采煤班毕业论文

浅议煤矿煤层的开采技术摘要：由于煤层的自然条件和采用的机械不同，完成回采工作各工序的方法也就不同，并且在进行的顺序、时间和空间上必须有规律地加以安排和配合。这种在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合，称为采煤工艺。在一定时间内，按照一定的顺序完成回采工作各项工序的过程，称为采煤工艺过程。关键词：开发技术 煤炭工艺 煤炭一、煤炭开采的主要形式（一）井下采煤井下采煤的顺序。对于倾角10°以上的煤层一般分水平开采，每一水平又分为若干采区，先在第一水平依次开采各采区煤层，采完后再转移至下一水平。开采近水平煤层时，先将煤层划分为几个盘区，立井于井田中心到达煤层后，先采靠近井筒的盘区，再采较远的盘区。如有两层或两层以上煤层，先采第一水平最上面煤层，再自上而下采另外煤层，采完后向第二水平转移。按落煤技术方法，地下采煤有机械落煤、爆破落煤和水力落煤三种，前二者称为旱采，后者称为水采，我国水采矿井仅占。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法，以前者为主。壁式采煤法工作面长，一般100～200 m，可以容纳功率大，生产能力高的采煤机械，因而产量大，效率高。柱式采煤法工作面短，一般6～30 m，由于工作面短，顶板易维护，从而减少了支护费用，主要缺点是回采率低。（二）露天采煤移走煤层上覆的岩石及覆盖物，使煤敞露地表而进行开采称为露天开采，其中移去土岩的过程称为剥离，采出煤炭的过程称为采煤。露天采煤通常将井田划分为若干水平分层，自上而下逐层开采，在空间上形成阶梯状。其主要生产环节：首先用穿孔爆破并用机械将岩煤预先松动破碎，然后用采掘设备将岩煤由整体中采出，并装入运输设备，运往指定地点，将运输设备中的剥离物按程序排放于堆放场；将煤炭卸在洗煤厂或其他卸矿点。主要优缺点优点为生产空间不受限制，可采用大型机械设备，矿山规模大，劳动效率高，生产成本低，建设速度快。另外，资源回采率可达90%以上，资源利用合理，而且劳动条件好，安全有保证，死亡率仅为地下采煤的1/30左右。主要缺点是占用土地多，会造成一定的环境污染，而且生产过程需受地形及气候条件的制约。在资源方面，对煤赋存条件要求较严，只宜在埋藏浅，煤层厚度大的矿区采用。二、采煤方法与工艺在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。我国长壁采煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高，急倾斜、不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间，主要方向是改善作业 条件，提高单产和机械化水平。（一）开采技术开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。以 提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下 的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过 程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。（二）解决难题开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”，主要解决以下技术难题。硬顶板控制技术，研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术，主要通过岩层定向水力 压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术，使直接顶能随采随冒，提高顶煤回收率，且基本 顶能按一定步距垮落，既有利于顶煤破碎，又保证工作面的安全生产。硬厚顶煤控制技术，研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术，包括高压 注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术，使顶煤体能随采随冒，提高其回收率。顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术，研制既有利于顶煤破碎和顶板控制， 又有利于放顶煤的新型液压支架，合理确定后部输送机能力。 两硬条件下放顶煤开采快速推进技术，研究合适的综放开采回采工艺，优化工序，缩短放煤 时间，提高工作面的推进度，实现高产高效。5～宽煤巷锚杆支护技术，通过宽煤巷锚 杆支护技术的研究开发和应用，有利于综采配套设备的大功率和重型化，有助于连续采煤机 的应用，促进工作面的高产高效。（三）缓倾斜薄煤层长壁开采主要研究开发：体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机 、刨煤机；研制适合刨煤机综采的液压支架；研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。