论文部分内容阅读
【摘 要】本文主要阐述了沿空留巷巷旁支护类型、人工砌块巷旁支护技术、高水充填材料等问题。
【关键词】沿空留巷；巷旁支护；技术；材料
1、沿空留巷巷旁支护类型
目前，在应用沿空留巷时，绝大部分都设置巷旁支护。它的作用是利用高阻力去支撑冒落带边缘的顶板载荷，以分担和减轻巷内支架的受载，同时利用它的可缩性限制巷道与采空区交界处的顶板下沉量，防止巷内支架产生严重的变形；隔离或密闭采空区，避免漏风和煤的自然发火，防止采空区中的有害气体进入工作面空间。目前外应用较广泛的巷旁支护有矸石块、密集支柱、混凝土砌块、硬石膏充填带和高水材料充填等。
科学合理的巷旁支护可以可靠地保持沿空巷道处在良好的维护状态，具有技术优势和经济效益。
（1）可及时地、高阻力地支撑采空区边缘的顶板载荷，以实现分担和减轻巷内支架承受的重载荷，使巷内支架不折损或减少折损，保持巷道的有效断面；
（2）有良好的切顶能力，特别是在周期来压严重或在坚硬不易冒落的顶板条件下，巷旁支护体起着切顶作用；
（3）有小于巷内支架下缩量的可缩量，使保护巷内支架不产生严重变形而破坏；
（4）有较好的隔离或密闭采空区的能力，尤其是对自然发火或瓦斯含量太的煤层，更有积极的作用；
（5）支护工艺简单，对实现机械化有利，劳动强度较小；有良好的经济效益；对煤层厚度、倾角、顶底板状况等地质条件的适应性强。
2、人工砌块巷旁支护技术
2.1砌块材料成分
沿空留巷巷旁支护材料的强度和可缩性是两个重要指标。理想的巷旁支护材料要满足强度和可缩性要求，较好地隔离采空区，它方便运输和施工，具有防火、防水性能，建造和维护费用低。
实验表明：用以下材料配制人工砌块巷旁支护材料经济可行：骨料采用煤矸石、炉渣、飞灰及砂土等，胶结剂采用石膏、水泥、熟石灰等，填料使用锯末、泡沫塑料等。若单独采用脆性材料，如矸石砖、料石砌块、石膏或混凝土块等，作为巷旁支护，尽管强度高，而韧性和可缩性较差；若在层间加木板，强度尽管降低，而可缩性大大提高。只有把脆性材料和可缩性材料叠加在一起，才能改变各自原有的单一性能，使其具有整体性能，满足巷旁支护的要求。
2.2人工砌块巷旁支护技术现场试验
这种支护技术工业性试验在某煤矿工作面回风巷中进行。试验巷道长200m，从开切眼起分为两段，前100m采用柔和腿都可伸缩的梯形可缩性支架，巷道高度约2.2m，宽为3.5-4m；后100m采用金属摩擦支柱和11号工字钢组成的框形支架，此段巷道高约1.8m，宽为3.5m。两种支架的棚距均为0.8m。这200m巷道的巷旁支护均采用水泥、炉渣、锯末“三合一”预制混凝土砌块，砌块尺寸为500mm×245mm×160mm，垒砌成宽1m的墙。
通过四个测区测定表明，滞后工作面30m左右，即围岩变形速度达到高峰时，顶底板及两帮移近量达到最终移近量的40%左右；滞后工作面60m左右，顶底板及两帮移近量已达到最终移近量的80%以上。在此条件下维护好工作面后方60m范围内巷道是沿空留巷成功的关键。
滞后工作面30m处，即围岩变形速度和巷旁支护压缩速度达到高峰时，巷旁支护带的压缩量达到最终压缩量的46.5%左右；滞后工作面60m处，巷旁支护带的压缩量达到最终压缩量的88.5%左右。可见，若工作面后方60m处巷道维护状况良好，设计和使用的巷旁支护带与基本支架的性能及围岩变形规律是适应的巷旁充填支护新技术。
