頂板自行垮落沿空留巷無煤柱開采技術(shù)探討

張建國

摘要：近年來，隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國煤礦開采技術(shù)日益發(fā)展。雖然煤礦企業(yè)已經(jīng)廣泛應用了無煤柱開采沿空留巷技術(shù)，但在應用中仍存在許多不足。即在工作面回采過程中，通過有效的巷旁支護和巷內(nèi)支護技術(shù)，將本工作面的回采巷道保留下來，本文首先總結(jié)了沿空巷擋矸技術(shù)，然后分析了當前沿空留巷技術(shù)在應用過程中存在的不足，最后提出了在煤礦開采中應用沿空留巷技術(shù)的有效措施，供大家參考。

關(guān)鍵詞：煤礦開采沿空留巷技術(shù)

如今，我國煤礦開采技術(shù)種類繁多，技術(shù)水平不統(tǒng)一。一些煤礦采煤技術(shù)主要包括爆破、裝煤、運輸和支護。有些地區(qū)的礦山地質(zhì)條件不穩(wěn)定，導致采礦環(huán)境非常惡劣。如何在復雜地質(zhì)條件的開采環(huán)境下，綜合運用智能方法和開采技術(shù)，按照先進的開采技術(shù)完成煤礦開采，不僅可以節(jié)省時間和人力，而且還可以提高煤礦開采的可靠性，這是目前亟待解決的問題。

1 概述沿空留巷技術(shù)

沿空留巷技術(shù)是無煤柱開采技術(shù)的一大發(fā)展方向，在無煤柱的煤礦巷道開采中應用廣泛，該技術(shù)是通過對沿空巷道鄰近采空區(qū)的頂板進行雙向張拉聚能爆破，主動切斷頂板，在沿空巷道和采場側(cè)向頂板之間形成一條切縫結(jié)構(gòu)面，動壓來臨時，通過巷內(nèi)支撐、巷旁切縫、采場覆巖變形壓力擠壓的共同作用，促使側(cè)向頂板巖層沿切頂線位置及時斷裂垮落，使得沿空巷道頂板形成短臂梁結(jié)構(gòu)，消除了傳統(tǒng)可傳遞采場巖層移動變形壓力的巖梁結(jié)構(gòu)，避免了采場巖層移動變形向沿空巷道圍巖傳遞壓力的作用，減小了沿空巷道支護荷載和變形量，同時，切落的矸石充填了采空側(cè)巷幫，隔斷老塘，切落矸石又碎漲充填采空區(qū)，支撐上位巖層，限制上覆巖層繼續(xù)回轉(zhuǎn)和下沉變形，實現(xiàn)沿空巷道穩(wěn)定。由于其具有重要的利用價值，國內(nèi)外關(guān)于沿空留巷支護技術(shù)在煤礦開采中應用的相關(guān)研究正在積極開展，目前已取得顯著成效。

2 當前沿空留巷技術(shù)在應用過程中的不足

2.1 支架技術(shù)不先進

在以往的煤礦開采中，通常采用支護防護技術(shù)對井下巷道進行加固，可以保證采掘工作的正常進行。然而，這種支撐保護形式適用于煤層埋藏不深的地表。如果礦井較淺，很容易給支護帶來很大壓力。如果礦井煤層埋藏較深，支架的可靠性和安全性將大大降低。對于大型礦山，需要大量的支架，這也制約了大型礦山開采中支架防護的安全使用。此外，隨著科學技術(shù)的日益進步，傳統(tǒng)的支護保護暴露出越來越多的問題，如：施工難度大、類型復雜等，這根本不能滿足當前開采煤礦的實際需要。

2.2 煤矸石堆法的開采效率普遍不高

由于煤矸石堆法具有生產(chǎn)成本低、操作簡便等優(yōu)點，煤礦企業(yè)被廣泛應用于礦井頂板支護。但就煤礦而言，煤矸石缺乏一定隔離可靠性，開采煤礦經(jīng)常發(fā)生頂板下沉，不能滿足安全運行的相關(guān)要求，也不能保證煤礦開采的工作水平和工作質(zhì)量。此外，煤矸石堆法不先進，在實際開采中很可能會損失大量的物質(zhì)資源和人力資源。然而，與其他方法相比，煤矸石堆法的生產(chǎn)成本不高，現(xiàn)階段在我國許多煤礦廣泛使用，這在很大程度上阻礙了中國煤礦的穩(wěn)定有序發(fā)展。

3 沿空留巷新技術(shù)在煤礦開采中應用的有效措施

3.1 巷旁支護及擋矸封閉設(shè)計

（1）巷旁擋矸措施 為了防止周期來壓時頂板垮落巖石沖入巷道，工作面支架后方采用可縮 U 型鋼支架、單體液壓支柱及單層菱形網(wǎng)+噴漿組成的聯(lián)合擋矸支護形式。U 型鋼垂直巷道布置，頂端焊接 Φ40mm*200mm 的圓鋼，圓鋼彎斜角 15°，與炮孔傾角一直，以便將其插入炮孔內(nèi)，并能保持 U 鋼點柱直立。