（四）缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采应进一步加强完善支架结构及强度，加 强 支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究，提高支架的可靠性，缩小其与中厚煤层(采高3m左右)高产高效指标的差距。（五）各种综采高产高效综采设备保障系统要实现高产高效，就要提高开机率，对“支架—围岩”系统、采运设备进行监控。今后研究的重点是：通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架—围岩”系统控制，进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动采集系统；乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断；采煤机在线与离线相结合的“油 —磨屑”监测和温度、电信号的监测；带式输送机、刮板输送机全面状态监控。三、主要的开采技术（一）深矿井开采技术深矿井开采的关键技术是：煤层开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深井通风、井巷布置等；需要攻关研究的是：深井围岩状态和应力场及分布状态的特征；深井作业场所工作环境的变化；深井巷道（特别是软岩巷道）快速掘进与支护技术与装备；深井冲击地压防治技术与监测监控技术；深矿井高产高效开采有关配套技术；深矿井开采热害治理技术与装备。（二）“三下”采煤技术提高数值模拟计算和相似材料模拟等，深入研究开采上覆岩层运动和地表下陷规律，研究满足地表、建筑物、地下水资源保护需要的合理的开采系统和优化参数，发展沉降控制理念和关键技术，包括用地表废料向垮落法工作面采空区充填的系统；研究与应用各种充填技术和组合充填技术，村庄房屋加固改造重建技术，适于村庄保护的开采技术；研究近水体开采的开采设计，工艺参数优化和装备，提出煤炭开采与煤炭城市和谐统一的开采沉陷控制、开采村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源化等关键技术。（三）优化巷道布置，减少矸石排放的开采技术改进、完善现有采煤方法和开采布置，以实现开采效益最大化为目标，研究开发煤矿地质条件开采巷道布置及工艺技术评价体系专家系统，实现开采方法、开采布置与煤层地质条件的最优匹配。实行全煤巷布置单一煤层开采，矸石基本不运出地面，生产系统要减化，同时实现中采与中掘同走发展，生产效率大幅提高的经验的同时，重点研究高产高效矿井，开拓部署与巷道布置系统的优化，减化巷道布置，优化采区及工作面参数，研究单一煤层集中开拓，集中准备、集中回采的关键技术，大幅度降低岩巷掘进率，多开煤巷，减少出矸率；研究矸石在井下直接处理、作为充填材料的技术，既是减少污染的一项有利措施，又减化了生产系统，有利于高产高效集中化开采，应加紧研究。采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革，现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采 煤设备和生产监控系统，改进和完善采煤工艺。

一、煤炭工业发展现状煤炭是我国重要的基础能源和重要原料，煤炭工业的发展支撑了国民经济的快速发展。在20世纪50年代和60年代，煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别占90％和80％以上，2004年煤炭所占的比例分别为和。（一）改革开放以来煤炭工业取得显著成绩1．煤炭产量持续增长全国原煤产量由改革开放初期的6亿吨左右提高到2004年产量亿吨，增长2倍多，处于历史最高水平，为我国国民经济发展提供了能源保障。2．生产水平大幅度提高大中型煤矿机械化水平、单产、单进、原煤工效，都逐年增高。建成了一批国际领先、高产高效矿井，初步建全了技术、设计、制造、培训比较完整的技术保障体系。3．产业结构调整取得重大进展政企分开迈出重大步伐，大多数国有大中型煤炭企业开始建立现代企业制度。一些企业开始了跨地区、跨行业的产业联合，煤、电、化、路、港、航产业链开始形成，一批劣势企业退出市场。4．行业整体效益不断增加在经历三年严重的经济困难后，2001年煤炭行业开始走出低谷，呈现恢复性增长。2002年后步入快速增长周期，经济运行质量不断提高。2004年全国规模以上煤炭企业补贴后实现利润达418亿元。（二）行业主要特点1．煤炭是资源性行业煤炭是不可再生的资源。煤矿的寿命取决于其所拥有的煤炭储量。我国大多数煤矿远离城市和经济发达地区、社会负担重，经济基础差。地区条件不一，煤炭企业发展不平衡性在行业中十分突出。2．煤炭是高危行业因煤矿生产条件所限，从历史上看，在各国工业部门中，煤矿的事故死亡率是最高的。我国煤矿95%生产能力是井工开采。高瓦斯和双突矿井占全国煤矿矿井总量的1/3，90％矿井有煤尘爆炸危险性。随着开采深度增加，影响安全生产因素愈来愈多，条件愈来愈复杂。3．煤炭是投资高风险行业煤矿开采环节复杂，矿井建设投资大，周期长，见效慢，煤炭市场不确定因素多。因此，从建井到生产，经营风险大，多数煤炭企业产业结构上的问题影响了企业市场适应能力和抗灾能力。4．