沿空留巷技術(shù)在礦井綜采中的應(yīng)用研究

楊勇

關(guān)鍵詞：沿空留巷;礦井;綜采

0 引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，可利用資源的總量也在不斷降低，煤炭作為重要的能源之一，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。除了部分礦井所處位置距離地表較淺以外，絕大多數(shù)的礦井都位于地下深處，具有一定的開采難度。通過(guò)將沿空留巷技術(shù)應(yīng)用到礦井開采過(guò)程中，不僅可以實(shí)現(xiàn)最大效率的礦井開采，而且對(duì)于提升礦井開采效果也有著積極地意義。

1 留巷技術(shù)概況

自從1960年以來(lái)，中國(guó)包括當(dāng)時(shí)世界其他主要采煤大國(guó)為了增加礦井的綜合經(jīng)濟(jì)收益，都采取了少挖坑道和增加生產(chǎn)的連續(xù)性等一系列辦法，采用往復(fù)式“Z”形來(lái)開采地下礦井，留出前進(jìn)式和后退式兩種工作面沿空留巷，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)煤柱開采，大大增加了人們對(duì)天然礦井資源的利用率。這種沿空留巷技術(shù)在全世界范圍內(nèi)開始推廣，其中做的最好的國(guó)家是前蘇聯(lián)、德國(guó)、波蘭和英國(guó)等一些西方國(guó)家，他們這些國(guó)家在能源開采方面的重視程度非常之高，非常能夠鉆研怎樣才能更好的利用這種一次性的礦井資源，珍惜大自然的饋贈(zèng)。加上他們這些國(guó)家實(shí)力雄厚，又是老牌的工業(yè)強(qiáng)國(guó)，科技水平較之中國(guó)要高出不少，因而在煤炭開采的前沿技術(shù)上遙遙領(lǐng)先于全世界。

2 沿空留巷技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

2.1 支護(hù)方式不穩(wěn)定

支護(hù)方式不穩(wěn)定也是常見的問(wèn)題之一。以沿留空巷技術(shù)為基礎(chǔ)，采用巷幫填充支護(hù)方式進(jìn)行頂板結(jié)構(gòu)的支護(hù)操作，該方式具備很強(qiáng)的靈活性，在很多礦井企業(yè)都有著非常不錯(cuò)的應(yīng)用。但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于礦井開采環(huán)境的變化過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，因此在利用該技術(shù)進(jìn)行支護(hù)時(shí)，所需要承受的壓強(qiáng)值一直處于動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，整個(gè)礦井頂板材料的承壓能力較大，在長(zhǎng)期受壓的情況下，很容易出現(xiàn)頂板結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的情況。部分企業(yè)所使用的填充材料綜合強(qiáng)度較差，這也增加了安全事故的發(fā)生幾率。

2.2 支架過(guò)于密集

因?yàn)榈V井企業(yè)用的是無(wú)煤柱的開采方法，應(yīng)用了沿空留巷的前沿技術(shù)，但是這項(xiàng)技術(shù)的正確應(yīng)用與支護(hù)的牢固可靠是分不開的。他們架設(shè)了大量的支架來(lái)進(jìn)行坑道的搭建。但是他們的支架材料，或者說(shuō)是大部分礦井企業(yè)的支架運(yùn)用的支架材料的選擇基本上都不是非常正確。因?yàn)檫@種方式進(jìn)行留巷作業(yè)需要的支護(hù)材料品種非常的多，而且給工人們帶來(lái)了巨大的勞動(dòng)量，但是支護(hù)效果卻非常差勁，采空區(qū)的隔離也未能達(dá)到理想中的隔離效果。

2.3 支護(hù)效果不太理想

結(jié)合以往的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，目前在礦井開采過(guò)程中，經(jīng)常使用的支護(hù)方式便是砌墻法，該方法具備操作成本低，施工簡(jiǎn)單的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可以作為臨時(shí)支護(hù)來(lái)提高煤層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。不過(guò)從支護(hù)效果來(lái)看，該手段無(wú)法讓頂板與隔離墻緊密貼合在一起，空隙的形成也使得后續(xù)頂板形變的情況得不到根本改善，從而增加了安全事故的發(fā)生幾率。而煤矸石堆法則是另一種支護(hù)方式，與砌墻法類似，該方法所形成的隔離墻穩(wěn)定性相對(duì)較差，并且需要消耗較多的人力成本，不利于礦井企業(yè)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

2.4 實(shí)際應(yīng)用研究問(wèn)題

在二次回采時(shí)，沿空留下的巷道會(huì)表現(xiàn)出一些與一般巷道不同的特點(diǎn)。這是由于這種巷道一幫為實(shí)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?jiǎng)×业枚?，這是因?yàn)樗纫艿骄蜻M(jìn)時(shí)的采動(dòng)影響，又要受到兩次采動(dòng)的影響，比普通巷道多受一次采動(dòng)影響。到目前為止，對(duì)沿空留巷圍巖控制機(jī)理研究不夠深入，對(duì)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(jì)方法，不能很好地指導(dǎo)沿空留巷工程實(shí)踐。

