沿空掘巷技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題研究

白瑞卓

摘要：沿空掘巷即巷道沿已回采的相鄰工作面空區(qū)邊緣掘進(jìn)，留設(shè)小煤柱，從而將巷道布置在低應(yīng)力場(chǎng)，有利于控制變形量和巷道維護(hù)。但由于煤體硬度較低，煤柱受采動(dòng)應(yīng)力影響后較為酥軟，裂隙發(fā)育。沿空掘巷掘進(jìn)時(shí)，沿空側(cè)的巷幫支護(hù)收縮變形量大，移交時(shí)不得不再次翻修，大量投入勞動(dòng)力不僅造成浪費(fèi)，而且嚴(yán)重影響進(jìn)度。回采期間受采動(dòng)影響，巷道收縮變形加劇，需重復(fù)翻修。近年來(lái)，注漿加固技術(shù)在礦山建設(shè)中得到了廣泛的使用，注漿支護(hù)手段越來(lái)越先進(jìn)，各種注漿支護(hù)材料層出不窮，所取得的經(jīng)濟(jì)效益非常可觀，支護(hù)效果越來(lái)越可靠和明顯。

關(guān)鍵詞：沿空掘巷；巷道支護(hù)；技術(shù)應(yīng)用

1 概述

在上一個(gè)回采工作面區(qū)段運(yùn)輸平巷被廢棄之后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，等待采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)基本穩(wěn)定后，沿被廢棄的巷道（或采空區(qū)）邊緣，掘進(jìn)下一個(gè)工作面的區(qū)段回采巷道，稱為沿空掘巷。根據(jù)煤層賦存情況、地質(zhì)條件和所采取的技術(shù)措施的不同，沿空掘巷可分為三種方式，即完全沿空掘巷、留小煤柱掘巷和保留老巷部分?jǐn)嗝娴难乜站蛳铩Ｑ乜站蛳锏膬?yōu)點(diǎn)：巷道在煤體邊緣的應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)掘進(jìn)，巷道壓力小，有利于巷道維護(hù)。煤體邊緣經(jīng)受過(guò)支承壓力的破壞作用后，瓦斯得到自然釋放，對(duì)有沖擊地壓和瓦斯突出的煤層可以大大減少其危險(xiǎn)性，有利于保證巷道掘進(jìn)的安全。與留煤柱護(hù)巷相比，可提高煤炭的采出率。與沿空留巷相比，可縮短巷道的維護(hù)時(shí)間，減少維護(hù)費(fèi)用。由于沒(méi)有留設(shè)護(hù)巷煤柱，改善了下覆煤（巖）層的地應(yīng)力狀態(tài)，即在下覆煤（巖）層中不再形成應(yīng)力集中區(qū)，或應(yīng)力集中區(qū)的范圍較小，強(qiáng)度降低。沿空掘巷的缺點(diǎn)：沿空掘巷與老采空區(qū)相通或留設(shè)很窄的煤柱，會(huì)造成巷道和采空區(qū)之間的漏風(fēng)，不利于巷道通風(fēng)。完全沿空掘巷和保留老巷部分?jǐn)嗝娴难乜站蛳?，由于巷道一?cè)為采空區(qū)，上區(qū)段的老空區(qū)積水和碎矸石易進(jìn)入巷道內(nèi)，嚴(yán)重影響巷道的施工和使用。由于沿空掘巷需在上區(qū)段回采完畢，等待采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)基本穩(wěn)定后方可開(kāi)始掘進(jìn)，不利于同一區(qū)域同時(shí)布置采掘平行作業(yè)。沿空掘巷方式的選擇：為了充分發(fā)揮沿空掘巷的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避其缺點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐條件，設(shè)計(jì)中決定應(yīng)用留設(shè)小煤柱的沿空掘巷方式。小煤柱對(duì)擋矸和防止采空區(qū)積水進(jìn)入巷道能起一定作用，同時(shí)也會(huì)減少巷道的漏風(fēng)；巷道在煤體內(nèi)掘進(jìn)，兩側(cè)為煤壁有利于提高掘進(jìn)速度。

