切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术应用探究

切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术应用探究

刘尚典

刘尚典

山东里能里彦矿业有限公司山东济宁273517

摘要：沿空留巷技术作为一种新型的井下巷道支护工艺，因自身显著的技术优势和经济优势，被越来越多的矿井使用。特别是在高瓦斯矿井中，有效实现了作业面的Y型通风，自根本上实现了上隅角瓦斯超限问题的解决，确保了回采作业的安全性。但由于沿空留巷巷道先后会经历多次强烈采动的扰动，尤其是本作业面回采时，巷道同时处于不同介质中，导致矿压显现现象十分强烈，巷道变形破坏现象突出，维护难度较大。因此，探寻高效的沿空留巷加固技术便显得极为重要。

关键词：沿空留巷技术；煤矿开采；应用

沿空留巷是将工作面下顺槽巷道保留下来供下一个工作面作为上顺槽巷道使用的方式，不仅能够实现无煤柱开采、Y型通风、缓解采掘接替紧张，同时还能够提高工作面煤炭回采率，沿空留巷已成为煤矿巷道技术革新的重要发展方向。近年来，随着锚杆、锚索主动支护技术的应用和高强度高延伸率锚杆、锚索新型材料的发展，为沿空留巷的发展提供了强有力的技术保障，煤矿中应用的沿空留巷技术要求具有安全性、便于操作、低成本和环保性等特点。

1、沿空留巷围岩控制机理

沿空留巷主要有带巷旁支护沿空留巷和切顶卸压沿空留巷两种技术形式。沿空留巷巷道围岩控制关键是要使巷旁支护体有足够的支护强度及适量的可缩量。为使上位岩层能够受到采空区冒落矸石及侧向煤体支撑，巷旁支护体必须有足够的支护强度，并能及时切落采空区侧一定高度的顶板岩层。同时，由于巷道支护不可能改变基本顶的回转下沉，巷旁支护体必须有适量的可缩量，防止在顶板岩层旋转下沉时破坏充填体，使顶板载荷向煤体及采空区转移。因此：1）巷旁充填体应具有早期强度高、增阻速度快的力学特性，紧跟工作面充填，与巷内支护共同控制巷道围岩变形，确保直接顶完整，避免离层的发生。同时，切落采空区侧直接顶，减小充填体载荷。2）充填体的支护阻力不得低于切顶阻力，避免回采过程中由于基本顶破断、失稳引起的剧烈沉降，降低施加于充填体上的载荷。3）巷旁充填体在巷道围岩稳定之后的支护阻力应能维持顶板岩层的平衡，并将巷道变形控制在设计范围内。

现阶段在我国煤矿产业的发展过程当中，在煤矿资源开采工作面中，经常出现无煤柱采煤的不良问题。随着我国煤矿开采技术的发展速度不断加快，在传统的巷道支架形式上整体的工作效果相对明显，在实际的开展工作当中可以有效预防很多不良安全隐患。但是在新阶段我国煤矿产业的发展过程当中，其中很多煤矿的开采深度不断加大，传统的煤矿支架工作形式不能充分满足整个煤矿开采工作的安全需求，传统的煤矿支护形式只能适用于一些比较浅层的资源开采，或者是一些低瓦斯浓度的矿井开采工作当中，对于现阶段一些煤层开采工作来讲，由于受到整个地层以下的环境影响，煤矿资源的开采难度相对较大，并且会伴随较高浓度的瓦斯气体，传统的支护工作形式无法充分满足该项工作的要求，因此必须要对该项技术进行有效的变革和升级。

2、沿空留巷技术在应用中存在的问题

2.1煤矸石堆垛效率低，安全事故发生率高

受经济发展水平和科技水平的制约，很多地区将煤矸石堆垛用于矿井顶板的支撑，虽然此种技术具有成本低!操作简单等优点，但这种方法对矿井的隔离程度不够，会造成顶板不同程度的下沉，不能够可持续性开采。煤矸石堆垛技术看似经济但技术非常落后，不能有效支撑顶板，消耗了企业大量人力资源并且隔离效果差，目前还在大范围使用的堆垛技术影响了煤炭开采事业的发展，与可持续发展战略不相符。

2.2预制砌墙难以有效隔离空间

很多煤炭企业通常用砌墙技术让矿井顶板和隔离墙结合，以起到支护的作用，实际应用中也可以克服密集支架和煤矸石堆垛的缺陷，但这种技术仍有较多弊端，从本质上起不到隔离矿井空间的作用。所以，用预制砌墙来应对支架和煤矸石堆垛的不足是不能从根本上解决问题的。

