泡沫混凝土卯榫砌块空心墙快速沿空留巷技术.pdf

论文题目 泡沫混凝土卯榫砌块空心墙 快速沿空留巷技术 作者姓名奎国鳌 专业名称芷业监 指导教师挞塞左 副指导教师韭尘挂 论文提交日期 论文答辩日期 授予学位日期 入学时间 研究方向 职称 职称 垄Q 量生目 2 Q 生且曼 日 一一一一 T H EG O B S I D EE N T R Y Q U I C K L Y R E T A I N I N G T E C H N O L o G YB YF o A MC o N C R E T EM o R T I S E B L o C KH o L L O WW A L L AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t so ft h ed e g r e eo f M A S T E Ro FP H I L o S o P H Y f r o m S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y b y L iG u o f e n g S u p e r v i s o r P r o f e s s o rL i nD o n g c a i C o l l e g eo fM i n i n ga n dS a f e t yE n g i n e e r i n g M a y 2 0 1 5 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇工程硕士学位论文，除了所列参考文献和世 所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈 交于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名 日 A F F I R M A T I o N Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ea w a r do fM a s t e ro fE n g i n e e r i n gi nS h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ， i sw h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e ．T h e d o c u m e n th a sn o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na ta n yo t h e ra c a d e m i c i n s t i t u t e ． S i g n a t u r e D a t e 山东科技大学工程硕士学何论文 摘要 摘要 沿空留巷作为无煤柱开采的关键技术，其技术经济优势显著，推动沿空留巷的进一 步发展，对于保障矿井安全生产，提高矿井经济效益，确保煤矿的健康、可持续开采等 具有重要的意义。沿空留巷的成功与否，巷旁支护是其关键影响因素之一。本文结合东 滩煤矿2 号煤层顶板完整稳定垮落及时以及煤层厚度适中的实际条件，研究了泡沫混凝 土卯榫砌块空心墙快速沿空留巷技术，论文主要研究内容如下 1 从沿空留巷围岩移动规律入手，深入分析了沿空留巷的顶板破坏规律以及围岩 结构特征，指出在支护前期巷旁支护体要具备足够的切顶阻力。同时，巷旁支护体的承 载能力达到极限后，仍需具有一定的可压缩量； 2 以化学发泡的方式，通过添加硅灰、矿渣和粉煤灰三种物质与“水泥 细砂” 结构体系搭配，进行优化配合比，制备1 2 0 0 k g ／m 3 密度级，单轴抗压强度 1 5 M P a 的泡沫 混凝土材料。深入分析混凝土砌块墙的优缺点，设计了卯榫结构砌块墙。墙体各个砌块 之间除了有砂浆的粘结之外，再加上横向砌块的连接作用，大大提高了墙体整体性和抗 变形能力。另外采用卯榫纵横交错扣接井格砌筑的方式，节约了混凝土材料，降低成本， 同时，空心结构可提供底鼓补偿空间，减缓留巷内的底鼓； 3 采用F L A C 3 D 数值模拟软件，深入分析了沿空留巷巷旁支护墙体的受力与变 形情况，根据不同推进步距提出不同方案，模拟结果为支护墙的设计提供可参考的依据。 4 在东滩矿进行了工业性试验，矿压观测结果表明巷道顶板下沉量不大，底臌 较严重，墙体局部地方有较大变形，非采帮变形较小；在工作面后方，采动影响的距离 大约为2 0 0 m 接续的3 2 0 4 工作面回采期间由于采空区上覆岩层运动已趋于稳定，矿压 显现比3 2 0 3 面回采时要缓和许多。 关键词卯榫法；混凝土砌块；空心墙；沿空留巷；数值模拟 山东科技大学工程硕士学位论文摘要 A b s t r a c t A sak e yt e c h n o l o g yo fn oc o a lp i l l a rm i n i n g ，t h eg o b - s i d ee n t r yr e t a i n i n gp o s s e s s e s r e m a r k a b l ee c o n o m i cs u p e r i o r i t y ．P r o m o t i o no ft h eg o b - s i d ee n t r y - r e t a i n i n gp l a y sav i t a lr o l e i ns a f e g u a r do ft h ec o a lm i n e ，e c o n o m i cb e n e f i t si n c r e a s i n go ft h ec o a lm i n e ，h e a l t h ya n d s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h ec o a lm i n e ，e t c ．R o a d s i d es u p p o r ti so n eo ft h ek e yf a c t o r st h a t c a ni n f l u e n c et h eS u c c e s so fg o b s i d ee n t r yr e t a i n i n g ．