沿空留巷施工与支护技术的应用研究现状

2019-02-11尘兴邦姜子琦杜树言

世界有色金属 2019年16期

尘兴邦，丁锴，姜子琦，杜树言

（山东科技大学矿业与安全工程学院，山东青岛 266590）

在传统的采矿工作面技术中，采空区沿空留巷支护技术是采矿技术的一个重大变革。简要论述：矿井采空区侧巷支护技术是对采空区采后沿采空区边缘原有的回采矿井内进行维护[1]。采用一定的技术手段，为下一段预留上段槽位。这种留巷方法是将沿采空区边缘的留巷保持在原来的槽位，即沿采空区留巷。其目的是恢复传统采矿方法中保留的安全矿柱[2]。采空区侧巷支护技术的意义在于最大限度地回收资源，避免矿产损失[3]。随着科学技术的不断进步和发展，矿井内施工及支护技术不断发展，逐步成熟，已成为重要的采矿技术。

1 矿井施工及支护技术的发展现状

沿空留巷技术一般适应于矿井开采缓倾斜和倾斜、厚度在2.5m以下的薄及中厚矿层其施工方法和支护技术经过多年的研究和发展，目前比较理想和应用的技术方案有现矿井柔模支护填充技术，高水材料支护等。

1.1 支护方法和形式

传统的沿空留巷矿井内支护技术为棚式支护，在矿井掘进阶段上方顶板没有较大的活动，矿井内矿层变形量较小，因而架棚支护能够满足要求[1]但是在工作面回采阶段，受采动造成的超前支撑应力影响，矿层变形量很大，架棚支护很难适应采动阶段的矿井内矿层变形，与架棚支护相比，锚杆支护属于主动支护，锚杆网梁联合支护将矿井内两帮及顶板组合成整体，通过锚固力改变锚固区矿井内受力状态，提高矿产破碎区和塑性区体的峰后强度和残余强度，改善其力学性能，充分发挥矿产的自承能力，控制矿井内变形[2]，但由于矿井深部开采的影响，矿井内压力明显，变形严重，直接顶板整体下沉，锚杆本身无法承载，只能组合，矿井内的复合顶板采用锚杆支护，无论是否按悬吊概念还是加固拱作用理论，都不能保证支护的支护能力和安全性。钢筋支护措施必须在矿井锚杆支护的基础上采取，锚杆支护可与钢梯、金属网共同支护。能有效防止顶板松动矿井内矿层。同时，钢带和钢梯的传力也能使锚杆受力均匀，利于提高矿井内锚杆的整体支撑力。

1.2 矿井内土支护技术

在支护过程中，矿井内土支护技术应用最为广泛，主要是充分利用柔性模板的渗透性。为了满足流动性大、强度高的矿井内支护的需要，在保证流动性的同时，必须增加水泥使用量。泵注的材料比原混材料有很大的优越性，其含砂率比普通泵注材料大得多。就泵送的材料而言，同一种材料的比例不同，对材料的要求也不同。除了三种最重要的材料外，还需要添加粉煤灰和掺合料，这两种材料都会增加流动性和可加工性，并增加泵注材料的密度。

1.3 矿井内支护技术的应用

充填开采技术作为解决工程开采技术，是矿井工程技术的一大革新，其中，膏体充填式矿井绿色开采技术的重要组成部分，把矿井附近的工业炉渣、劣质土、周围固体垃圾等在地面加工制作成不需要脱水处理的牙膏状浆体，采用充填泵或重力加压，通过管道输送到井下，适时充填采空区或离层区，形成以膏体充填体为主的上覆矿层支撑体系，有效控制地表沉陷在工程允许值范围内，安全开采矿井下压矿，保护矿区生态环境和地下水资源，不过，由于目前的传统监测设备体积庞大，且无法适应井下高温、潮湿等恶劣条件，更无法完成充填体长期实时在线的监测任务，尤其是在当矿井内压发生变化时，填充材料振动，极有可能损坏监测装置，为此，我们提出了一种沿空留巷膏体填充体在线监测系统来解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种沿空留巷膏体填充体在线监测系统，包括安装块，所述安装块的下端两侧均设有固定装置，所述安装块的上端设有安装槽，所述安装槽的相对侧壁上均设有移动槽，所述移动槽内的相对侧矿壁上共同固定有光杆，所述光杆上滑动套接有滑套，所述滑套的下端和移动槽内的底部之间的光杆上固定套接有第三减震弹簧，所述移动槽内安装有第一滑块，所述第一滑块的一侧设有开口，所述开口的相对侧矿壁上均设有滑槽，所述滑槽内安装有第二滑块，所述第二滑块的一侧和滑槽内一端侧矿井壁之间共同固定有第二减震弹簧，两个第二滑块的相对一侧分别转动连接在滑套的两侧，两个第一滑块的一侧共同固定有连接块，所述连接块的上端设有连接槽，所述连接槽的相对侧壁上均转动连接有两个相互平行的第一转轴，且同一侧的两个第一转轴为一组，同一组第一转轴之间共同转动连接有套环，其中一个套环的下端两侧均转动连接有滑杆，所述连接槽内的底部两侧均转动连接有两个相互平行的承载块，所述承载块内设有承载腔，所述承载腔内安装有挡板，且滑杆的下端贯穿承载块并延伸至承载腔内，所述滑杆的下端固定连接在挡板的上端，所述挡板的上端和承载腔内的顶部之间的滑杆上固定套接有第一减震弹簧，两个套环内的相对侧壁上均转动连接有第二转轴，且同一侧的两个第二转轴为一组，其中一组第二转轴之间共同转动连接有第二转动块，另一组第二转轴之间共同转动连接有第一转动块，且第一转动块位于第二转动块的上端，所述第一转动块和第二转动块相对应，所述第一转动块的上端固定有连接杆，所述连接杆的上端固定有监测器。

2 沿空留巷对矿井的影响因素

采空区的矿井内压力是沿空留巷支护技术中最重要的问题。由于沿采空区留巷最重要的方法是研究支撑隔离带的上部顶板的矿压特性，以确定合理的支撑形式和支撑强度。研究所开采的矿井内顶板的矿压特征，确定合理的初始支护方案和支护参数。矿井内顶部应受的矿压分布，开挖动态压力和前向动压力的影响。在背侧采矿压力的压力变化之后保持稳定性更为严重。通常，在经受采矿动态压力后，矿井内槽受到严重破坏，并且在采空区后侧采空区落下形成的严重矿压的过程中坍塌。根据矿井内所开采施工的特点和矿体结构的变形破坏机理，保持矿井内矿体结构稳定性的关键技术是：合理的支护设计，坚固矿井的合理支护，顶板的合理支护，对边角进行加固。