3 加強(qiáng)沿空留巷技術(shù)應(yīng)用的措施

3.1 優(yōu)化大巷道的支護(hù)方式

首先，引進(jìn)提前支護(hù)技術(shù)。在具體的應(yīng)用過(guò)程中，需要結(jié)合礦井地質(zhì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況來(lái)選擇相應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，一般情況下，選擇綜合強(qiáng)度較大的螺紋錨桿和梯形鋼結(jié)構(gòu)即可滿足提前支護(hù)的要求。同時(shí)在巖壁內(nèi)植入應(yīng)力鋼筋，將其與支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，提高結(jié)構(gòu)的整體性。其次，加強(qiáng)頂板支護(hù)。在礦井開采過(guò)程中，頂板結(jié)構(gòu)變形不僅會(huì)壓縮巷道的預(yù)留空間，而且還會(huì)加寬煤層結(jié)構(gòu)裂隙，提高安全事故的發(fā)生幾率。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要結(jié)合不同的應(yīng)用情況選擇恰當(dāng)?shù)捻敯逯ёo(hù)技術(shù)。在具體的操作過(guò)程中：進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)澆筑之前，需要提前預(yù)留出足夠的應(yīng)用空間，借助混凝土石墻結(jié)構(gòu)來(lái)提升頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合強(qiáng)度，而墻體結(jié)構(gòu)的澆筑厚度需要控制在1.5m左右;在混凝土澆筑過(guò)程中，可以借助的梯形鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，并能在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置錨索和錨網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從而起到強(qiáng)化支護(hù)效果的作用。

3.2 加強(qiáng)沿空留巷的安全管理

在礦井開采過(guò)程中，任何時(shí)刻都需要關(guān)注安全問(wèn)題。分析大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，造成沿空巷道不安全的因素主要是巷道支護(hù)強(qiáng)度和瓦斯問(wèn)題。沿空留巷的關(guān)鍵在于采用一些有效的支護(hù)技術(shù)來(lái)靠近采空區(qū)邊緣的巷道，如果不能使巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)，則在開采時(shí)存在很大的安全隱患。在進(jìn)行沿空留巷時(shí)，還需要考慮工作面開采支承壓力重新分布對(duì)巷道的影響。通常情況下，在回采期間，沿空留巷的巷道所承受的壓力更大，承受的最大壓力是正常情況下的2倍。根據(jù)礦井內(nèi)所開采施工的特點(diǎn)和礦體結(jié)構(gòu)的變形破壞機(jī)理，保持礦井內(nèi)礦體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)是：合理的支護(hù)設(shè)計(jì)，堅(jiān)固礦井的合理支護(hù)、頂板的合理支護(hù)，對(duì)邊角進(jìn)行加固。此外，還需要關(guān)注巷道支護(hù)的時(shí)效性。由于沿空巷道受到動(dòng)壓的影響，很難保證巷道長(zhǎng)時(shí)間支護(hù)的穩(wěn)定性，可能會(huì)很難滿足下個(gè)工作面的回采需求。沿空留巷需要關(guān)注的另一個(gè)問(wèn)題就是采空區(qū)的瓦斯涌出問(wèn)題。由于巷道靠近采空區(qū)一側(cè)，如果密封不嚴(yán)，巷道通風(fēng)時(shí)，大量的采空區(qū)瓦斯會(huì)涌出，嚴(yán)重威脅礦井的生產(chǎn)安全。與此同時(shí)，沿空留巷還使得通風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)增加，導(dǎo)致巷道通風(fēng)困難，這也會(huì)影響生產(chǎn)安全。因此，在支護(hù)完成后，需要定期對(duì)巷道靠近采空區(qū)一側(cè)進(jìn)行檢查，防止出現(xiàn)大量瓦斯逸出的現(xiàn)象。

3.3 優(yōu)化巷道預(yù)警系統(tǒng)

通過(guò)優(yōu)化巷道預(yù)警系統(tǒng)，能夠提高整個(gè)開采過(guò)程的安全性，降低安全事故的負(fù)面影響。在礦井開采過(guò)程中，常見的危險(xiǎn)因素便是瓦斯?jié)舛群晚敯褰Y(jié)構(gòu)塌落。對(duì)此在構(gòu)建預(yù)警系統(tǒng)時(shí)，可以借助云計(jì)算技術(shù)確定不同深度瓦斯?jié)舛鹊念A(yù)警值，在巷道內(nèi)安裝相應(yīng)的感應(yīng)裝置，對(duì)于巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛惹闆r進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督。頂板變形情況與該情況類似，也可以通過(guò)在合適位置安裝傳感裝置來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)督巷道內(nèi)的基本情況。一旦某一項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)警線，便會(huì)在井底啟動(dòng)預(yù)警裝置，及時(shí)組織人員進(jìn)行疏散，從而提高整個(gè)開采過(guò)程的安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)

沿空留巷技術(shù)作為一種提升礦井收益的巷道留設(shè)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)煤炭資源充分開采利用的有效手段，礦井管理者必須高度重視相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，在生產(chǎn)中積極組織專業(yè)力量，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，開展針對(duì)性探究，總結(jié)不同條件下的沿空留巷工藝，實(shí)現(xiàn)沿空留巷的廣泛應(yīng)用，從而為煤炭產(chǎn)業(yè)更好的發(fā)展提供推動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)：

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