煤炭是为国民经济发展做贡献的行业煤炭属于初级产品，煤矿的效益向后续加工工业传递和辐射。单一的产品结构，企业经济效益难以提高，我国煤炭开采的价值和效益体现在后续产业和对国民经济发展的支撑作用。二、煤炭工业面临的主要挑战（一）资源保障问题我国煤炭品种齐全、资源比较丰富，但资源勘探程度低，经济可采储量和人均占有量较少，资源破坏和浪费严重，生态环境和水资源严重制约煤炭资源的开发。我国煤炭资源区域分布不均衡。秦岭、大别山以北，煤炭储量占全国总储量的，其中晋、陕、蒙三省（区）占全国的65%。资源保证程度低。截止2000年末，我国尚未利用的精查储量约为600亿吨，目前可供大中型矿井利用的精查储量仅300亿吨左右。据估算，到2020年，煤炭精查储量需增加约1250亿吨。当前我国资源破坏和浪费严重。部分煤炭企业存在着"采厚弃薄"、"吃肥丢瘦"等浪费资源现象，全国煤矿平均资源回收率为30%～35%左右，资源富集地区的小型矿井资源回收率只有10%～15%。我国适合建设大型煤炭基地的整装煤田，随意被分割肢解现象严重。（二）煤矿生产能力与技术结构问题1．煤矿生产技术水平低全国采煤机械化程度仅为42％，除部分国有大矿之外，大多数煤矿生产技术水平低，装备差，效率低。特别是乡镇煤矿，基本上是非机械化开采。2004年乡镇煤矿产量仍占我国煤炭总产量的39％，在资源消耗和人员伤亡上，已付出了很大的代价。2．部分煤矿超能力生产据调查分析，2003年国有煤矿的亿吨产量中，属于超能力和无能力矿井生产的煤炭约为亿吨，占国有煤矿产量的13%。煤矿超强度超能力生产满足了国民经济发展对煤炭的需求，但其造成的负面影响，一是缩短煤矿开采年限，二是威胁煤矿安全生产。3．大中型煤矿煤炭供给能力不足据预测，我国现有生产煤矿和在建煤矿的合计生产能力到2010年和2020年分别为亿吨和亿吨。要实现煤炭产需平衡，需要再建设一批新井和扩大现有煤矿的生产能力，预计到2010年和2020年分别需要再增加生产能力亿吨和亿吨。（三）行业结构与企业发展问题1．煤炭产业集中度低2004年我国前8家煤炭企业市场集中度为，远低于世界其它主要产煤国家。2．煤炭企业负担过重煤矿企业税负比1994年税制改革前提高了6个百分点；2003年，煤炭行业支出铁路建设基金约100多亿元；国有重点煤矿企业办社会问题突出，地方政府接收困难，原国有重点煤矿办社会年净支出60亿元。2004年末，原国有重点煤矿在职人员257万人，由于所在地区社会承受能力弱，难以减人提效。部分煤矿资源枯竭，生产能力下降，生产成本上升，富余人员、工伤抚恤人员多，转产困难。3．煤矿企业效益差、职工收入低2004年原中央财政煤炭企业补贴前亏损面仍高达48%，补贴后仍有6%的企业亏损。2004年原国有重点煤矿在岗职工平均收入16812元，低于全国平均水平。（四）煤矿安全与矿区环境治理问题1．煤炭安全形势严峻2004年煤矿共死亡6027人，百万吨死亡率为，显著高于世界其它主要国家。如美国为，波兰；大多数煤矿生产和安全技术装备落后，防灾抗灾能力差，重大、特大事故频繁发生。2004年共发生死亡10人以上特大和特别重大事故42起，死亡1008人。2．矿区环境治理问题矿井生产中排放的煤矸石约占原煤产量的8～10%，现已累计堆存煤矸石30多亿吨，占地超过15万亩。矿区地面塌陷、煤田自燃火灾、部分煤矸石自燃、煤矿瓦斯排放对生态环境构成严重影响。煤矿开采每年排出地下水约22亿立方米，我国西北部主要煤炭产区，煤炭开采加剧了水资源的匮乏，对矿区生态环境造成影响。井下煤层气年抽出量约100亿立方米，90％直接排放到大气中。（五）煤炭运输与燃煤污染问题1．煤炭运输制约我国煤炭资源主要分布在西北部，而煤炭消费重心在东南部，形成了"北煤南运、西煤东调"的格局，运输距离长，运输费用高，影响煤炭供应能力和市场竞争力：铁路运力不足的问题将长期存在；港口吞吐能力满足不了需要；公路长距离运输成本过高。2．煤炭消费与环境保护问题煤炭在利用过程中将产生大量的污染物和温室气体。特别是煤炭的不合理利用，排放了大量烟尘和有害气体，严重污染环境。随着煤炭消费量的增加，环境保护压力将越来越大。我国酸雨覆盖区已扩大到约占国土总面积的30%，SO2排放的75%以上来源于燃煤。2003年SO2排放总量增加至2158万吨，酸雨污染加重。2003年燃煤总量增加，烟尘排放总量增加至1047万吨。我国CO2排放量目前居世界第二位，CO2的排放约80%来自煤炭燃烧。三、煤炭工业发展的战略对策通过优化结构、合理开发利用，保障煤炭长期稳定供给，促进煤炭行业健康、协调、可持续发展。煤炭是我国重要的基础能源和重要原料，是不可再生的矿产资源。煤炭生产是高危险性和高风风险的行业，要把节约资源、保障安全和保护环境放在重要的位置，合理开发利用，以保障煤炭长期稳定供给。煤炭行业必须淘汰技术落后的粗放型生产方式，走新型工业化道路，国家应制定长远战略对煤炭资源实行保护性开采和利用。优化行业结构。我国煤炭产业集中度仍然很低，具备安全生产条件的煤矿生产能力不足，必须抓好大型煤炭基地建设，培育和发展大型煤炭企业集团。煤炭是艰苦和危险的行业，必须改善行业的发展环境，以吸引投资和人才。优化生产技术结构，进一步用先进适用技术改造和提升煤炭工业。