2 回采工作面巷道布置方式

巷道布置方式。煤礦回采工作面巷道布置方式有多種，按回采工作面巷道側(cè)是否留設(shè)煤柱分類，可分有煤柱護(hù)巷和無(wú)煤柱護(hù)巷；按工作面運(yùn)輸巷道數(shù)量分類，可分為雙（多）巷布置和單巷布置。單巷布置按回風(fēng)巷布置方式可分為沿空留巷和沿空掘巷。沿空留巷方式為采用一定的技術(shù)手段將上區(qū)段的運(yùn)輸巷重新支護(hù)保留下來(lái)作為下區(qū)段回風(fēng)巷使用。沿空掘巷與沿空留巷不同的是，上區(qū)段運(yùn)輸巷不再被支護(hù)保留作為下區(qū)段回風(fēng)巷，下區(qū)段回風(fēng)巷為沿著上區(qū)段采空區(qū)邊緣進(jìn)行重新布置。

巷道布置方式比較。雙巷布置回采工作面巷道采用雙巷掘進(jìn)。巷道掘進(jìn)時(shí)，掘進(jìn)工作面通風(fēng)及排水相對(duì)容易，安全性較高。掘進(jìn)過(guò)程中，軌道巷超前運(yùn)輸巷，超前軌道巷沿煤層布置。在掘進(jìn)過(guò)程中，可進(jìn)一步摸清煤層變化情況，可為運(yùn)輸巷的掘進(jìn)定向。在回采過(guò)程中，工作面運(yùn)輸巷隨著回采工作的推進(jìn)而報(bào)廢，不需要進(jìn)行特殊的維護(hù)；同時(shí)，由于雙巷間煤柱的保護(hù)作用，軌道巷受回采的影響較小，維護(hù)工程量較小。工作面運(yùn)輸巷和軌道巷間設(shè)置聯(lián)絡(luò)巷，方便煤炭、材料運(yùn)輸以及通風(fēng)和行人。該方式的主要缺點(diǎn)是巷道掘進(jìn)時(shí)工作量較大；雙巷間煤柱得不到完全回收，煤柱損失量較大；以及軌道巷維護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用較高。沿空留巷布置方式，沿空留巷為單巷布置方式之一。由于該方式不需要重新布置下區(qū)段回風(fēng)巷，下一區(qū)段回采工作面僅需掘進(jìn)一條回采巷道即可，掘進(jìn)工程量較小，所需掘進(jìn)時(shí)間較短，回采工作面接替容易；同時(shí)，由于未進(jìn)行煤柱留設(shè)，無(wú)煤柱損失，煤炭回收率較高。但上區(qū)段運(yùn)輸巷留巷期間工作面前后方以及回采期間工作面前方頂板來(lái)壓較大，維護(hù)較為困難，安全性較低；且維護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用較高。沿空掘巷布置方式，沿空掘巷為單巷布置方式之一，下區(qū)段回風(fēng)巷緊鄰上區(qū)段采空區(qū)進(jìn)行掘進(jìn)布置。由于該方式回風(fēng)巷為重新布置，回風(fēng)巷在掘巷時(shí)可根據(jù)靠近煤柱一側(cè)的地應(yīng)力場(chǎng)的影響范圍選擇留設(shè)小煤柱或不留設(shè)煤柱進(jìn)行布置，避開(kāi)了高應(yīng)力區(qū)域，從而提高了安全性；同時(shí)，該方式只留設(shè)了少量煤柱或未留設(shè)煤柱，煤柱損失較小，煤炭回收率較高，而且工作面在回采過(guò)程中對(duì)工作面巷道不需進(jìn)行額外維護(hù)，費(fèi)用較低。

