柏建彪沿空留巷

巷旁充填沿空留巷原理

与技术研究中国矿业大学柏建彪（博士、教授bjianb@163.com

1柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co要内容1国内外研究现状2沿空留巷巷旁支护机理膏体材料、高水速凝材料充填技术沿空留巷巷内支护技术高水速凝材料充填实例2柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590871国内外研究现状沿空留巷极大缓解采掘接替紧张，提高资源回收率实，现Y型通风、增加回风通道、解决回采工作面隅角瓦斯积聚难题，为瓦斯抽采提供空间和时间，是煤矿开采及回采巷道布置技术的一项重大改革。

3柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590871国内外研究现状

沿空留巷巷旁支护是关键。传统的巷旁支护如矸石带、密集支柱、木垛等。力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应，适用于薄及中厚煤层。

4柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590871国内外研究现状

硬石膏巷旁支护在我国基本没有应用。高水速凝材料留巷效果较好。膏体材料（或混凝土）强度较大，缺点是充填工艺较复杂、辅助运输工作量较大。锚杆支护广泛应用，为沿空留巷创造了较好的支护条件。

5柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590872沿空留巷巷旁支护机理

2.1巷旁支护体作用机理

巷旁支护体应具有足够的支护强度，切落一定高度的顶板岩层，使更上位岩层得到采空区冒落矸石的支撑；同时应具备适量的可缩量满足上覆岩层的旋转下沉，防止在顶板岩层旋转下沉时巷旁支护体被破坏。6柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590872沿空留巷巷旁支护机理

2.1巷旁支护体作用机理

(1)巷旁支护体早期支护直接顶、防止离层，切断采空区的直接顶。（2）老顶破断过程中应达到切顶阻力，切断采空区侧老顶。

（3）巷道围岩运动稳定后，维持巷道上方已切断岩层的平衡。

7柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590872沿空留巷巷旁支护机理

2.2沿空留巷力学模型

上区段回采后，基本顶沿倾斜方向破断，在工作面端头形成“三角块大结构”，该结构构成沿空留巷、沿空掘巷的上部边界，对沿空巷道稳定性产生重要影响。8柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590872沿空留巷巷旁支护机理

2.2沿空留巷力学模型

9柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590872沿空留巷巷旁支护机理

2.3巷旁支护阻力求解

10柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co体材料、高水速凝材料

巷旁充填技术

11柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590873.1膏体充填煤矿膏体充填料浆是一种利用煤矸石、粉煤灰、胶结料等制作的特殊“混凝土”、特殊“砂浆”。12柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co膏体充填特点：①浓度高，一般质量浓度>75%；②不沉淀、不泌水、不离析；③流动状态为柱塞结构流；④无临界流速，粒径达到25~35mm，流速小于1m/s仍然能够正常输送；⑤强度较大；⑥固化体压缩率低；

⑦充填工艺控制要求高；

⑧辅助运输工作量较大、充填系统费用较高。13柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co膏体充填的用途：

“三下一上”采煤（不迁村采煤，铁路下采煤，水体下采煤，承压水上采煤）；

沿空留巷巷旁充填；保水采煤；坚硬顶板管理；固体废弃物利用（矸石、粉煤灰等处理等）。14柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co中国矿业大学充填采矿实验室