要搞好新井建设和现有矿井技术改造，建设高产高效矿井，促进产业升级，实现煤矿生产技术装备的现代化；要全面提高煤矿开采技术水平，支持大型煤炭企业通过收购、兼并、联合、重组方式改造中小煤矿；要逐步淘汰资源回收率低、安全条件差的落后生产技术，支持依法生产的小煤矿，通过技术改造，实现有序健康发展。优化产品结构，提高煤炭及煤炭行业的竞争力。发展和推广应用洁净煤技术，通过煤炭高效洁净利用技术，减少煤炭利用过程中的污染物和温室气体排放，提高煤炭的竞争力；通过煤炭加工和转化延长煤炭产品的产业链，拓展煤炭市场。（一）培育和发展大型企业和企业集团通过市场引导和政府推动，积极培育和发展跨地区、跨行业、跨所有制、跨国经营、亿吨级以上的大型企业集团。这些企业集团国内市场占有率将达到60%以上，成为商品煤供应基地、出口煤基地、煤炭深加工基地和市场投资主体。鼓励煤炭企业发展相关产业。支持煤电联营，鼓励煤炭与电力企业联合建立坑口电厂；支持煤炭企业与冶金、化工和建材行业实现上下游产业的联营。（二）建设大型煤炭基地根据国务院"重点支持大型煤炭基地建设，促进煤电联营，形成若干个亿吨级煤炭骨干企业"的决策，结合煤炭开发布局，选择煤炭资源条件好，具有发展潜力的矿区作为大型煤炭基地。抓好基地内主要矿区的新井建设和现有矿井技术改造，提高大型煤炭基地产能比重。建设大型煤炭基地，提高大中型煤矿的技术水平和生产能力，保障煤炭长期稳定供给。13个大型煤炭基地，现有煤矿生产能力8亿吨，预计2010年达到15亿吨，2020年达到18亿吨。（三）建设高产高效矿井、全面提高煤矿开采技术水平大力发展综合机械化采掘技术，推进高产高效煤矿建设，实现煤矿高效、安全、洁净开采。建设一批大中型现代化矿井；对现有大中型矿井进行技术改造；联合改造小煤矿，全面提高煤矿开采技术水平和资源采出率。我国煤矿采煤机械化程度仅为42％，小型煤矿采煤方法和采煤工艺必须进行改革，要逐步淘汰和禁止非正规采煤方法和落后的采煤工艺，大力推广机械化采煤技术。（四）建立煤矿安全长效机制提高安全生产准入门槛。目前乡镇小煤矿产量仍占我国煤炭总产量的39%，乡镇小煤矿生产保障了我国煤炭需求的供给，但在资源消耗和人员伤亡上，付出了很大的代价。必须建立严格的煤炭开采准入制度，逐步淘汰安全条件差的落后煤矿。加大煤矿安全投入。国家继续对煤炭行业特别是煤矿安全给予必要的政策支持，重点支持大中型煤矿技术改造。在规范煤矿维简费管理的基础上，严格安全费用提取和使用，加大煤矿安全生产设施投入。加大监察执法力度。加强对各类煤矿的安全监察，依法惩处违法违规现象，做到有法必依，执法必严，违法必究。在2010年前，全国煤矿百万吨死亡率力争从2004年的降到以下，其中大型煤矿为以下。（五）加强煤炭开发的资源保障增加煤炭资源勘查投入。要建设大型煤矿和煤炭基地，应为煤炭资源勘探的投入创造良好的环境。加强资源管理。资源勘探开发登记、矿业权设置必须符合煤炭开发规划和矿区总体规划。国家要控制大型矿区勘查开发规划的审批。提高煤炭资源利用率。制定可行的管理措施和经济政策，激励企业珍惜煤炭资源，不断提高资源回收率。（六）大力开发和推广洁净煤技术洁净煤技术可使煤炭成为高效和比较洁净利用的燃料，是中国能源可持续发展的现实选择，包括四个部分，即煤炭加工技术、燃烧技术、煤炭转化技术和开发利用中的污染控制技术。中国已成为世界煤炭焦化生产、消费及贸易大国。通过气化、液化等转化技术，生产替代石油的发动机燃料和化工产品，如乙烯、丙烯等。大力发展现代化高效燃煤发电技术，改变我国终端能源的消费结构，减少煤炭直接燃烧造成的污染和温室气体排放，保障能源供给和安全。（七）资源综合开发与环境保护开发煤层气资源。依托资源和政策优势，当前以地面开发与煤矿井下瓦斯抽放相结合，实现煤层气开发产业化，变废为宝、变害为利。做好水资源保护与矿井水利用，矿区土地复垦与环境保护，控制煤矸石的产出量，提高煤矸石的综合利用率。（八）关注煤炭行业发展的深层次问题1．提高煤炭运输能力加快铁路运煤通道建设，提高煤炭运输能力；放开铁路运输价格，取消计划内外双重价格；尽快取消铁路建设基金。2．切实减轻煤炭企业税收负担借鉴国外主要采煤国家经验，制定符合煤炭工业发展规律的税收政策体系，公平税负。按照国务院1994年确定的"既要建立新的增值税机制，又要照顾煤炭行业的实际困难，不增加国有重点煤炭企业的税负水平，保持1993年的税负的原则"，调整煤炭税收政策。3．加快分离企业办社会职能加快企业主辅分离，分离企业办社会的职能，努力拓宽就业渠道，做好煤矿及矿区人员的再就业工作。4．建立和完善煤矿准入和退出机制规范煤矿准入标准，建立和完善勘探开发资质认证制度，提高资源开发、土地利用、环境保护准入门槛，减少煤矿数量，提高产业集中度。坚决关闭开采方式落后和不符合基本安全生产条件的小煤矿，严厉打击非法开采现象，保障安全生产。解决煤矿衰老报废的转产、人员安置等问题，鼓励和引导企业调整产业结构，发展替代产业，为其生存和发展创造良好的外部条件。5．科学界定煤炭产业地位参照国际的有关做法，可将煤炭行业划入第一产业范围，制定相关法律、法规和与其产业地位相适应的财政、税收、金融、投资政策。6．建立煤炭价格形成机制政府应考虑煤炭资源、环境治理、煤矿安全、煤矿衰老报废等成本因素，制定合理的煤炭指导价格；鼓励煤炭企业积极与发电企业协商确定电煤价格，签订中长期合作协议。7．稳定煤炭进出口政策要从有利于煤炭工业长远发展出发，按照世界贸易组织规则，依据资源和市场需求，调整煤炭产品的进出口结构，加强出口煤基地建设，稳定出口份额。