T h i sp a p e rc o m b i n e st h e c o m p l e t e s t a b i l i t ya n dc a v i n ga n dc o a ls e a mt h i c k n e s sp h y s i c a lc o n d i t i o no ft h eD o n g t a nc o a lm i n e D i s c u s st h eg o b s i d ee n t r yq u i c k l yr e t a i n i n gt e c h n o l o g yb yf o a mc o n c r e t eb l o c kw a l lb a s e do n m o r t i s em e t h o d ．M a i nw o r k sd o n eb yt h i sp a p e ra r el i s t e da sf o l l o w i n g 1 F r o mt h es u r r o u n d i n gr o c km o v i n gr u l eo ft h eg o b - s i d ee n t r yr e t a i n i n g ，t h er o o f d a m a g el a wa n dt h es u r r o u n d i n gr o c ks t r u c t u r a lf e a t u r ew e r ed e e p l ya n a l y z e d ．I tp o i n t e do u t t h a tt h er o a d s i d es u p p o r ts h o u l dh a v ee n o u g hr o o f - c u tr e s i s t e n c ei nt h es u p p o r te a r l i e rs t a g e A tt h es a m et i m e ，a f t e rt h ec a r r y i n gc a p a c i t yo ft h er o a d s i d es u p p o r tb o d yr e a c h e dt h e n e e dt oh a v eac e r t a i na m o u n to f c o m p r e s s i b l ei t s e l f ； 2 l nt h ef o r mo fc h e m i c a lf o a m i n gb ya d d i n gs i l i c af u m e ．s l a ga n df l ya s ht h r e e s u b s t a n c e sw i t h ”c e m e n t f i n e ”s t r u c t u r ec o l l o c a t i o n ，o p t i m i z i n gm i x t u r er a t i o ，i tw a sf e a s i b l e t op r e p a r et h ef o a m e dc o n c r e t ew h o s ed e n s i t yl e v e l s t r e n g t hw a sn ol e s st h a n3 0 M P a ．I nd e p t ha n a l y s i s w a s12 0 0 k g ／m 3a n du n i a x i a lc o m p r e s s i v e o ft h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h e c o n c r e t eb l o c kw a l l ，t h em o r t i s es t r u c t u r eb l o c kw a l lw a sd e s i g n e d ．W i t ht h e m o r t a r ’S c e m e n t a t i o nb e t w e e nt h eb l o c k sa n dt h el a t e r a lb l o c k sc e m e n t a t i o n ，t h ew a l l ’Si n t e g r i t ya n d n o n d e f o r m a b i l i t yh a sb e e ng r e a t l yi n c r e a s e d ．M o r t i s ea n dt e n o ns t r u c t u r ef o r ms a v et h e c o n c r e t em a t e r i a l ，r e d u c et h ec o s ta n dt h eh o l l o ws t r u c t u r ec a n p r o v i d ef l o o rh e a v e c o m p e n s a t i o n ，r e d u c et h ef l o o rh e a v ei ne n t r yr e t a i n i n g ． 3 U s i n gn u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r eF L A C 3 D ，t h es t r e s sa n dd e f o r m a t i o no ft h e g o b ’s i d ee n t r yr e t a i n i n gr o a d s i d es u p p o r tw a l lw a sd e e p l ya n a l y z e d ．A c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n t a d v a n c es t e p s ，t h ed i f f e r e n ts c h e m e sw e r ep u t b a s i sf o rt h es u p p o r tw a l ld e s i g n ． f o r w a r d ．