沿空掘巷在礦業(yè)中的應(yīng)用實(shí)踐

孫德利，丁其全 ，張 龍

1.冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)，山西太原 030006

2.中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇徐州 221008

3.冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)赤峪煤礦，山西呂梁 032100

1 概況

目前傳統(tǒng)的采區(qū)設(shè)計(jì)中，相鄰兩工作面之間通常留設(shè)15m～30m寬的保護(hù)煤柱，部分地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，相鄰兩工作面之間留設(shè)的保護(hù)煤柱可能更寬。這樣做造成煤炭資源的極大浪費(fèi)，尤其是煤炭資源越來越少，煤炭的市場(chǎng)需求量又越來越大，煤炭的價(jià)格不斷攀升。如何提高煤炭資源的回收率；如何延長(zhǎng)礦井的服務(wù)年限，成為各煤炭企業(yè)重點(diǎn)考慮的問題。近年來，一些高等礦業(yè)院校和煤炭企業(yè)的技術(shù)人員經(jīng)過不歇的努力研究，在提高煤炭資源回收率方面取得了巨大的成就，比如發(fā)展了充填開采技術(shù)、無煤柱開采技術(shù)（沿空留巷）、留小煤柱開采技術(shù)（沿空掘巷）等。

邯鄲礦業(yè)集團(tuán)康城礦業(yè)公司127采區(qū)是該礦井2號(hào)煤最后一個(gè)采區(qū)。而接替該采區(qū)的下組煤采區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，施工難度大，存在采區(qū)接替緊張的局面，同時(shí)考慮下組煤煤質(zhì)差、開采成本高、價(jià)格相對(duì)較低，相反的是2號(hào)煤煤質(zhì)好、開采成本低、煤價(jià)相對(duì)較高。因此提高2號(hào)煤的資源回收率，盡可能延長(zhǎng)2號(hào)煤開采時(shí)間，不但可以緩解下組煤工作面接替緊張的局面，而且可以增加經(jīng)濟(jì)效益。為此康礦公司技術(shù)人員學(xué)習(xí)并總結(jié)其它礦的經(jīng)驗(yàn)后，進(jìn)行了技術(shù)論證和可行性研究，提出12703工作面采用小煤柱護(hù)巷技術(shù)，即沿空掘巷技術(shù)以提高資源回收率。

2 地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)條件

127采區(qū)主采煤層為山西組2號(hào)煤層，煤層厚度2.4m～4.6m，平均厚度3.5m。煤層傾角9度左右。煤的堅(jiān)固系數(shù)f值為3～4。煤層的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

該采區(qū)范圍內(nèi)2號(hào)煤層直接頂以黑灰色粉砂巖為主，具水平層理，厚度在4.3m，本層下部頁巖狀具有炭質(zhì)成分，較破碎，易冒落；老頂為灰色中粒砂巖，層厚5.29m，裂隙發(fā)育中等。煤層直接底為黑色泥巖，裂隙發(fā)育，厚度為1.05m；老底為深灰色中粒砂巖，層厚1.65m。開采深度350m左右。

12703工作面上部為12702工作面。12702工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)方向?yàn)橛蓶|向西，采高3.5m，采空區(qū)采用全部垮落法處理。其巷道布置如下圖1所示。12703工作面走向長(zhǎng)度820m，傾向長(zhǎng)度150m。工作面傾角8°～14°。兩巷沿煤層布置，其巷道屬于典型的全煤巷道。出于避開鄰區(qū)側(cè)支承壓力峰值區(qū)的考慮，其沿空巷道設(shè)計(jì)留設(shè)的煤柱寬度為4m。沿空巷道作為12703工作面回風(fēng)巷，巷道設(shè)計(jì)規(guī)格為4500mm×2800mm，其中考慮掘進(jìn)完后會(huì)有一定的變形量。

3 施工情況

3.1 掘進(jìn)方式

巷道掘進(jìn)采用鉆眼爆破法。

3.2 支護(hù)方式

圖1 巷道布置示意圖

采用錨網(wǎng)梁加錨索聯(lián)合支護(hù)。

支護(hù)參數(shù)選擇：

頂板：頂錨桿采用φ20×2 400mm左旋無縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，間排距為800×800mm，頂網(wǎng)采用φ8盤條制成，網(wǎng)孔大小為100×100mm，頂梁采用φ16圓鋼制成3 400×90mm的梯子梁。錨索排距由3 200mm縮至1 600m，每排3根。錨索采用直徑為φ17.8×7 000mm鋼絞線。