1.沿空留巷的巷旁支护技术 目前，国内外在应用沿空留巷时，绝大多数都要设置巷旁支护。巷旁支护的作用是利用巷旁支护的高阻力去支撑冒落带边缘的顶板载荷，从而分担和减轻巷内支架的受载;当直接顶比较坚硬或顶板有周期性来压时，利用巷旁支护切断该处顶板，从而避免顶板沿巷道煤壁出断裂，同时利用它承受直接顶板冒落或周期冒落时所产生的动载荷;利用可缩量较小的巷旁支护去限制巷道与采空区交界处的顶板下沉量，避免巷内支架产生严重变形;利用巷旁支护去隔离或密闭采空区。当然，希望巷旁支护能同时起到上述四个方面的作用，但实际上由于所采用的巷旁支护材料和支护形式的不同，并不是所有的巷旁支护都能起到上述各方面的作用。而且根据矿山地质条件的不同，也并不要求巷旁支护在所有情况下都具有上述各方面的作用。巷旁支护的种类很多，按其力学特征可分为刚性的，有限可缩量的和大可缩量的。国内外应用较广的巷旁支护有木垛、密集支柱、矸石带、料石砌垛、人造砌块、硬石膏充填和水材料充填等。木垛巷旁支护我国过去巷旁支护应用较广，其形式一般是单排木垛。现在为降低坑木消耗，使用越来越少。木垛作为巷旁支护的优点是:支撑面积大，稳定性好，用以挡矸比较有效;架设比较灵活、方便，劳动量少;后期支撑能力大。其缺点是:木材消耗量大，随煤层厚度加大此缺点更为突出;从力学性质来看，木垛属于晚支撑支架，承载过程中载荷增长速度很慢，且早期支撑能力太低，因而不能起到早期减少顶板下沉的作用;木垛的可缩量大，通常可以压缩到只有原始高度的40%一50%因而不能起到切断采空区顶板的作用，相反，常使脆性顶板沿巷道煤壁产生断裂现象，从而加大了巷道支架所受载荷;木垛属于宽幅巷旁支护类型，它使巷道控顶宽度加大，从而增加了巷内支架上的载荷，国外在应用沿空留巷时曾采用双排木垛作为巷旁支护，但效果并不理想。密集支柱巷旁支护由于应用木垛护巷存在一系列缺点，故在许多情况下，采用了密集支护作为巷旁支护。所谓密集支护作为巷旁支护是指随工作面推过之后，在采空区边缘新架设的密集支柱。密集支柱属于刚性支护类型。与木垛相比，其优点是可缩量小，早支撑性能好，可进行切顶，架设工作量小等。木材密集支柱的缺点是木材消耗量大，并且一般不能回收复用;当顶板或地板较软时，密集支柱易于顶地板造成卸载，因而失去支撑和切顶作用;密集支柱的稳定性较差，在受到采空区冒落矸石的冲击时容易倾倒，同时，由于沿空巷道两帮下沉不均，通常靠采空区一侧顶板的下沉量大于煤体一侧，巷道顶板产生倾斜，故也会使密集支柱倾倒而失去支撑作用;密集支柱的工作性能常受到架设质量的影响，尤其当采高较大时，密集支柱不仅不易架设，而且也不稳定。可见。用木材密集支柱作为巷旁支护可以起到承载、切顶和隔离采空区碎研石的作用。它适宜在顶板岩石为中等稳定以上，顶板属于脆性，采高在2一以下的薄及中厚煤层中使用。矸石带、料石垛巷旁支护矸石带巷旁支护是国内外普遍采用的方式，我国在开采厚度为以下的层时大量应用。矸石带作为沿空留巷的巷旁支护，具有节省支护材料，隔离采区，承载面积大。稳定性较好等优点。其缺点是砌矸石带的工作量大，工人体劳动繁重。从力学特性来看，矸石带属于宽幅、大可缩量和晚支撑的支撑物。于空隙大，压缩量达40%，虽然压实后支撑能力可以提高，但这时顶板己大量沉并失去稳定性，而且矸石带较宽，又增加了顶板的悬伸宽度。因此，除了韧大的缓慢下沉顶板之外，对于脆性顶板，这种顶板悬伸可能造成顶板沿煤壁断裂，并造成巷内支架上载荷增加。料石垛巷旁支护高强度有限可缩量特性，属于早支撑类型，实现了切顶卸载，巷道变形量小，支架完整。但由于料石垛内外两侧受力不均，故可能使石垛在载过程中出现各种形式的变形和破坏。1..4人造砌块巷旁支护人造砌块作为巷旁支护，是为了节约木材、克服木垛可缩量和承载晚等缺而发展起来的。近二十年来，这种巷旁支护形式在国外有相当的发展，国内也一定应用。这种支护形式的优点是材料来源广，价格低廉;构件的刚性大，承快，压缩20%就达到最大载荷。我国中国矿业大学北京研究生部研制的水泥、渣、锯末“三合一”砌块在阳泉及平顶山矿务局使用效果良好。巷旁泵充填支护技术巷旁泵充填支护是巷旁支护技术的一次革命，它克服了上述巷旁支护方法在的支撑阻力不够、可缩性能不匹配、运输量大、劳动强调高等缺点。巷旁泵充填技术包括硬石膏风力输送充填技术和高水材料泵充填技术。德国的硬石膏充填材料主要由硬石膏和普通硅酸盐水泥组成，充填料水固比为一左右，其工作原理是将配好的充填干料以压风为动力，通过充填泵和管道将干料输送到充填点，然后与水混合注入构筑好的模板内，连续充填构筑成密封墙。2.沿空留巷巷旁支护技术分析按力学特性可将巷旁支护分为刚性、有限可缩量、大可缩量几种。传统的巷旁支护有木垛、密集支柱、研石带、混凝土砌块等.①木垛巷旁支护的优点是稳定性好、架设劳动强度小;缺点是增阻速度慢、可缩量大、支护阻力小、巷道控顶宽度大、留巷效果差，不能密闭采空区、木材消耗量大，适用于薄及中厚煤层.。②密集支柱巷旁支护与木垛相比，其优点是可缩量小、早期支撑性能好、巷道控顶宽度小、切顶效果较好;缺点是可缩量小、支护阻力小、稳定性差，不能密闭采空区、木材消耗量大，适用于脆性顶板、中等稳定的薄及中厚煤层.③矸石带巷旁支护的优点节省支护材料、稳定性较好;缺点是研石带的可缩量大、前期支护阻力小、顶板下沉量大，构筑研石带的劳动强度大，密闭采空区效果较差，适用于顶板韧性较大的薄煤层.