我國煤礦沿空掘巷研究進展

李德中,王賽騫（山西華晟榮煤礦有限公司,山西　長治　046000）

我國煤礦沿空掘巷研究進展

李德中,王賽騫
（山西華晟榮煤礦有限公司,山西長治046000）

摘要：我國煤炭資源豐富，是一個產煤大國。為提高煤炭采出率，國內外開展了針對沿空掘巷的研究，本文從巷道圍巖穩定機理及巷道圍巖控制兩方面介紹沿空掘巷的研究現狀，為進一步研究提供方向。

關鍵詞：沿空掘巷；圍巖穩定機理；巷道圍巖控制

煤炭是我國主要能源，近30年來，煤炭占我國能源的70%以上。由于煤炭是不可再生能源，因此必須盡可能合理地開采地下煤炭資源，提高煤炭采出率。自20世紀50年代開始，國內外開展了沿空留巷和沿空掘巷兩種無煤柱護巷技術的實驗研究，對無煤柱護巷的礦壓顯現規律及圍巖控制進行了系統的研究，取得了大量成果，推動了無煤柱護巷技術的發展。

沿空掘巷是在上區段回采結束，采空區巖層活動基本停止，回采引起的應力重新分布趨于穩定后掘進，巷道處于應力降低區，采用寬度較小的煤柱和合理的支護技術可以保證巷道在掘進及掘出后圍巖變形較小，巷道只經歷一次采動影響，我國無煤柱護巷大部分采用沿空掘巷。

1　沿空掘巷圍巖穩定機理研究現狀

沿空掘巷頂底板條件和工作面頂底板條件基本相同，特別是頂板巖層破斷規律與工作面頂板巖層破斷規律緊密聯系，國內外大批專家學者對工作面上覆巖層活動規律和破斷特性做了大量有益的研究，分別提出S-R穩定性原理和關鍵層等理論。

柏建彪教授和侯朝炯教授針對沿空掘巷圍巖結構特點進行了研究，分析了綜放沿空掘巷圍巖穩定機理，通過建立沿空掘巷基本頂弧形三角塊結構力學模型，對基本頂弧形三角塊穩定性原理進行理論分析，提出基本頂弧形三角塊由巷前穩定狀態→掘巷期間的擾動→掘巷后的穩定→采動期間旋轉失穩的動態穩定過程。從理論上分析了綜放沿空掘巷外部圍巖的穩定條件，提出基本頂弧形三角塊穩定的主要影響因素，包括支承壓力、巷道埋深、開采厚度、圍巖力學性質及采動影響等因素。在研究上覆基本頂穩定結構的基礎上，指出巷道錨固區內圍巖和錨桿相互作用關系，通過采用合理沿空掘巷圍巖控制技術，使巷道頂板和兩幫錨固體形成統一承載結構，該結構不僅能承載自身重量，同時也能限制錨固區外圍巖變形，從而保證沿空掘巷基本頂弧形三角塊在不同時期的穩定。上工作面側向支承壓力分為應力降低區、應力升高區和原巖應力區，合理選擇窄煤柱寬度，使沿空巷道處于弧形三角塊的保護下，圍巖應力相對較低的環境，對沿空巷道圍巖穩定是十分有利地。

國內外許多學者對煤柱的寬度和穩定性做了大量的研究工作，但對煤柱的合理寬度一直沒有統一的認識，研究結論差別較大，合理煤柱寬度從1～5m直到20～30m不等。澳大利亞SCT巖層控制技術公司與原煤炭工業部科教司合作在東龐煤礦進行了錨桿支護研究，認為上區段開采后在實體煤側距離采空區13m位置存在1組裂隙，留窄煤柱沿空掘巷巷道處于該裂隙區內，不利于巷道穩定，因此其研究結果為煤柱寬度應大于15m范圍。柏建彪教授和李學華教授等學者在充分研究綜放沿空掘巷圍巖穩定機理的基礎上，對合理窄煤柱寬度進行了充分研究，認為沿空掘巷窄煤柱合理寬度為5m左右，并成功應用到現場工程實踐，取得了顯著技術經濟效益。

2　沿空掘巷巷道圍巖控制理論與技術研究現狀

隨著我國煤炭資源開采力度的加大，由于沿空掘巷優點明顯，在各大礦區得到迅速發展。沿空掘巷通常為回采巷道，考慮巷道斷面及圍巖破碎程度，可縮性U型鋼支架弊端顯著，英雌目前國內外針對沿空掘巷圍巖通常采用工字鋼架棚和錨桿支護控制圍巖，局部破碎圍巖采用注漿加固技術保證圍巖整體完整，對沿空掘巷圍巖控制技術的研究取得了頗豐的成果。

柏建彪對沿空掘巷、沿空留巷等動壓高應力巷道錨桿支護進行了充分研究，在高應力巷道中強調高強支護的同時，保持支護系統的合理讓壓，保證支護系統的持續可承載，從而保證巷道圍巖的穩定。通常的沿空掘巷，留設煤柱寬度為3～5m，采用錨桿支護安全高效，同時大大提高了巷道圍巖穩定性。近年來隨著各種新型材料的引入，進一步加速了沿空掘巷錨桿支護技術的發展。

由于我國煤層地質條件差異較大，部分礦井采用4～5m窄煤柱沿空掘巷，巷道圍巖掘進期間收斂就難以控制，而當煤柱寬度進一步減小之后，窄煤柱幫位移和巷道底鼓均大幅減小。此時，煤柱寬度留設與錨桿支護技術存在較大的矛盾。研究認為，沿空掘巷的理想開巷位置應將巷道布置在采空區側向支承壓力降低區范圍，一味的采用工程類比法確定窄煤柱寬度顯然不夠合理。但是，當及時減小窄煤柱寬度后，由于窄煤柱整體穩定性欠佳，錨桿加固破碎圍巖效果甚微，甚至影響圍巖整體穩定，造成安全隱患。此時工字鋼架棚配合錨桿支護技術則顯得尤為重要。工字鋼架棚被動支護方式支承沿空掘巷上部邊界，保證其穩定性，配合短錨桿主動支護方式保證巷道淺部圍巖穩定，兩者相形亦章，共同作用，更容易保證寬度較小的窄煤柱沿空掘巷圍巖穩定。

部分埋深較大、圍巖力學性質較差的礦井，在采用沿空掘巷技術時，窄煤柱幫由于原生和次生裂隙發育，塑性區擴展范圍和深度大，需采用錨注聯合支護。注漿加固破碎圍巖弱面，可顯著提高圍巖整體性能和自承能力，同時還可為錨桿支護提供更為穩定可靠的著力點，顯著提高破碎圍巖錨桿錨固力，且錨桿支護強化的破碎圍巖強度，還可良好適應圍巖的較大變形。另一方面，錨注聯合支護施工簡單，沿空掘巷在本工作面超前支承壓力影響下，強度及波及范圍均可有效減小，可大大減小巷道服務期間維修工作量，并顯著改善工人的勞動條件以及作業環境，保證礦井安全生產，與傳統的架棚等支護形式相比，亦可省去工人的搬運、安裝、回收等體力勞動，大大減輕工人勞動強度。

參考文獻：

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作者簡介：李德中（1981-），山西長子人，本科。