传统的巷旁支护不仅劳动强度较大、机械化程度较低，而增阻速度较慢、支承能力较小、密闭性能差等，长期以来沿空留巷这项技术很难广泛推广应用。必须改善现行沿空留巷巷道维护面貌，扩大其应用范围，按大力发展整体浇注巷旁充填支护技术。
2.3低水充填材料
低水充填材料有两类。一是天然硬石膏或合成石膏。它难溶于水，而加入某些外加剂后就可水化、速凝，并形成较高的强度。生石膏要经过脱水处理，半水石膏需添入其它材料才可使用。二是工业废渣或廉价材料作为集料加上胶凝剂、速凝剂混合形成。胶凝剂主要用水泥，也有渗入一些石膏，集料有粉煤灰、灰渣、烟道灰、工业矿渣、矸石、煤矸低水充填材料，其运输方式有以下几种：
（1）全管路风力输送。充填材料运至矿井地面供料站，用风压经管路输送到井下各水平的井底料仓，再用风压经管路输送到各充填地点。
（2）封闭式矿车输送。充填材料从地面供料站用封闭式矿车运至井下，直接送入采区料仓，再用压风管路送到各充填地点。
（3）混合式输送。充填材料从地面供料站用风压经管路输送到井下中央储料仓，再用压风管路送到各充填地点。
不管采用哪种运输方式，充填材料是用压风管路送到各充填地点的。在管路中用压风输送的低水充填材料全部是干料，在充填管出口处装有环形喷水器，水进入后与充填材料在此混合后送入待充填空间。
3、高水充填材料
这种材料是高水速凝材料与大量水混合而成。从巷旁充填工艺技术要求考虑，为方便机械化施工，泵送高水充填材料时，为防止管路堵塞，减少管路冲洗工作量，要求材料在管中24h以上不凝结、不沉淀，而出管路混合后能速凝，实现早强，满足充填体对围岩支护的技术要求。
高水充填材料分为以高铝水泥为基材的高水速凝材料，以硫铝酸盐水泥或熟料为基材的高水速凝材料，以粉煤灰、烟道灰、煤矸石、沸腾炉灰渣等为基材的高水灰渣材。
【关键词】沿空留巷；巷旁支护；技术；材料
1、沿空留巷巷旁支护类型
目前，在应用沿空留巷时，绝大部分都设置巷旁支护。它的作用是利用高阻力去支撑冒落带边缘的顶板载荷，以分担和减轻巷内支架的受载，同时利用它的可缩性限制巷道与采空区交界处的顶板下沉量，防止巷内支架产生严重的变形；隔离或密闭采空区，避免漏风和煤的自然发火，防止采空区中的有害气体进入工作面空间。目前外应用较广泛的巷旁支护有矸石块、密集支柱、混凝土砌块、硬石膏充填带和高水材料充填等。
科学合理的巷旁支护可以可靠地保持沿空巷道处在良好的维护状态，具有技术优势和经济效益。
（1）可及时地、高阻力地支撑采空区边缘的顶板载荷，以实现分担和减轻巷内支架承受的重载荷，使巷内支架不折损或减少折损，保持巷道的有效断面；
（2）有良好的切顶能力，特别是在周期来压严重或在坚硬不易冒落的顶板条件下，巷旁支护体起着切顶作用；
（3）有小于巷内支架下缩量的可缩量，使保护巷内支架不产生严重变形而破坏；
（4）有较好的隔离或密闭采空区的能力，尤其是对自然发火或瓦斯含量太的煤层，更有积极的作用；
（5）支护工艺简单，对实现机械化有利，劳动强度较小；有良好的经济效益；对煤层厚度、倾角、顶底板状况等地质条件的适应性强。
2、人工砌块巷旁支护技术
2.1砌块材料成分
沿空留巷巷旁支护材料的强度和可缩性是两个重要指标。理想的巷旁支护材料要满足强度和可缩性要求，较好地隔离采空区，它方便运输和施工，具有防火、防水性能，建造和维护费用低。