④混凝土砌块巷旁支护的优点是前期支护阻力大、增阻速度快、切顶效果好;缺点是可缩量较小、成本较高、构筑巷旁支护的劳动强度大，密闭采空区效果较好，适用于顶板中等稳定的薄及中厚、中硬以上的煤层.传统的巷旁支护存在支护阻力、可缩性等力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应、密闭性能差和机械化程度低等缺点，不利于巷道维护和防止采空区漏风与自燃发火，所以长期以来我国沿空留巷基本上只是应用在条件较好的薄及中厚煤层，条件困难或厚煤层中难以发展，多采用沿空掘巷.3沿空留巷带支护设计由沿空留巷围岩变化规律、支架工作阻力变化规律以及载荷构成分析可见，沿空留巷支护只有在适应围岩变形规律的基础上控制围岩变形，因此对支架有一定的要求。为了适应沿空留巷条件下“支架一围岩”相互作用的特点，支架不仅要有足够的工作阻力，而且要有与围岩移近量相适的可缩量。根据统计，沿空留巷的支架工作阻力应大于巷道上方4倍采高的冒落带岩层重量。支架结构的可缩量，对于围岩中等稳定条件一般可为400一600~，对于分层开采的下部各分层应达到600一800~。加上临时加强支柱，较快的增阻速度，使支架可缩稳定、具有与巷道围岩共同作用过程中仍能保持支架本身的工作特性。同时，沿空留巷支护必须具有较好的封闭性，既能保证对顶板、两帮的支护和控制，又能很好地隔绝采空区和预留的巷道，最大限度降低采空区瓦斯或其他有害气体、采空区积水进入预留巷道，隔绝空气进入采空区，降低采空区煤层自燃现象。4.我国沿空留巷技术存在问题到目前为止，我国在沿空留巷技术的应用方面进行了许多的探索，积累了丰富的经验，从薄煤层到厚煤层，从缓倾斜煤层到急倾斜煤层，都已有沿空留巷的成功经验。但是，由于我国煤矿地质条件多样，沿空留巷围岩控制机理研究复杂、巷旁支护技术还不十分完善，在沿空留巷技术研究与应用中仍存在着不足之处，使得一些矿井在应用沿空留巷技术中没有取得预期的效果，并限制了沿空留巷技术在我国更广泛的推广。目前在支护设计思路、巷内支护、巷旁支护及理论研究方面还存在一定问题。①支护设计思路问题以往采用沿空留巷技术，支护设计思路不合理，大多将工作面回采前的巷道掘进与回采后的留巷相互独立，没有统筹考虑，没有将沿空留巷视为一项系统工程，如在对需要保留的巷道掘进前，进行巷道支护形式选择和支护参数设计时，没有预先考虑后期沿空留巷技术的需要，从而导致沿空留巷后巷内支护体强度不能满足两次采动影响的要求、巷内支护与巷旁支护不匹配，使留巷效果达不到预期目标，甚至失败。②巷内支护问题1)大量理论研究和生产实践表明，如何提高巷道围岩强度，并正确选择合适的巷内支护方式是保证所留巷道在留巷后巷道稳定的关键。随着综采、综放采煤技术的发展，工作面采高逐渐加大，由于工作面一次采出的煤层厚度增大，上覆岩层活动程度及波及的范围相应增加，回采巷道压力随采高的增加而增加，以及己采区和工作面采动引起的支承压力的叠加作用，使巷道围岩应力增加，使得工作面超前支承压力影响距离加大，矿压显现剧烈，沿空留巷的顶板下沉量随开采厚度增加而增大，在工作面前方附近，巷道断面收缩率较大，若不采取合理的巷内支护方式将所留巷道的变形控制在一定的范围内，则很难保证所留巷道在下区段回采时能正常使用。以前国内沿空留巷巷内支护多采用金属支架，属被动支护，即使加大型钢重量、减小棚距仍难以维护所留巷道的稳定，因此有必要采用一种能主动提供支护阻力的巷内支护方式。2)巷内与巷旁支护方式选型和参数的选择上不够合理，造成巷内与巷旁支护不能共同维护沿空留巷的稳定。随着沿空留巷技术在中厚煤层和综合放顶煤中的应用，随着留巷断面的不断扩大，巷道围岩变形量增加、巷道维护越来越困难，原来所用的金属支架型钢重量不断增加，棚距日益减小，留巷支护费用和维护费用显著增加，而且施工、运输更加困难和复杂，同时由于金属支架属于被动支护，支护的可靠度不高，即使加大重量、减小棚距仍难以维护条件困难的留巷。③巷旁支护问题l)巷旁支护作为沿空留巷的一个技术难点，在我国一直没有得到很好地解决。传统的巷旁支护存在支护阻力、可缩性等力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应、密闭性能差和机械化程度低等缺点，不利于巷道维护和防止采空区漏风与自燃发火。所以，长期以来我国沿空留巷基本上只是应用在条件较好的薄及中厚煤层，条件困难或厚煤层中采用这种方式留巷成功率不高，大部分留巷需要翻修方可复用。传统的巷旁支护方式只适用于中厚以下煤层的低瓦斯矿井和无自然发火倾向的煤层。高水速凝材料与高水灰渣材料巷旁充填、硬石膏等风力充填，都需要建立一套较为复杂的充填系统，而且充填设备性能不佳、充填材料成本较高。2)在薄煤层进行沿空留巷，巷旁支护阻力一般较小，甚至有时不需要进行巷旁支护;但随着采高的增大，巷旁支护阻力必然大大增加。但不论是传统的木垛巷旁支护还是最新的高水材料巷旁充填支护，它们都属于被动支护，只有当顶板垮落压在支护体上时，它们才会对顶板施加支护阻力，而不是在顶板垮落之前就主动对顶板施加支护阻力。而巷旁支护的初始阻力对顶板支护有着十分重要的作用。因此有必要寻求一种能主动提供支护阻力的巷旁支护方式，增加巷旁支护的初始阻力。④沿空留巷理论研究问题l)在巷旁煤体对沿空留巷顶板稳定的作用方面研究还不够。