沿空留巷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與存在的問題分析

【摘要】沿空留巷技術(shù)可以減少巷道掘進(jìn)量，減少護(hù)巷煤柱的留設(shè)，增加資源回收率。同時，還可以解決上隅角瓦斯積聚問題，避免采空區(qū)煤柱自燃發(fā)火的問題。文章首先對我國沿空留巷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了歸納總結(jié)，然后分析了我國沿空留巷技術(shù)存在的問題，最后以一個工程實例說明了沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】沿空留巷；現(xiàn)狀；問題

前言

我國的煤礦開采絕大多數(shù)采用井工開采，為此需要掘進(jìn)大量的巷道。據(jù)統(tǒng)計，我國每年為煤礦開采而新掘的巷道長達(dá)2.4萬km。過去，采區(qū)平巷一直沿用留煤柱的方法進(jìn)行護(hù)巷，即在工作面之間留設(shè)一定寬度的煤柱，用于防止工作面與相鄰采空區(qū)通透漏風(fēng)而引起采空區(qū)的自然發(fā)火，同時也兼顧了工作面礦山壓力的影響。采用煤柱護(hù)巷，其主要缺點是會造成大量煤炭資源的損失，其損失的煤炭資源往往占到全礦煤炭損失的40%。另外，如果煤柱留設(shè)不合理，還會使覆巖應(yīng)力在煤柱處形成集中，對其伏巷造成破壞。因此，研究區(qū)段無煤柱護(hù)巷，對安全生產(chǎn)、提高煤炭回采率和增加經(jīng)濟(jì)效益等都具有十分重要的意義。

1、我國沿空留巷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

沿空留巷技術(shù)在我國的應(yīng)用最早可以追溯到上世紀(jì)五十年代，之后一直是煤礦開采的重要研究方向。按照沿空留巷的支護(hù)方式，我國沿空留巷技術(shù)到目前為止大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，具體如下：

（1）從上世紀(jì)五十年代起，首先在薄煤層開采中探索巷道的二次使用問題。具體做法是用采出的矸石在巷道旁邊砌筑墻體，用于維護(hù)工作面后方巷道。但是用矸石砌筑的墻體，在應(yīng)力作用下下沉變形量很大。墻體下沉后，載荷轉(zhuǎn)移到巷道內(nèi)的支架上，很多支架因此而被壓壞，工人的安全也受到一定的威脅。

（2）上世紀(jì)八九十年代以后，綜合機械化采煤技術(shù)在我國廣泛推廣使用。使用該技術(shù)后，工作面推進(jìn)速度大大加快，采高也可以根據(jù)需要增大很多。但這也帶來了新的問題，即巷道變形速度和變形量增大，巷道維護(hù)工作面臨著新的挑戰(zhàn)。對此，我國煤礦工作者在借鑒國外沿空留巷技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了巷旁充填護(hù)巷技術(shù)。這一階段，沿空留巷技術(shù)從理論和技術(shù)上都有了較大的發(fā)展，但由于巷內(nèi)支護(hù)大多為被動支護(hù)，支護(hù)效果不夠理想，加之巷旁充填技術(shù)又不完善，結(jié)果巷道變形量較大，不能滿足大斷面沿空留巷的要求。因此，到90年代中后期，沿空留巷的應(yīng)用范圍不僅沒有擴大，反而出現(xiàn)了減小趨勢。

（3）進(jìn)入本世紀(jì)以后，錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)和巷旁充填技術(shù)的不斷發(fā)展，我國將沿空留巷技術(shù)由薄煤層工作面推廣到了厚煤層綜放工作面。如大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)有限公司一綜放工作面進(jìn)行了綜放大斷面沿空留巷試驗。所選巷道在支護(hù)時，巷內(nèi)采用錨桿+錨索+噴漿聯(lián)合支護(hù)，巷旁支護(hù)運用高水材料充填加上空間錨栓加固網(wǎng)技術(shù)，成果地將上一階段的運輸巷道留作下一階段的回風(fēng)巷道使用。

2、我國沿空留巷技術(shù)存在的問題

2.1支護(hù)設(shè)計思路不盡合理

以往在運用沿空留巷的過程中，沒有將回采前的巷道掘進(jìn)與回采后的留巷結(jié)合起來考慮，做到統(tǒng)籌兼顧，而是將其視為兩個彼此獨立的過程。比如，對于那些準(zhǔn)備回采后繼續(xù)保留使用的巷道，在選擇支護(hù)形式和設(shè)計支護(hù)參數(shù)時，沒有預(yù)先考慮后期沿空留巷技術(shù)的有要求。結(jié)果巷道在第一次回采結(jié)束后就已經(jīng)發(fā)生較為嚴(yán)重的破壞，要想留下繼續(xù)使用，還得話費很多精力和費用進(jìn)行維修。