充填注浆材料制备实验系统

粗粒料浆充填实验系统

细粒料浆充填实验系统充填采矿实验室是“211工程”建设成果煤炭资源与安全开采国家重点实验室的重要组成15柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co中国矿业大学SL膏体胶结料性能NoSL用量kg/m3粉煤灰量kg/m3质量浓度%抗压强度/MPa8h24h3d7d28d160390800.110.350.941.201.53280370800.160.701.461.882.433100350800.311.092.132.713.384150300800.631.543.254.335.475250200801.222.076.228.3410.242.5R水泥1004008000.290.680.922.13注：集料为太平煤矿充填所用泗河砂。16柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co中国矿大SL胶结料与42.5R普通水泥对比No胶结料集料Ckg/m3Cw%抗压强度/MPa1d3d7d28d142.5R金川全尾砂200800.510.841.041.63242.5R250800.581.291.492.46342.5R300800.661.712.163.614SL200800.541.733.746.405SL250801.583.795.207.246SL300802.905.286.629.947SL固化体强度/42.5R固化体强度1.1~4.42.1~3.13.1~3.62.7~3.917柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co沿空留巷膏体材料试验结果18柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590873.2高水速凝材料巷旁充填沿空留巷中国矿业大学承担“七五”、“八五”国家科技攻关项目成果。高水速凝材料：在体积比水占90%，固体占10%条件下，20~30min内凝结，100%固化，最终强度达到4~5MPa。通过调整水灰比或高水速凝材料配比调整充填体的强度，水灰比1.5：1时，充填体强度可以达到12MPa，有效采空区顶板、实现沿空留巷。19柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co水速凝材料性能水平No水灰比凝结时间/min抗压强度/MPa初凝终凝4h24h7d11.90:18274.286.398.2422.05:110293.755.597.3232.25:112413.024.615.5942.50:117582.424.145.1552.70:119661.943.464.3163.00:120751.532.743.39英国高水速凝材料性能水平72.50:1201.503.505.0020柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co水速凝材料加灰渣的单轴抗压强度21柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co轴条件下固结体试块变形曲线

高水速凝材料力学性能适应沿空留巷围岩活动规律，留巷效果好。22柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590873.3高水速凝材料巷旁充填工艺

（1）分甲料、乙料两部分，按1:1的比例配合使用。甲料、乙料混合后快速凝结硬化。为防止浆液在搅拌、运输过程中凝结、堵塞管路和泵等设备，需分别搅拌和泵送甲料、乙料。

（2）要求甲料和乙料两部分必须等量进浆、混合均匀，其强度才能达到最大。

（3）充填系统和充填工艺简单。

23柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co填点混合甲乙料应用钢模板成型。双液充填工艺24柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590874沿空留巷巷内支护

4.1沿空留巷围岩变形规律沿空留巷强烈底鼓。25柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590874沿空留巷巷内支护4.2沿空留巷巷内支护（1）高强度、大延伸量、树脂药卷加长锚固的锚杆支护（2）锚索加强支护阻止顶板离层，提高顶板的承载能力。26柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590874.3底鼓控制技术打底板锚杆控制底鼓27柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590874.4巷内加强支护沿空留巷围岩变形强烈的地段在工作面前方20m、后方70～100m，尤其是工作面后方50m，巷道变形强烈，需要加强支护。巷内加强支护可以采用单体液压支柱或专门的支架。

28柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com139513590875高水速凝材料巷旁充填实例

我们在多个地方成功进行了沿空留巷。

29柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com1395135908730沿空留巷成功案例之一：1992年徐州庞庄矿东城井，采高2.0m，直接顶页岩2.5m，向上3.0m的砂页岩互层。模板成型采空区切顶情况30柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com1395135908731沿空留巷成功案例之二：1994年新汶翟镇煤矿1201西综采工作面，面长155m、留巷长800m，采高2.2m，直接顶粉砂岩7m，中间夹一层平均厚0.6m的煤层、老顶为2～10m的砂岩。31柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co/p>

沿空留巷成功案例之三：焦煤九里山矿，煤厚6m、巷道底板为3m厚煤层，解决高瓦斯煤层抽放和采掘接替难题沿空留巷施工沿空留巷顶板状况沿空留巷维护沿空留巷维护32柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co空留巷成功案例之四：山西沁新集团沁新煤矿和新源煤矿，开采焦煤，解决高瓦斯通风、提高回收率和邻近采空区巷道维护困难的难题。33柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co空留巷成功案例之五：天安煤业二矿第二个工作面回采前方巷道维护效果留巷施工期间巷道维护效果34柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com1395135908735高水充填材料充填冒顶空巷实例：潞安集团王庄煤矿，综放工作面面长270m、前方有1条空巷、巷道沿底板掘进。35柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.com1395135908736高水充填材料充填空巷实例：冒顶高度最高9m、长度130m。36柏建彪教授中国矿业大学bjianb@163.co建彪教授1395135908737充填空巷实例：应用高水充填材料充填冒落空间形成人工假顶采煤机截割充填体情况37柏建彪教授中国矿业大学bjianb@16