己往建立的沿空留巷力学模型，一般只考虑顶板岩层同支架之间的相互作用关系，把巷旁煤体仅作为刚性支座来考虑。然而，煤体的不同力学性质同样对留巷顶板岩层的稳定起着重要的作用。所以有必要对沿空留巷顶板岩层控制规律进行深入研究，在研究沿空留巷“支护—围岩”相互机理时，应更深入地研究煤体与沿空留巷顶板以及支护的相互作用，不仅应考虑顶板、支护间的关系，而且更要考虑煤体与顶板岩层及支护三者间的关系。2)沿空留巷与一般的回采巷道不同，其巷道的一侧帮为煤体，另一侧帮为巷旁支护体，属大变形围岩，同时，还必须承受掘进和两次强烈的采动产生的叠加应力的影响，矿压显现剧烈，它是一项极其复杂的工程技术，但到目前为止，对沿空留巷围岩控制机理研究不够深入，对沿空留巷所处的应力环境及其矿压显现规律掌握不够，构建的沿空留巷受力模型还不完善，还没有一套行之有效的沿空留巷支护参数设计方法，不能很好的指导沿空留巷工程实践，从而带来以下两种后果:一是因缺乏理论上的正确指导，在沿空留巷支护设计时，认为安全系数越高越好，造成不必要的经济损失;二是在沿空留巷设计时，常因巷内支护和巷旁支护参数选择不合理而导致留巷失败，影响正常生产和煤矿安全，并造成重大的经济损失。5沿空掘巷特点由于沿空巷道的矿压显现与一般的实体煤中掘进的回采巷道不一样，在本区段工作面回采后，由于顶板冒落及上覆岩层的移动，围岩应力将发生重新分布，相邻区段所形成的固定支承压力和本区段工作面超前支承压力叠加，其巷道围岩变形破坏严重、变形量大。尽管采用了加大支护刚度等一系列措施，但巷道维护仍然十分困难，严重影响着矿井的安全生产。90年代以前中厚煤层沿空掘巷多采用金属支架维护，包括矿用工字钢梯形棚支架和U型钢拱形可缩支架维护，90年代以后随着高强锚杆支护技术的发展，中等稳定程度以上的综采煤层巷道普遍采用锚杆支护，沿空掘巷锚杆支护也取得了成功。6沿空掘巷支护类型矿用工字钢梯形棚支护矿用工字钢梯形棚支护有着支护形式简单、操作方便、取材简单、支护适应性强等特点。矿用工字钢梯形棚支护有其自身的优点，但也有其自身的不足。采用工字钢梯形棚支护时，由于支架与围岩接触不好，初期处于空松状态，支架被动等劲，随着煤体变形逐渐与支架接触，支架才与围岩相互作用。初期围岩受约束力很小，软弱煤体松动范围变大，煤体承载较低，造成支架载荷较大，由于沿空巷道围岩变形特征的特殊性，在掘进期间基本能满足巷道支护的要求，但巷道施工时工人劳动强度大，巷道推进缓慢，管理较为复杂。在回采期间采用工字钢梯形支架支护时，由于老顶回转变形较大，破坏后的煤体挤向巷道空间，棚腿变形急剧加大，弯曲、折断较多，巷道有效断面迅速减小，支架变形严重，稳定性差，极易发生垮棚、冒顶、堵人等事故。当巷道位移量较大时、需要维修，同时过大的变形使支护系统的整体安全性得不到根本保障。同时在回采期间替棚工作量较大，安全隐患增多，并且由于沿空巷道变形量大，支架产生严重变形，工字钢的复用率极低，造成支护成本加大。型棚支护U型棚解决了梯形工钢稳定性差、不能适应围岩的大变形的特点，其适用范围较矿用工字钢梯形棚的大。但U型棚有也其自己的缺点:当采用U型棚支护时，由于围岩的应力大、蠕变速度不均而使得支架构件局部承载，常常出现支架顶梁弯曲、棚腿扭折、卡缆崩裂等现象，使支架失去承载能力，折损比较严重，巷道维修工程量较大。随着矿井机械化程度的提高，采用U型棚支护的回采巷道不能满足机械化开采快速推进的要求，特别是沿空掘巷的支护问题更加突出，成为制约工作面高产、高效的瓶颈。.锚杆支护煤巷锚杆支护是我国煤矿自综采之后的第二次支护技术革命。自1996年以来，质量上有了显著提高，数量上有了迅猛发展。通常使用的锚杆支护属于“主动”支护，在锚杆安装后及时对围岩提供支护阻力，而且随着围岩的变形，支护阻力不断增加，因而能够及时、有效地强化围岩强度，防止围岩早期离层和控制围岩变形，从而保持围岩的稳定。由于沿空巷道在回采期间变形量大，从支护与围岩运动统一的角度及支护与围岩的相互作用关系出发，寻求防止支架因局部承载而遭受破坏、减少巷道维修工程量的沿空巷道支护方法是及待解决的研究课题。随着锚杆支护理论和技术的发展，锚杆支护在沿空掘巷中的成功运用，为推动窄煤柱沿空掘巷的应用起到了重要作用。锚杆支护与传统的棚式支护相比，具有显著的技术、经济优越性。其主要表现在：:锚杆支护充分利用巷道围岩的自承能力将载荷体变为承载体，为主动支护，而一般棚式支护属被动支护;与棚式支护相比，锚杆支护更有利于改善巷道的维护状况，保持巷道围岩的长期稳定，在相同生产地质条件下，锚杆支护的巷道围岩变形量通常要比棚式支护减少一半以上;锚杆支护还可以节约大量钢材，减少材料辅助运输和减轻工人劳动强度，还有利于快速掘进;锚杆支护的巷道能适应大变形要求，在巷道服务期间，基本不需要维修就能保证巷道的正常使用;在使用机械化程度较高的回采工作面，锚杆支护巷道减少了棚式支护巷道的替棚工作量，有利于回采工作面的安全、快速推进。7沿空掘巷支护技术在沿空巷道支护中，合理的支护形式对巷道围岩控制起着重要的作用，支护体与围岩相互作用的理论研究成果证明:支护强度是控制巷道围岩剧烈变形的关键因素，只有在支护强度大于时，才能有效控制巷道的剧烈变形，而这是现有的单一支护形式所不能达到的。