兩幫支護(hù)：幫錨桿采用直徑φ18×2400mm的高強(qiáng)螺紋鋼制成，間排距為800×800mm，幫錨桿均采用2卷SS2360樹脂藥卷錨固。豎向使用φ14圓鋼制成2 500×90mm的梯子梁，幫網(wǎng)采用900×2 500m的菱形網(wǎng)護(hù)幫，在掘進(jìn)過程中考慮采空區(qū)側(cè)的穩(wěn)定性，增加了采空區(qū)側(cè)幫錨桿密度，即在每4根幫錨桿中間補(bǔ)打一根幫錨桿，以加強(qiáng)支護(hù)。

3.3 施工過程及沿空巷道受力分析

圖2 采空區(qū)下隅角未垮落

圖3 采空區(qū)下隅角完全垮落

圖4 回采期間沿空巷道加固示意圖

12702工作面回采3個(gè)月后，待采空區(qū)內(nèi)老頂完全垮落，沿空掘巷開始，沿空堀巷300m（2.5個(gè)月）后，經(jīng)過對(duì)巷道變形觀測(cè)，兩幫最大移近量為260mm，其中采空區(qū)側(cè)最大移近量185mm，巷道整體基本穩(wěn)定，在12702回采過程中由于工作面內(nèi)揭露斷層，造成工作面推進(jìn)速度大幅度降低，此時(shí)沿空掘巷工作面距回采工作面距離逐漸縮小，最小距離260mm，在該段掘進(jìn)后，此時(shí)上部采區(qū)頂板冒落時(shí)間才70天左右，此時(shí)巷道變形速度、變形量明顯比開口處大。分析認(rèn)為采空區(qū)下隅角老頂還未完全垮落（如圖2），邊緣支承應(yīng)力還未穩(wěn)定，即處于動(dòng)壓區(qū)內(nèi)，沿空掘巷處于應(yīng)力升高區(qū)內(nèi)；前段由于采空區(qū)下隅角老頂已經(jīng)完全垮落（如圖3），邊緣支承應(yīng)力向?qū)嵜后w方向移動(dòng)并趨于穩(wěn)定，此時(shí)沿空掘巷處于應(yīng)力降低區(qū)。

4 沿空掘巷效果

2011年7月8日沿空掘巷施工結(jié)束，并開始回采，2012年元月底回采結(jié)束，在回采過程中對(duì)沿空巷道進(jìn)行了臥底、并采用工字鋼、金屬鉸接梁和液壓點(diǎn)柱進(jìn)行超前加固，如圖4。實(shí)踐證明經(jīng)過超前加固后沿空巷道能夠滿足正常使用。

5 結(jié)論

對(duì)于沿空掘巷技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用，在不同的礦井不同的地質(zhì)條件下小煤柱的留設(shè)可能存在較大的差異。另外合理的控制沿空掘巷與回采工作面的距離，避免沿空巷道受動(dòng)壓影響，使巷道處于應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，減少巷道后期維護(hù)量。只有通過不斷的摸索，不斷研究，才能更好的應(yīng)用沿空掘巷技術(shù)。實(shí)踐證明沿空掘巷技術(shù)在煤層沒有自燃傾向性、沒有水害威脅、煤層頂扳條件相對(duì)穩(wěn)定的情況下能夠減少煤炭資源的損失量，是提高礦井資源回收率，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益的一種行之有效的技術(shù)手段。

[1]張東升，繆協(xié)興，馮光明，宋召謙.綜放沿空留巷充填體穩(wěn)定性控制[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003(3).

[2]曹勝根，劉長(zhǎng)友.高檔工作面斷層破碎帶頂板注漿加固技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2004(5).

[3]張少華，趙英利.綜放沿空留巷圍巖活動(dòng)規(guī)律模擬分析[J].礦山壓力與頂板管理，2001(3).