壓開采沿空留巷煤氣共采技術(shù)卸壓開采沿空留巷煤氣共采技術(shù) 2.42.4Y型通風(fēng)采空區(qū)Q1Q2QQ1=350m3/min,Q2=1250m3/min,Q=1600m3/min, WCH4=0.5mol/(m2.h)q=100m3/min工作面x