（2）鋼管砼支護原理 鋼管混凝土是指將混凝土、輕骨料混凝土灌入鋼管而形成的一種組合材料，一方面由于鋼管臨界承載力極不穩(wěn)定，在鋼管中充填混凝土形成鋼管混凝土，混凝土的存在可以避免或延緩薄壁鋼管過早發(fā)生屈曲，另一方面，鋼管約束了混凝土，在軸心受壓荷載作用下，混凝土三向受壓，延緩了其縱向開裂，因此，通過兩種材料的組合彌補了彼此的弱點，充分發(fā)揮了彼此的長處，從而使鋼管混凝土具有很高的承載力，其極限承載力高于組成鋼管混凝土的鋼管和核心混凝土承載力之和，并且使得混凝土的塑性和韌性性能大為改善。

（3）老塘側(cè)封閉措施 為防止巷旁采空區(qū)漏風，沿空留巷與采空區(qū)內(nèi)有害氣體串通，需對切落矸石幫進行快速封閉。在單層菱形網(wǎng)內(nèi)側(cè)掛紗網(wǎng)，待切頂留巷礦壓顯現(xiàn)結(jié)束，圍巖變形終止以后，及時對巷旁切落矸石幫進行噴漿封閉施工，噴完以后，定期觀察，發(fā)現(xiàn)噴層開裂部位及地段，應當及時實施二次復噴。

3.2 認真做好事先支護沿空留巷工作

在實際開采中，為了保證支護效果，有必要提前做好支護工作，也就是說，在采煤工作面設(shè)備安裝之前需要對沿空留巷頂板進行恒阻器+鋼帶+高強錨索支護。并提前做好預裂切縫孔爆破工作，對于沿空順槽巷道圍巖壓力的控制，主要采用深孔預裂爆破技術(shù)和深孔切縫爆破技術(shù)，在沿空順槽走向切縫和傾向預裂，實現(xiàn)對覆巖移動、斷裂變形壓力的卸載和轉(zhuǎn)移，達到卸壓的目的。

3.3 不斷完善安全事故預防策略

3.3.1 瓦斯通風技術(shù)措施。當頂板堅硬時，會出現(xiàn)局部切頂后矸石垮落不充分，造成沿空側(cè)向頂板卡住無法下落，造成巷旁出現(xiàn)無法充填的空洞，造成瓦斯聚集空間和采空區(qū)漏風通道，對此首先采取局部傾向孔松動炮爆破挑頂，然后采取以下封堵措施：

（1）對于輕微，空區(qū)面積小的地方，采用局部掛設(shè)當風簾封閉，并及時檢測區(qū)

域瓦斯含量，制定好預案措施;

（2）對于局部空洞范圍較大，則需采取局部充填矸石進行封堵，主要采用起底

矸石裝入蛇皮袋，碼袋充填;

（3）對于局部漏風、自然傾向的煤層，則需采取微膠囊阻化劑緩釋泡沫高分子

發(fā)泡材料進行封閉;

3.3.2 留巷期間防漏風安全措施。為防范采空區(qū)漏風導致的災害，結(jié)合產(chǎn)生漏風需要同時具備兩個基本條件，一是存在漏風通道，二是漏風通道兩端存在風壓差，制定如下安全保障技術(shù)：

（1）減風降壓技術(shù)措施所謂減風降壓技術(shù)，就是在回采工作面及回風順槽有毒有害氣體濃度不超限的前提下，盡量減少回采工作面的供風量，從而減少回采工作面的風速和回采工作面上下兩端的風壓差，以達到減少往采空區(qū)內(nèi)的漏風量。

（2）隅角封堵技術(shù)措施上述可知，切頂留巷開采時，漏風將主要集中在進風隅角和工作面與留巷所圍成的 15m 三角區(qū)內(nèi)。為改變進風流在隅角處流向，避免進風流垂直射入進風隅角和采空區(qū)，在工作面支架后留巷段 0～15m 范圍內(nèi)懸掛風帳，降低三角區(qū)漏風量

總之，采空區(qū)側(cè)沿空留巷技術(shù)在我國煤礦企業(yè)中得到了廣泛的應用。這項技術(shù)不僅可以增加煤礦企業(yè)的經(jīng)濟利潤，而且可以保證煤礦開采的可靠運行，不會威脅到采礦人員的健康。因此，為了更好地促進我國煤礦企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，礦山企業(yè)必須提高機械化的應用能力，積極創(chuàng)新采煤方法，在沿空留巷技術(shù)的應用中，只有這樣，才能實現(xiàn)煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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（作者單位：中煤第一建設(shè)有限公司山不拉煤礦）