S i m u l a t i o nr e s u l t sp r o v i d e dr e f e r e n c e 山东科技大学工程硕士学位论文摘要 4 、I n d u s t r i a le x p e r i m e n t a t i o nh a db e e np e r f o r m e di n D o n g t a nM i n e ．M i n ep r e s s u r e s u r v e yr e s u l t sh a di n d i c a t e dt h a tt h er o o fs u b s i d e n c eo ft h er o a d w a yw a ss m a l l ，t h ef l o o rh e a v e w a ss e r i o u s ，b i gd i s t o r t i o nw a sh a p p e n e di ns o m ep a r to ft h ew a l lw h i l en om i n i n gs l o p e d e f o r m a t i o nw a ss m a l l ．B e h i n dt h ew o r k i n gf a c e ，t h ee f f e c to fm i n i n gd i s t a n c ew a sa b o u t 2 0 0 m ．D u r i n gt h ep e r i o do f t h eN o ．3 2 0 4w o r k i n gf a c em i n i n g ，b e c a u s eo ft h eg o a fo v e r l y i n g s t r a t am o v e m e n th a ds t a b i l i z e d ，t h es t r a t ab e h a v i o r se a s e dm o r et h a nt h eN o ．3 2 0 3w o r k i n g f a c e K e yw o r d s M o r t i s em e t h o d ；c o n c r e t eb l o c k ；c a v i t yw a l l ；g o b s i d ee n t r yr e t a i n i n g ； n u m e r i c a Is i m u l a t i o n 山东科技大学工程硕士学位论史日录 目录 l 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 研究背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．3 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．4 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 沿空留巷围岩移动规律及巷旁支护力学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 沿空留巷项板破坏规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 沿空留巷围岩结构特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．3 沿空留巷巷旁支护的力学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 3 卯榫法泡沫混凝土砌块墙沿空留巷技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 3 ．1 新型轻质高强泡沫混凝土砌块研制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 3 ．2 卯榫砌块墙墙体结构研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 ．3 砌块墙的砌筑工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 4 沿空留巷墙体应力及位移规律数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 4 ．1F L A C 3 D 简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 4 ．2 数值模拟试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4 ．3 数值模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5 沿空留巷工程概况及矿压规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 5 ．1 工作面概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 5 ．2 沿空留巷矿压观测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 5 ．3 沿空留巷效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 6 主要结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 4 ” 勰 强 山东科技大学工程硕士学位论文目录 6 ．