2.3巷帮充填不稳定

在煤炭开采工作中，矿井巷道支护方式在开采过程中应用较多的是巷帮充填法，该方法的优点在于支护范围广，故在现阶段的煤炭开采行业中应用较为普遍。同时，巷帮充填法也有自身缺点，如受成本影响企业采用的填充材料强度低，支撑力度不够，不能对顶板进行有效支撑，造成安全性和稳定性低下，而目前大型煤炭开采企业对矿井巷道的承压要求非常高，安全效益才是企业最大的效益，故建议使用机械化施工的设备来增加安全性和稳定性。

3、探讨沿空留巷技术在煤炭开采中的实际应用

3.1用混凝土石墙提升巷道承压力

在现代建筑施工中，混凝土因其高强度、高承载力和较好的韧性被广泛应用。利用混凝土的优势在煤炭企业中用混凝土作为石墙和护墙点的材料，可以有效解决矿井顶板的下沉问题，增强支护点的牢固度。因此，笔者认为混凝土在煤炭开采中的应用对于提升巷道的承受力具有重要意义。在煤层回采面上，沿着巷道走向构筑一道混凝土石墙，并随着开采深度及时做好浇筑延伸，同时也要考虑到倾斜压力对石墙的影响，要预留一定宽度，再在石墙和煤层相连的一侧用韧性高、强度好的木柱作为护墙点柱来给石墙分压，提高石墙的支护力度，防止了顶板的下沉，这样也不会随着开采深度的增加，混凝土石墙面临坍塌的危险。

3.2为沿空留巷工作提早做好支护

在沿空留巷的支护过程中，混凝土石墙和顶板在衔接上会有一些问题，这就需要用高强度的螺纹杆来增强螺杆强度同时配合钢带来辅助实现。由于巷道在实际开采中宽度会越来越小，造成支架变形甚至折断，所以有必要强化后方动压区的支护力度。这里考虑在开采中用钢梁棚或强度高的单柱体作临时支架，在向前移动煤面的过程中也要做好提前支护工作，确保安全顺利开采。

3.3确定并完善留空方案

a）瓦斯防护。瓦斯是煤炭开采过程中主要的有毒有害气体，瓦斯爆炸是煤炭开采工作中危害较大的安全事故，对开采人员生命造成极大的威胁。所以在实际开采中要选取留空方案，做好通风系统。一般为每隔10m、15m预埋抽放钢管，其作用就是在采空区和瓦斯管道之间增加气体的流通性，能够有效防止瓦斯泄漏，避免在开采中发生瓦斯爆炸，此外还要设置专门的开关来控制瓦斯浓度，加强日常的预防工作；b）火灾防护。在混凝土石墙底部800cm处，每隔15m设置加阀门的注浆管，防止漏气漏风，并且要求巡查员每天对管内的气体进行全分析，包括成分、浓度等，若在巡查中发现突发情况，要及时上报并采取有效措施；c）设置通风系统。瓦斯爆炸很大程度是由通风不及时造成局部瓦斯浓度过高引起的，所以设置通风系统可以有效将瓦斯浓度控制在安全范围之内。设置通风系统要本着预防为主的原则科学合理设计，煤炭企业要有预警措施和管理办法，以降低瓦斯爆炸率为先决条件来开展工作。

3.4注重沿空留巷技术的研究和方案设计的科学性

在煤炭实际开采中因地理环境不同，不同规格矿井的沿空留巷技术并非一成不变，要根据矿井深度的不同、承压的差异来对内部支护进行改进和完善，需要在日常中加强对该技术的研究，在应用中注重科学计算和设计，综合实际情况进行充分论证后推广。

4、结束语

煤炭资源作为中国不可或缺的资源之一，在中国经济发展中扮演着举足轻重的角色，作为重要的经济支撑，煤炭开采中的沿空留巷技术也将在一定时期内起到关键作用。虽然目前的沿空留巷技术还有诸多问题，但这项技术能有效促进煤炭开采的安全性提升，能够保障开采人员的人身安全，推进煤炭开采行业的可持续发展。

参考文献：

[1]闫鹏.中兴煤矿沿空留巷技术对比分析[J/OL].机械管理开发，2018（10）

[2]王尚鑫.沿空留巷宽度对围岩变形影响的模拟分析[J].机械管理开发，2018（09）

[3]杨刚.中兴煤矿综采工作面沿空留巷技术实践[J].机械管理开发，2018（09）

[4]王刚.沿空留巷锚网索联合支护技术研究[J].机械管理开发，2018（09）