3 沿空掘巷的破壞機(jī)理及支護(hù)對(duì)策

巷道開(kāi)挖以后改變了原巖應(yīng)力狀態(tài)，垂直應(yīng)力向兩幫轉(zhuǎn)移，水平應(yīng)力向頂、底板轉(zhuǎn)移，形成垂直應(yīng)力在兩幫集中并顯現(xiàn)，水平應(yīng)力在頂、底板集中并顯現(xiàn)的現(xiàn)象。沿空掘巷的關(guān)鍵是控制煤柱寬度，若煤柱過(guò)大，則回采巷道布置在壓力增高區(qū)內(nèi)，將使巷道壓力大，支護(hù)困難。雖然小煤柱沿空掘巷躲開(kāi)了垂直應(yīng)力峰值，但隨著開(kāi)采深度的增加，非峰值區(qū)垂直應(yīng)力仍顯現(xiàn)比較明顯，容易失穩(wěn)，片幫嚴(yán)重。在高圍壓下深部巖（煤）體的脆弱塑性轉(zhuǎn)化具有較強(qiáng)的時(shí)間效應(yīng)，表現(xiàn)為明顯的蠕變或流變。沿空掘巷小煤柱蠕變到一定程度，幾乎不具備承壓能力，使得頂板的簡(jiǎn)支梁轉(zhuǎn)化為懸臂梁狀態(tài)，更易使頂板造成斷裂破壞，另一方面，也加劇了對(duì)實(shí)體側(cè)煤柱的壓力，產(chǎn)生更大的塑性流變，如此惡性循環(huán)，使巷道整體破壞。沿空掘巷控制兩幫是關(guān)鍵，一是提高小煤柱的強(qiáng)度，二是提高對(duì)兩幫煤體的約束效應(yīng)，控制小煤柱的塑性流變。根據(jù)煤柱的松動(dòng)圈情況設(shè)計(jì)錨索長(zhǎng)度，錨索安裝后即可張拉施加預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)支護(hù)，限制圍巖的變形破壞。注漿錨索采用高預(yù)緊力緊固及深部封孔，打破傳統(tǒng)“注漿必噴、先噴后注”的支護(hù)習(xí)慣，在不噴漿的情況下直接進(jìn)行高壓裸注，提高了漿液的擴(kuò)散半徑和對(duì)破碎圍巖的擠壓效果，通過(guò)充填裂隙形成網(wǎng)絡(luò)骨架，擠密?chē)鷰r提高圍巖整體性和承載能力，有效控制了大埋深高應(yīng)力作用下的塑形流變。錨索主動(dòng)支護(hù)和注漿加固的共同作用，提高了錨固強(qiáng)度和可靠性，增強(qiáng)了支護(hù)體的軸向和徑向約束力，避免錨索在動(dòng)壓作用下卸載或剪斷?；炷磷{添加劑可提高漿液流動(dòng)性，降低水灰比，增加水泥量，從而提高注漿強(qiáng)度，同時(shí)具有微膨脹性，防止混凝土凝固后塌落產(chǎn)生新的裂隙而影響注漿效果。提高支護(hù)的可靠性、合理性、經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)在巷道設(shè)計(jì)和施工中堅(jiān)持科學(xué)“避”壓與合理“強(qiáng)”支相結(jié)合。首先，要認(rèn)真優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，合理布置巷道。合理選擇層位，盡可能的布置在巖性較好的穩(wěn)定層位中。巷道應(yīng)布置在原巖應(yīng)力區(qū)或經(jīng)解放層開(kāi)采等應(yīng)力降低區(qū)，盡量避免在煤柱上、下方布置巷道。在圍巖受采動(dòng)影響穩(wěn)定后再掘進(jìn)巷道，不能布置在本煤層和鄰近煤層動(dòng)壓影響區(qū)域。采用無(wú)煤柱開(kāi)采或小煤柱護(hù)巷，護(hù)巷煤柱尺寸應(yīng)使巷道基本不受支承壓力影響。當(dāng)采用錨桿、錨索、錨注以及錨桿、錨索架棚聯(lián)合支護(hù)時(shí)，在支護(hù)的時(shí)間和空間順序上，不一定要一次支護(hù)到位，應(yīng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)耦合，對(duì)軟巖隨時(shí)間的非線性變化適時(shí)增加支護(hù)抗力，并在空間上應(yīng)由淺及深，分步加載。采用注漿錨索加強(qiáng)支護(hù)，保證了良好的支護(hù)效好，有效控制了巷道變形量，保證良好的安全作業(yè)環(huán)境；降低材料消耗，減少整體投入；提高作業(yè)效率，節(jié)省巷道維護(hù)時(shí)間，加快移交進(jìn)度；減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減化回采工序。

參考文獻(xiàn)：

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