1 主要研究结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 4 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 i j l 5 渊⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 攻读硕士期间主要成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 山东科技大学工程硕士学位论文目录 C o n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1B a c k g r o u n dA n dS i g n i f i c a n c eo f T o p i c s ．．．．．．．．．．．．．． 1 ．2D o m e s t i ca n dF o r e i g nR e s e a r c hP r e s e n tS i t u a t i o n 1 ．31 1 1 eM a i nR e s e a r c hC o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 1 ．41 1 1 eR e s e a r c hT e c h n i c a lR o u t e 2T h eG o b S i d eE n t r yR e t a i n i n gS u r r o u n d i n gR o c kM o v e m e n t R e g u l a r i t yA n dR o a d s i d e S u p p o r tM e c h a n i c sA n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．1F a i l u r eR e g u l a r i t yo f G o b - S i d eE n t r yR e t a i n i n gR o o [ ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2 ．2S t r u c t u r eC h a r a c t e r i s t i co f G o b - S i d eE n t r yR e t a i n i n gS u r r o u n d i n gR o c k ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2 ．3R o a d s i d eS u p p o r tM e c h a n i c sA n a l y s i so f G o b S i d eE n t r yR e t a i n i n g ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 0 2 ．4T h eS u m m a r yo f t h i sC h a p t e r ⋯⋯一1 4 3M o r t i s eM e t h o dF o a mC o n c r e t eB l o c kW a l lG o b - S i d eE n t r yR e t a i n i n gT e c h n o l o g y R e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 3 ．IN e wT y p eo f L i g h t w e i g h ta n dH i g hS t r e n g t hF o a mC o n c r e t eB l o c kD e v e l o p e ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 6 3 ．2M o r t i s eS t r u c t u r eB l o c kW a l lB o d yF o r mR e s e a r c h ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 0 3 ．3T h eB u i l d i n gT e c h n o l o g yo f t h eB l o c kW a l l ．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 4 3 ．4T h eS u m m a r yo f t h i sC h a p t e r ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．．⋯．．⋯⋯．．⋯．⋯．⋯．．⋯⋯．．2 6 4T h eS t r e s sa n dD i s p l a c e m e n tL a wo fG o b - S i d eE n t r yR e t a i n i n gW a l lN u m e r i c a l S i m u l a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 4 ．1I n t r o d u c t i o no f F l a c 3 D ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．⋯．．⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．．⋯．．⋯．．⋯⋯．⋯．．⋯．⋯．⋯．．．．．．．．2 7 4 ．2T h eN u m e r i c a lS i m u l a t i o nT b 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而且巷旁支护的破坏会形成严重的漏风，带来了巨大的安全风险；二是没有先进的施工 工艺。人工进行操作，施工难度大、速度慢，达不到高产高效的目标，特别是在综采工 作面，对于其综采速度快、机械化程度高、巷道断面大、支护要求高的特点，传统沿空 留巷的施工质量、速度以及巷旁支护难以适应。因此，研究采煤工作面沿空留巷的巷旁 支护墙体，就具有重要的实际意义，并将为沿空留巷围岩控制提供新的技术途径。 1 ．2 ．1国内沿空留巷研究现状 自2 0 世纪5 0 年代以来，我国开始应用沿空留巷技术，其一直是我国采矿技术的重 要发展方向。