实验表明：用以下材料配制人工砌块巷旁支护材料经济可行：骨料采用煤矸石、炉渣、飞灰及砂土等，胶结剂采用石膏、水泥、熟石灰等，填料使用锯末、泡沫塑料等。若单独采用脆性材料，如矸石砖、料石砌块、石膏或混凝土块等，作为巷旁支护，尽管强度高，而韧性和可缩性较差；若在层间加木板，强度尽管降低，而可缩性大大提高。只有把脆性材料和可缩性材料叠加在一起，才能改变各自原有的单一性能，使其具有整体性能，满足巷旁支护的要求。
2.2人工砌块巷旁支护技术现场试验
这种支护技术工业性试验在某煤矿工作面回风巷中进行。试验巷道长200m，从开切眼起分为两段，前100m采用柔和腿都可伸缩的梯形可缩性支架，巷道高度约2.2m，宽为3.5-4m；后100m采用金属摩擦支柱和11号工字钢组成的框形支架，此段巷道高约1.8m，宽为3.5m。两种支架的棚距均为0.8m。这200m巷道的巷旁支护均采用水泥、炉渣、锯末“三合一”预制混凝土砌块，砌块尺寸为500mm×245mm×160mm，垒砌成宽1m的墙。
通过四个测区测定表明，滞后工作面30m左右，即围岩变形速度达到高峰时，顶底板及两帮移近量达到最终移近量的40%左右；滞后工作面60m左右，顶底板及两帮移近量已达到最终移近量的80%以上。在此条件下维护好工作面后方60m范围内巷道是沿空留巷成功的关键。
滞后工作面30m处，即围岩变形速度和巷旁支护压缩速度达到高峰时，巷旁支护带的压缩量达到最终压缩量的46.5%左右；滞后工作面60m处，巷旁支护带的压缩量达到最终压缩量的88.5%左右。可见，若工作面后方60m处巷道维护状况良好，设计和使用的巷旁支护带与基本支架的性能及围岩变形规律是适应的巷旁充填支护新技术。
传统的巷旁支护不仅劳动强度较大、机械化程度较低，而增阻速度较慢、支承能力较小、密闭性能差等，长期以来沿空留巷这项技术很难广泛推广应用。必须改善现行沿空留巷巷道维护面貌，扩大其应用范围，按大力发展整体浇注巷旁充填支护技术。
2.3低水充填材料
低水充填材料有两类。一是天然硬石膏或合成石膏。它难溶于水，而加入某些外加剂后就可水化、速凝，并形成较高的强度。生石膏要经过脱水处理，半水石膏需添入其它材料才可使用。二是工业废渣或廉价材料作为集料加上胶凝剂、速凝剂混合形成。胶凝剂主要用水泥，也有渗入一些石膏，集料有粉煤灰、灰渣、烟道灰、工业矿渣、矸石、煤矸低水充填材料，其运输方式有以下几种：
（1）全管路风力输送。充填材料运至矿井地面供料站，用风压经管路输送到井下各水平的井底料仓，再用风压经管路输送到各充填地点。
（2）封闭式矿车输送。充填材料从地面供料站用封闭式矿车运至井下，直接送入采区料仓，再用压风管路送到各充填地点。
（3）混合式输送。充填材料从地面供料站用风压经管路输送到井下中央储料仓，再用压风管路送到各充填地点。
不管采用哪种运输方式，充填材料是用压风管路送到各充填地点的。在管路中用压风输送的低水充填材料全部是干料，在充填管出口处装有环形喷水器，水进入后与充填材料在此混合后送入待充填空间。
3、高水充填材料
这种材料是高水速凝材料与大量水混合而成。从巷旁充填工艺技术要求考虑，为方便机械化施工，泵送高水充填材料时，为防止管路堵塞，减少管路冲洗工作量，要求材料在管中24h以上不凝结、不沉淀，而出管路混合后能速凝，实现早强，满足充填体对围岩支护的技术要求。
高水充填材料分为以高铝水泥为基材的高水速凝材料，以硫铝酸盐水泥或熟料为基材的高水速凝材料，以粉煤灰、烟道灰、煤矸石、沸腾炉灰渣等为基材的高水灰渣材。