贵州大方煤业有限公司
小屯煤矿16中04轨道顺槽沿空留巷技术研究
实 施 方 案
贵州大方煤业有限公司
山东科技大学
2012年5月
目 录
1 项目研究的必要性 .......................................................................................................... - 1 -
1.1 国内外沿空留巷研究的现状 ................................................................................. - 1 -
1.1.1 沿空留巷理论研究现状 .............................................................................. - 1 - 1.1.2 沿空留巷支护技术的发展历程 .................................................................. - 3 - 1.1.3沿空留巷技术存在问题及研究方向 ........................................................... - 5 - 1.2 项目研究的必要性 ................................................................................................. - 6 - 2 研究开发内容 .................................................................................................................. - 7 - 3 主要经济技术指标、项目最终目标 .............................................................................. - 8 -
3.1 主要经济技术指标 ................................................................................................. - 8 - 3.2 项目研究达到的最终目标： ................................................................................. - 8 - 4 关键技术及创新点 .......................................................................................................... - 9 - 5 研究方法与技术线路 ...................................................................................................... - 9 -
5.1 研究方法 ................................................................................................................. - 9 - 5.2 技术路线 ................................................................................................................. - 9 - 6 沿空留巷基本理论 .......................................................................................................... - 9 -
6.1 沿空留巷围岩应力分布 ......................................................................................... - 9 - 6.2 留巷侧采空区顶板的运动规律 ............................................................................ - 11 - 6.3 沿空留巷顶板控制理论 ....................................................................................... - 13 - 6.4 巷旁支护的作用 ................................................................................................... - 17 - 7 实施方案 ........................................................................................................................ - 18 -
7.1 工作面基本概况 ................................................................................................... - 18 -
7.1.1地质概况 ..................................................................................................... - 18 - 7.1.2巷道布置 ..................................................................................................... - 21 - 7.1.3采煤方法及回采工艺 ................................................................................. - 22 - 7.1.4顶板管理及支护设备 ................................................................................. - 22 - 7.1.5主要经济技术指标 ..................................................................................... - 23 - 7.2 沿空留巷支护设计 ............................................................................................... - 24 -
7.2.1掘进支护设计 ............................................................................................. - 24 -
7.2.2锚杆、锚索、墙体施工质量标准 ............................................................. - 25 - 7.2.3端头支架架后支护 ..................................................................................... - 26 - 7.2.4通风系统设计 ............................................................................................. - 26 - 7.2.5瓦斯抽放及排水 ......................................................................................... - 27 - 7.2.6砌块墙体参数设计 ..................................................................................... - 28 - 7.2.7墙体砌筑方案 ............................................................................................. - 36 - 7.2.8砌块墙临时支护布置方案 ......................................................................... - 40 - 7.2.9砌块墙体上方顶板支护控制 ..................................................................... - 42 - 7.3 墙体施工工艺 ....................................................................................................... - 43 -
7.3.1工艺流程 ..................................................................................................... - 43 - 7.3.2质量标准 ..................................................................................................... - 44 - 7.3.3应注意的质量问题 ..................................................................................... - 44 - 7.3.4质量记录 ..................................................................................................... - 45 - 7.4 沿空留巷的观测设计 ........................................................................................... - 45 - 7.4.1 观测内容 .......................................................................................................... - 45 - 7.4.2 测站布置 .......................................................................................................... - 45 - 7.4.3 观测方法 .......................................................................................................... - 46 -
7.4.3.1墙体变形观测 .......................................................................................... - 46 - 7.4.3.2墙体承载观测 .......................................................................................... - 48 - 7.4.3.3 巷道表面位移观测 ................................................................................. - 49 - 7.4.3.4 多点位移观测 ......................................................................................... - 50 - 7.4.3.5 巷道顶板压力观测 ................................................................................. - 51 - 7.4.3.6 充填体切顶及巷道维护状况观测 ......................................................... - 52 - 7.4.3.7 综采采场矿压观测 ................................................................................. - 52 - 7.5 矿压观测仪器 ...................................................................................................... - 53 - 8 可行性及可靠性分析、论证 ........................................................................................ - 53 - 9 对安全、环境、健康的影响性分析 ............................................................................ - 54 - 10 研究基础及技术条件 .................................................................................................. - 54 - 11 经济社会效益分析 ...................................................................................................... - 56 -
11.1 经济效益分析 ..................................................................................................... - 56 -
11.1.1材料成本 ................................................................................................... - 56 - 11.1.2人工效益及工资成本分析 ....................................................................... - 56 -
11.1.3运输费成本分析 ....................................................................................... - 57 - 11.1.4火工品消耗成本分析 ............................................................................... - 57 - 11.1.5增产效益 ................................................................................................... - 57 - 11.2 社会效益 ............................................................................................................. - 58 - 12 项目实施进度计划 ...................................................................................................... - 58 - 13 经费计划 ...................................................................................................................... - 59 - 14 项目组成员及分工 ...................................................................................................... - 60 -
1 项目研究的必要性
1.1 国内外沿空留巷研究的现状
1.1.1 沿空留巷理论研究现状
朱德仁提出了长壁工作面端头顶板可能形成“三角形悬板”结构的观点，人们认识到沿空留巷的矿压显现规律与采场老顶的关系，建立的采场顶板结构力学模型为人们研究沿空留巷矿压显现规律提供了启示和契机。
漆泰岳通过现场实测和理论分析，对不同围岩条件下基本顶断裂引起的整体浇注充填体的支护强度和变形能力进行了深入研究，提出了使沿空留巷巷道保持稳定的整体浇注充填体支护强度与变形的理论计算方法，并且对沿空留巷整体浇注充填体的适应性进行了研究。应用弹性基础梁理论和数值模拟证明，沿空留巷的老顶断裂不会发生在靠巷道煤帮侧的边沿的上方，而是煤层内的上方，老顶断裂深度随围岩级类的提高而加大；煤层和直接顶的刚度对护巷带的稳定性影响较大，刚度越大护巷带切顶效果越好。
涂敏运用Winker 弹性地基理论，把沿空留巷上方顶板看成弹性薄板条，建立了顶板运动力学模型，导出了顶板挠曲运动方程，分析了顶板内应力分布的特征。
孙恒虎通过相似材料立体模型实验，深入分析沿空留巷矿压显现规律，揭示了沿空留巷围岩活动的前期和后期规律，进而提出并讨论了支护前期作用和后期作用问题，指出支护前期作用对控制顶板下沉的效果是显著的，而对控制顶板平移下沉的效果不明显。前期支护应坚持以顶为主，“顶、让兼顾”的支护原则。设计支护最大载荷以前期为主。后期支护应坚持以让为主，“让、顶兼顾”的支护原则。设计支护最大变形以后期为主。
王卫军根据砌体梁理论，老顶以给定变形方式作用于沿空巷道围岩，应用能量原理分析了巷道围岩的变形机理，建立了巷道顶煤的力学模型，运用变分法对老顶给定变形下顶煤的变形进行了初步求解，并对顶煤下沉量与支护阻力、煤体弹性模量、巷道宽度的关系进行了探讨。
谢文兵在工程实践基础上，采用适合分析岩层断裂和垮落的数值分析软件UDEC建立相应的数值分析模型，详细分析了沿空留巷围岩运动规律，系统分析了基本顶断裂位置、端头不放顶煤长度、原有巷道支护技术、充填体宽度、充填方式和充填体强度对沿空留巷围岩稳定性影响规律，得出了许多有益的结论。研究结果表明，在保证顶煤及顶
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