即使是U型钢支架，在支架受力不均匀的情况下，支架支护强度也只能达到一，不仅难以控制巷道的剧烈变形，而且在掘进期间会影响巷道的掘进速度，在采动影响期间，会造成支架的大量损坏，给支架回收工作带来困难。由此可见，仅仅依赖巷道支架本身的支护能力，很难控制巷道的剧烈变形，必须充分发挥巷道围岩自身的承载能力。实践证明，锚杆支护作为一种主动支护形式，对于改善巷道围岩结构特性，提高围岩自承能力方面具有独特的优势，并且成本低，在世界上的主要产煤国家中得到了广泛的应用。掘进期间锚杆支护技术分析锚杆支护与传统的棚式支护相比，锚杆支护充分利用巷道围岩的自承能力将载荷体变为承载体，为主动支护，而一般棚式支护属被动支护，与棚式支护相比，锚杆支护更有利于改善巷道的维护状况，保持巷道围岩的长期稳定，且能适应大变形。当回采巷道采用小煤柱沿空掘巷时，要保证巷道支护系统具有良好的支护性能，由于窄煤柱沿空掘巷围岩变形剧烈程度与巷道围岩介质属性和上覆岩体结构关系很大，而巷道上覆岩体结构的载荷变化和结构的运动方式决定了巷道在回采期间大变形的必然性，这就要求巷道支护形式能够适应大的围岩变形，实现支护系统的高强可缩，具有这样特征的支护形式只有锚杆支护系统才能满足这些要求。传统的悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论等锚杆支护理论是根据处于弹性状态的完整岩体提出的，而且适用于特定的条件。对于围岩处于峰后强度和残余强度的破裂岩体，上述理论不能解释锚杆支护的作用机理。近期国内外一些学者研究了锚杆支护对岩石处于峰后的状态下的力学性质的改善和锚杆支护参数的改变对围岩稳定状态的影响，研究表明:(l)锚杆支护巷道围岩强度强化理论认为，破碎岩体中布置的锚杆强化了岩体的内聚力、内摩擦角、残余内聚力、残余内摩擦角和极限强度、残余强度，而且这些参数随锚杆支护强度的提高而增加，极限强度、残余强度提高到一定程度就能保持围岩稳定。(2)围岩强度强化理论是发展高(超高)强度锚杆的理论依据，锚杆初锚力和支护强度对保持围岩的稳定性具有极其的重要性。锚索的作用是控制锚固区外部较高处的离层和防止巷道顶板两角的剪切破坏。(3)不同的锚杆布置参数所形成的锚固体的力学性态有较大的不同，短而密的锚杆群支护所加固的板，受剪而呈现高阻，表现出围岩变形较小而应力较大，也就是说支护体的刚度较大;长而稀的锚杆群支护所加固的板，易产生弯拉型失稳破坏，表现出围岩变形较大而应力较小，也就是说刚度较小(柔性)。从锚固体的围岩受力特征看出，破裂岩体的极限强度和残余强度随支护阻力的增加而不断强化，达到一定程度就能保持围岩的稳定。从图中还可以看出，在支护阻力为O的情况，即围岩的残余强度很低，不利于沿空巷道围岩的控制，采用架棚支护就属于这种情况;当采用锚杆支护时，属于主动支护，在支护初期可以结围岩施加一定的预紧力，从图中可以看出，当支护阻力在时，围岩的残余强度增加数倍，这就是锚杆支护设计、支护参数研究的沿空巷道围岩控制技术综合分析基本依据。但当地质条件较差时，不能保证锚杆支护有良好的锚固性能时，要采用架U型棚或采用复合支护。回采期间支护技术分析由于沿空巷道围岩变形特征的特殊性，由前面沿空巷道围岩结构和围岩的稳定性分析表明:沿空巷道在掘进期间围岩变形不太明显，围岩相对较稳定，但在回采期间，巷道的变形量较掘进期间大得多，实际工程实践中变形量数以米计，多数沿空巷道在回采期间破坏，要进行卧底、撕帮等维修后才能正常使用。分析其主要原因是巷道超前加强支护范围过短、支护强度过低，对煤柱没有采取加固措施。1.合理加强支护范围合理的超前加强支护对保持沿空巷道围岩稳定性有着重要的作用，一般煤矿都是凭借实体煤巷道超前加强支护的范围来类比确定超前加强支护范围，超前支护的范围为20-30m不等，在巷道遭到支承压力影响破坏后才进行维护、加强支护，所以造成沿空巷道维护难度大、维护成本高、制约回采工作面的安全生产。沿空巷道上覆岩层结构决定了本区段超前支承压力对其影响较敏感，主要是因为受采动影响，上覆岩层在支承压力作用下由静止状态变为运动状态，煤柱本来呈塑性状态，其承载能力较低，在超前支承压力作用下，表现出大的位移，甚至整体向巷道内移。造成煤柱向巷道内整体移动的其它原因还有超前加强支护的范围过小、加强支护强度过低、锚杆布置不合理(许多矿井都是沿煤层布置)。因此沿空巷道超前加强支护范围要和支承压力影响范围一致，确定合理的超前加强支护范围采用理论计算并辅以计算机数值模拟同时进行研究确定。2.加强支护形式选择大多数矿井沿空巷道的超前加强支护形式主要采用单体液压支护配合金属顶梁加设走向棚，然而煤柱变形和顶板下沉量仍然较大，从而在有些矿井认为沿空巷道只有进行撕帮、卧底等维修才能正常使用。主要原因是没有认清沿空巷道在回采期间的围岩的变形特征。沿空巷道在回采期间，其上覆岩层在支承压力作用下由静止变为运动状态，大结构发生回转变形，而巷道围岩小结构变形与大结构变形不同步，锚索的支护强度不够。同时由于煤柱在支承压力作用下变得更加破碎，承载能力进一步降低，表现出向巷道内大的位移。因此要从根本上解决沿空巷道超前加强支护的问题，必须充分利用巷道围岩的自身承载作用，在超前工作面支承压力影响范围内补打锚索，补强顶板锚固范围的围岩，使其与上覆岩层锚固成一整体，同时在巷道内补架采用单体液压支柱的加强棚。同时在沿空侧煤帮沿倾斜向上方向顶板补打帮锚索，增加煤柱的围压，以限制煤柱向巷道内位移，充分利用煤体的强度支撑顶板。