2.2巷內(nèi)支護(hù)問題

大量理論研究和生產(chǎn)實踐表明，如何提高巷道圍巖強度，并正確選擇合適的巷內(nèi)支護(hù)方式，是保證所留巷道在留巷后巷道穩(wěn)定的關(guān)鍵。隨著綜采、綜放采煤技術(shù)的發(fā)展，工作面采高逐漸加大，由于工作面一次采出的煤層厚度增大，上覆巖層活動程度及波及的范圍相應(yīng)增加，回采巷道壓力隨采高的增加而增加，以及已采區(qū)和工作面采動引起的支承壓力的疊加作用，使巷道圍巖應(yīng)力增加，使得工作面超前支承壓力影響距離加大，礦壓顯現(xiàn)劇烈，沿空留巷的頂板下沉量隨開采厚度增加而增大，在工作面前方附近，巷道斷面收縮率較大，若不采取合理的巷內(nèi)支護(hù)方式將所留巷道的變形控制在一定的范圍內(nèi)，則很難保證所留巷道在下區(qū)段回采時能正常使用。

2.3理論研究問題

在二次回采時，沿空留下的巷道會表現(xiàn)出一些與一般巷道不同的特點。這是由于這種巷道一幫為實體煤壁，另一幫則是人造幫，人造幫屬大變形圍巖，容易變形。另外，沿空留巷中巷道的礦壓顯現(xiàn)比普通巷道要劇烈得多，這是因為它既要受到掘進(jìn)時的采動影響，又要受到兩次采動的影響，比普通巷道多受一次采動影響。到目前為止，對沿空留巷圍巖控制機理研究不夠深入，對沿空留巷所處的應(yīng)力環(huán)境及其礦壓顯現(xiàn)規(guī)律掌握不夠，構(gòu)建的沿空留巷受力模型還不完善，還沒有一套行之有效的沿空留巷支護(hù)參數(shù)設(shè)計方法，不能很好地指導(dǎo)沿空留巷工程實踐。

3、工程實例

某煤礦3312綜采工作面走向長1284m，傾向?qū)挾仍?45～186m。該工作面為薄煤層綜采面，煤層厚度在1.3～2.1m，平均煤厚1.6m，臥底采煤，采高≥1.8m。底板為砂巖，厚度4.3～7.9m，平均厚度5.8m。直接頂主要為泥巖，厚度在2.7～8.2m，平均厚4.9m，局部為粉砂巖。老頂為中砂巖，厚度7.6～21.4m，平均厚15.4m?；仫L(fēng)巷采用沿空留巷技術(shù)，斷面形狀為斜梯形，留巷巷寬3.6m，中高2.2m。

3.1支護(hù)方案

巷道頂板支護(hù)方式為錨桿+錨索+槽鋼+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。其中所用錨桿規(guī)格為Φ20mm×2500mm，錨索為Φ17.8mm×6500mm，錨桿間排距900mm×1200mm，錨索間排距為1500mm×800mm。巷幫支護(hù)方式為錨桿+鋼帶+鋼筋網(wǎng)支護(hù)，錨桿規(guī)格與頂板支護(hù)中的錨桿相同，間排距為800mm×900mm，采用規(guī)格為2200mm×200mm×3mm的鋼帶。采空區(qū)側(cè)建造寬2m的走向充填帶，對巷旁進(jìn)行充填與封閉，并利用充填墻對巷道頂板進(jìn)行支護(hù)。為便于制作、輸送，采用水泥、粉煤灰和水按照質(zhì)量比4：6：3的比例混合均勻后作充填材料。試塊試驗表明，充填體充填后第3天強度為6.2MPa，第7天強度為6.7MPa，第14天強度為7.5 MPa，該強度可以滿足切頂阻力要求。在回采過程中，用雙排單體液壓支柱超前工作面15m進(jìn)行支護(hù)，待滯后到25～30m時回撤。

3.2支護(hù)效果

在回風(fēng)尾巷內(nèi)每隔8m布置一個觀測面，連續(xù)布置50個觀測斷面，觀測面內(nèi)采用十字布點法布置測點。通過對測點的觀測，發(fā)現(xiàn)巷道的頂?shù)装遄畲笠平繛?90mm，兩幫最大移近量為330mm，斷面收縮率在25%以內(nèi)，基本上可以滿足使用要求，只在局部地段需要進(jìn)行適當(dāng)修復(fù)。

4、結(jié)束語

沿空留巷技術(shù)可以減少巷道掘進(jìn)量，減少護(hù)巷煤柱的留設(shè)，增加資源回收率。同時，還可以解決上隅角瓦斯積聚問題，避免采空區(qū)煤柱自燃發(fā)火的問題。雖然目前該技術(shù)還有一些問題尚待解決，但他代表了綠色高效采礦技術(shù)未來的發(fā)展方向，值得廣大煤礦工作者對其進(jìn)行更多的探討和研究。