沿空留巷施工與支護技術的應用研究現狀

塵興邦，丁 鍇，姜子琦，杜樹言

（山東科技大學礦業與安全工程學院，山東 青島 266590）

在傳統的采礦工作面技術中，采空區沿空留巷支護技術是采礦技術的一個重大變革。簡要論述：礦井采空區側巷支護技術是對采空區采后沿采空區邊緣原有的回采礦井內進行維護[1]。采用一定的技術手段，為下一段預留上段槽位。這種留巷方法是將沿采空區邊緣的留巷保持在原來的槽位，即沿采空區留巷。其目的是恢復傳統采礦方法中保留的安全礦柱[2]。采空區側巷支護技術的意義在于最大限度地回收資源，避免礦產損失[3]。隨著科學技術的不斷進步和發展，礦井內施工及支護技術不斷發展，逐步成熟，已成為重要的采礦技術。

1 礦井施工及支護技術的發展現狀

沿空留巷技術一般適應于礦井開采緩傾斜和傾斜、厚度在2.5m以下的薄及中厚礦層其施工方法和支護技術經過多年的研究和發展，目前比較理想和應用的技術方案有現礦井柔模支護填充技術，高水材料支護等。

1.1 支護方法和形式

傳統的沿空留巷礦井內支護技術為棚式支護，在礦井掘進階段上方頂板沒有較大的活動，礦井內礦層變形量較小，因而架棚支護能夠滿足要求[1]但是在工作面回采階段，受采動造成的超前支撐應力影響，礦層變形量很大，架棚支護很難適應采動階段的礦井內礦層變形，與架棚支護相比，錨桿支護屬于主動支護，錨桿網梁聯合支護將礦井內兩幫及頂板組合成整體，通過錨固力改變錨固區礦井內受力狀態，提高礦產破碎區和塑性區體的峰后強度和殘余強度，改善其力學性能，充分發揮礦產的自承能力，控制礦井內變形[2]，但由于礦井深部開采的影響，礦井內壓力明顯，變形嚴重，直接頂板整體下沉，錨桿本身無法承載，只能組合，礦井內的復合頂板采用錨桿支護，無論是否按懸吊概念還是加固拱作用理論，都不能保證支護的支護能力和安全性。鋼筋支護措施必須在礦井錨桿支護的基礎上采取，錨桿支護可與鋼梯、金屬網共同支護。能有效防止頂板松動礦井內礦層。同時，鋼帶和鋼梯的傳力也能使錨桿受力均勻，利于提高礦井內錨桿的整體支撐力。

1.2 礦井內土支護技術

在支護過程中，礦井內土支護技術應用最為廣泛，主要是充分利用柔性模板的滲透性。為了滿足流動性大、強度高的礦井內支護的需要，在保證流動性的同時，必須增加水泥使用量。泵注的材料比原混材料有很大的優越性，其含砂率比普通泵注材料大得多。就泵送的材料而言，同一種材料的比例不同，對材料的要求也不同。除了三種最重要的材料外，還需要添加粉煤灰和摻合料，這兩種材料都會增加流動性和可加工性，并增加泵注材料的密度。

1.3 礦井內支護技術的應用

充填開采技術作為解決工程開采技術，是礦井工程技術的一大革新，其中，膏體充填式礦井綠色開采技術的重要組成部分，把礦井附近的工業爐渣、劣質土、周圍固體垃圾等在地面加工制作成不需要脫水處理的牙膏狀漿體，采用充填泵或重力加壓，通過管道輸送到井下，適時充填采空區或離層區，形成以膏體充填體為主的上覆礦層支撐體系，有效控制地表沉陷在工程允許值范圍內，安全開采礦井下壓礦，保護礦區生態環境和地下水資源，不過，由于目前的傳統監測設備體積龐大，且無法適應井下高溫、潮濕等惡劣條件，更無法完成充填體長期實時在線的監測任務，尤其是在當礦井內壓發生變化時，填充材料振動，極有可能損壞監測裝置，為此，我們提出了一種沿空留巷膏體填充體在線監測系統來解決上述問題。

為了實現上述目的，本實用新型采用了如下技術方案：

一種沿空留巷膏體填充體在線監測系統，包括安裝塊，所述安裝塊的下端兩側均設有固定裝置，所述安裝塊的上端設有安裝槽，所述安裝槽的相對側壁上均設有移動槽，所述移動槽內的相對側礦壁上共同固定有光桿，所述光桿上滑動套接有滑套，所述滑套的下端和移動槽內的底部之間的光桿上固定套接有第三減震彈簧，所述移動槽內安裝有第一滑塊，所述第一滑塊的一側設有開口，所述開口的相對側礦壁上均設有滑槽，所述滑槽內安裝有第二滑塊，所述第二滑塊的一側和滑槽內一端側礦井壁之間共同固定有第二減震彈簧，兩個第二滑塊的相對一側分別轉動連接在滑套的兩側，兩個第一滑塊的一側共同固定有連接塊，所述連接塊的上端設有連接槽，所述連接槽的相對側壁上均轉動連接有兩個相互平行的第一轉軸，且同一側的兩個第一轉軸為一組，同一組第一轉軸之間共同轉動連接有套環，其中一個套環的下端兩側均轉動連接有滑桿，所述連接槽內的底部兩側均轉動連接有兩個相互平行的承載塊，所述承載塊內設有承載腔，所述承載腔內安裝有擋板，且滑桿的下端貫穿承載塊并延伸至承載腔內，所述滑桿的下端固定連接在擋板的上端，所述擋板的上端和承載腔內的頂部之間的滑桿上固定套接有第一減震彈簧，兩個套環內的相對側壁上均轉動連接有第二轉軸，且同一側的兩個第二轉軸為一組，其中一組第二轉軸之間共同轉動連接有第二轉動塊，另一組第二轉軸之間共同轉動連接有第一轉動塊，且第一轉動塊位于第二轉動塊的上端，所述第一轉動塊和第二轉動塊相對應，所述第一轉動塊的上端固定有連接桿，所述連接桿的上端固定有監測器。

2 沿空留巷對礦井的影響因素

采空區的礦井內壓力是沿空留巷支護技術中最重要的問題。由于沿采空區留巷最重要的方法是研究支撐隔離帶的上部頂板的礦壓特性，以確定合理的支撐形式和支撐強度。研究所開采的礦井內頂板的礦壓特征，確定合理的初始支護方案和支護參數。礦井內頂部應受的礦壓分布，開挖動態壓力和前向動壓力的影響。在背側采礦壓力的壓力變化之后保持穩定性更為嚴重。通常，在經受采礦動態壓力后，礦井內槽受到嚴重破壞，并且在采空區后側采空區落下形成的嚴重礦壓的過程中坍塌。根據礦井內所開采施工的特點和礦體結構的變形破壞機理，保持礦井內礦體結構穩定性的關鍵技術是：合理的支護設計，堅固礦井的合理支護，頂板的合理支護，對邊角進行加固。

3 結語

綜上所述，當今，礦產企業應用比較普遍的一項支護技術就是沿空留巷技術，此技術能夠提升開采的效率，提高回采率和礦產資源利用率。為此，需要不斷地創新、優化該技術，進而推動我國礦業的發展。