目前来看，在条件较好的薄及中厚煤层中，沿空留巷的应用日趋完善，巷 l 山东科技大学工程硕士学位论文绪论 旁支护、巷内支护、加强支护及煤帮加固等技术日趋成熟，但是，在条件困难的中厚及 厚煤层的较大断面巷道中，尤其对于综采工作面，在推进速度较快的情况下，其技术应 用上还有一些难题，影响了它的实际效果，甚至出现失败，这使沿空留巷在我国的推广 应用受到了极大的限制【9 - 2 0 1 。 1 ．2 ．1 ．1 沿空留巷的发展历程 2 0 世纪5 0 年代以来，对于沿空留巷技术，特别是巷旁支护技术方面，我国进行了 大量的研究和试验，目前己经取得了可喜的研究成果，在许多领域中处于国际领先地位。 对沿空留巷技术研究和发展，大致可分为下列四个阶段1 2 1 】[ 2 2 】。 第一阶段从上世纪5 0 年代起，其研究方法以现场实测和宏观规律研究为主。在厚 度1 ．5 m 以下的较薄煤层中应用较多，主要用煤矸石在巷旁进行支护，从而降低了煤矸 石的外运量，提高了采区的回采率。但是在受压力后，破碎的矸石会产生较大的变形， 很难结合巷道的原有支护，同时由于维护工作量大，人工堆砌矸石的效率低、安全性差 等问题，其应用范围受到极大限制。 第二阶段上世纪6 0 7 0 年代，此阶段主要以研究沿空留巷矿压显现机理为主。应 用沿空留巷的煤层厚度进一步增加，主要在1 ．5 m 一2 ．5 m 的中厚煤层，留巷巷道断面也 逐渐加大。巷旁支护多采用密集支柱、金属支柱、木垛和矸石砌块等，其维护工作量减 小，巷道变形量较小，积极的推动了沿空留巷实施与推广。 第三阶段自上世纪8 0 年代以后，随着对沿空留巷机理和理论的动态机制的进一步 研究，在此基础上，有机地结合了矿压机理和岩层活动的最新理论。经过1 0 多年现场实 验和理论研究，至上世纪9 0 年代初，在充填设备和充填材料方面，我国取得了巨大的成 就。中国矿业大学在高水材料方面的研究一直处于国际领先水平，但由于此技术依托于 复杂的充填系统，同时需要装备相应的配套设施，生产成本相对较高，故在当前经济及 技术条件下很难实现大范围推广与应用。 第四阶段自上世纪9 0 年代以来，对于厚煤层甚至放顶煤工作面，沿空留巷逐渐开 始应用。从上世纪5 0 年代开始，沿空留巷技术的研究与应用，1 直是我国采矿技术的重 要发展方向。特别是近年来，绿色开采、可持续发展等国家能源政策制定后，沿空留巷 技术更是其重点发展方向之一。 1 ．2 ．1 ．2沿空留巷理论研究现状 沿空留巷的研究内容主要包括围岩与支护相互作用的关系，沿空留巷围岩活动规 山东科技大学工程硕士学位论文 绪论 律，巷内支护、巷旁支护及加强支护等。多年以来，国内的学者们围绕这些内容进行了 许多方面的研究工作[ 2 3 - 2 5 ] 。 孙恒虎教授【2 6 】根据煤层顶板特征，结合弹塑性力学的相关理论，将长壁工作面沿空 留巷煤层项板简化成忽略层问结合力的矩形“叠加层板”，认为沿空留巷支护载荷只与短 支撑边界载荷有关。林东才、魏夕合等【z ，】针对深部软岩底板煤巷沿空留巷底鼓流变“非 线性大变形”特征，对深部软岩底板沿空留巷底鼓特征、力源进行了综合研究与分析。 张少华、赵英利【z s 】利用实验室相似材料模拟，分析了不同支护方式对顶板活动的影响以 及相关的巷旁充填技术参数。模拟结果表明采用锚杆 索 网联合支护和人工筑构较高强 度的巷旁充填体，有利于综放沿空留巷顶板的稳定。张士钰【2 9 ] 通过对充填墙体在首次采 动及二次采动条件下的受力分析，结合采场项板活动规律与矿山压力显现规律的研究结 果，完成充填体参数的计算与优化。为充填材料室内配比试验确定了目标，为沿空留巷技 术的成功推广奠定了坚实的理论基础，为高瓦斯矿井综采工作面瓦斯治理探索科学的解 决办法，为今后高瓦斯矿井安全生产提供了新的思路。华心祝教授1 3 0 1 1 3 1 1 等从如何加强顶板 岩层的自我承载能力进行研究，提出了一种主动巷旁加强支护的方式巷旁锚索加强支 护，并建立了考虑巷帮煤体承载作用以及巷旁锚索加强作用的沿空留巷力学模型。另外， 分析了巷内锚杆支护及巷旁锚索加强支护的作用机理。缪协兴【3 3 】在回顾采动岩层结构破 断与运动研究的基础上指出采动岩层结构破断与运动不仅控制采场与回采巷道矿压显 现，同时还控制采动岩层移动与地表沉陷及采动岩体裂隙演化与渗流。张川，文志杰等【3 4 】 通过对沿空留巷支撑体系进行详细的力学分析，建立了支撑体系力学方程，得出了沿空 留巷顶板下沉量和巷旁支护充填体压缩量，从而限定了支护体的有效作用条件，并通过 对工程实例进行理论验证和现场实测，证明了采场项板控制理论在沿空留巷中应用的可 行性。张吉雄，姜海强等[ 3 5 】基于固体密实充填采煤的覆岩移动规律，分析了沿空留巷围 岩变形特征及巷旁支护体的作用机理，得出夯实机构夯实充填体而传递来的侧压力是导 致巷旁支护体失稳和变形的主要因素，据此建立了侧向压力与巷旁支护体稳定性力学模 型，推导出巷旁支护体宽度计算公式。文志杰，蒋宇静等[ 3 6 】运用“实用矿山压力控制理 论”建立了沿空留巷开采灾害系统模型，提出了无煤柱沿空留巷“大、小结构理论”，修 正了“内应力场”范围计算方法，建立了“给定变形”、“限定变形”2 中留巷结构力学 模型。中国矿大张东升1 3 7 - 4 2 】采用相似材料模拟以及计算机数值模拟，分析了基本顶断裂 位置与形状、不同支护形式对顶板活动的影响及充填技术参数，提出了充填带宽度和充 3 山东科技大学工程硕士学位论文绪论 填材料抗压强度的要求。 1 ．2 ．1 - 3 沿空留巷巷内和巷旁支护研究现状 白书民【4 3 】通过理论分析巷道同岩结构及沿空留巷支护原理，采用单体支柱代替木密 集支柱，并配合十字铰接顶梁的支护方式，使矸石流入巷道自然形成巷旁矸石垛支撑巷 道顶板，并对支护参数进行设计，且简化了施工工艺，解决了无巷旁充填沿空留巷支护 难度大的问题。康红普，牛多龙等[ n 4 ] 采用数值模拟分析深部巷道围岩变形与应力分布特 征，发现采用高预应力、强力锚杆与锚索作为巷内基本支护，单体支柱配铰接顶梁为加 强支护，及膏体充填巷旁支护，能够有效控制深部沿空留巷围岩的强烈变形，保持留巷 稳定。高明涛，何希霖等[ 4 5 】设计了膏体充填体与矸石带组成的不等强承载巷旁充填体， 并建立了该充填体与以锚网带、锚索为支护材料的巷内支护系统相耦合的沿空巷道支护 模型。冯仁俊I a e 】提出了单体支柱代替木