煤礦回采工作面沿空掘巷布置方式的研究與應用

陳思伶

摘 要：對于煤礦井下開采而言，回采工作面巷道布置方式常分為有煤柱護巷和無煤柱護巷。由于無煤柱護巷具有煤炭回收率高、綜合施工進度快的優點，常為煤礦所采用。在無煤柱護巷布置方式中，沿空掘巷具有巷道壓力小、維護費用低等優點，更是受到煤礦（特別是小煤礦）企業的青睞。就煤礦回采工作面巷道布置方式展開探討，同時結合實例對煤礦在采用沿空掘巷布置方式的礦壓和經濟方面進行分析，并對沿空掘巷掘進及生產時的保障措施進行闡述。

關鍵詞：煤礦開采；回采工作面巷道；無煤柱護巷；沿空掘巷

中圖分類號：TD322 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.123

煤炭為不可再生資源，煤炭的開采和利用與人類的生存、社會的進步的關系密切。對于煤礦開采而言，在保證安全的前提下，能充分回收煤炭資源不僅能讓煤礦企業獲得更高的利潤，更是對煤炭這一不可再生資源的一種保護。為了能更充分地回收煤炭資源，煤礦應對回采工作面巷道布置方式進行相應的優化。

1 回采工作面巷道布置方式

1.1 巷道布置方式

煤礦回采工作面巷道布置方式有多種，按回采工作面巷道側是否留設煤柱分類，可分有煤柱護巷和無煤柱護巷；按工作面運輸巷道數量分類，可分為雙（多）巷布置和單巷布置。雙（多）巷布置為有煤柱護巷，單巷布置為無煤柱護巷。由于采用雙（多）巷布置方式時巷道布置數量較多，巷道掘進及維護工程較大，該方式常為綜采放頂煤高瓦斯礦井所采用。

雙巷布置即回采工作面運輸巷為雙巷，分別為運輸巷和軌道巷，兩巷之間留設20左右的保護煤柱。由于煤柱的保護作用，上區段軌道巷可保留下來作為下區段的回風巷。

單巷布置按回風巷布置方式可分為沿空留巷和沿空掘巷。沿空留巷方式為采用一定的技術手段將上區段的運輸巷重新支護保留下來作為下區段回風巷使用。沿空掘巷與沿空留巷不同的是，上區段運輸巷不再被支護保留作為下區段回風巷，下區段回風巷為沿著上區段采空區邊緣進行重新布置。

1.2 巷道布置方式比較

1.2.1 雙巷布置方式

雙巷布置回采工作面巷道采用雙巷掘進。巷道掘進時，掘進工作面通風及排水相對容易，安全性較高。掘進過程中，軌道巷超前運輸巷，超前軌道巷沿煤層布置。在掘進過程中，可進一步摸清煤層變化情況，可為運輸巷的掘進定向。在回采過程中，工作面運輸巷隨著回采工作的推進而報廢，不需要進行特殊的維護；同時，由于雙巷間煤柱的保護作用，軌道巷受回采的影響較小，維護工程量較小。工作面運輸巷和軌道巷間設置聯絡巷，方便煤炭、材料運輸以及通風和行人。該方式的主要缺點是巷道掘進時工作量較大；雙巷間煤柱得不到完全回收，煤柱損失量較大；以及軌道巷維護時間較長，維護費用較高。

1.2.2 沿空留巷布置方式

沿空留巷為單巷布置方式之一。由于該方式不需要重新布置下區段回風巷，下一區段回采工作面僅需掘進一條回采巷道即可，掘進工程量較小，所需掘進時間較短，回采工作面接替容易；同時，由于未進行煤柱留設，無煤柱損失，煤炭回收率較高。但上區段運輸巷留巷期間工作面前后方以及回采期間工作面前方頂板來壓較大，維護較為困難，安全性較低；且維護時間較長，維護費用較高。

1.2.3 沿空掘巷布置方式

沿空掘巷為單巷布置方式之一，下區段回風巷緊鄰上區段采空區進行掘進布置。由于該方式回風巷為重新布置，回風巷在掘巷時可根據靠近煤柱一側的地應力場的影響范圍選擇留設小煤柱或不留設煤柱進行布置，避開了高應力區域，從而提高了安全性；同時，該方式只留設了少量煤柱或未留設煤柱，煤柱損失較小，煤炭回收率較高，而且工作面在回采過程中對工作面巷道不需進行額外維護，費用較低。

經過以上三種巷道布置方式的比較，沿空掘巷在安全性、煤炭回收率、綜合施工進度及巷道維護費用等方面都表現出較大的優點。從安全性、節約煤炭資源，提高煤礦效益考慮，沿空掘巷巷道布置方式均存在一定的優勢。

2 沿空掘巷應用實例

本文根據實際生產需要，結合新汶礦業集團翟鎮煤礦3402W回采工作面在采用沿空掘巷方式布置回采巷道時，在礦壓和經濟方面所體現出來的優點進行闡述，并進行探究。

2.1 應用實例

該煤礦3402W回采工作面走向長為1.3 km，煤層厚為2.6 m。煤層頂、底板巖性均為粉砂巖，且部分頂板為復合頂。

3402W回采工作面為3401W回采工作面的接替工作面，緊鄰3401W回采工作面布置。礦方在布置3402W回采工作面巷道時，為減少掘進工作面受3401W回采工作面采動及采空區的影響，決定采用沿空掘巷方式。同時，為防止掘進工作面受采空區竄矸、采空積水和有毒有害氣體涌入的影響，以及減少回采工作面漏風現象，礦方采用了留小煤柱的沿空掘巷方式。

2.2 應用效果

2.2.1 礦壓方面

礦井采用沿空掘巷后，巷道變形共經歷了三個階段：

第一階段：開掘期。巷道開掘后由于地應力的重新分布，在巷道頂板及兩幫產生了應力集中，并產生了明顯變形。據觀察，巷道開掘時頂板下沉速度為7.5 mm/d，兩幫為23 mm/d。但在巷道開掘24 h后，巷道頂板及兩幫變形速度逐漸較少，并在1個月后基本穩定。

第二階段：穩定期。巷道圍巖變形穩定后，由于應力的重新分布及平衡，巷道變形處于穩定微小的速度。

第三階段：采動影響期。回采工作面進行回采時，由于地應力平衡再次被打破，巷道圍巖出現了明顯的變形。據觀察，變形范圍為工作面前70 m，頂底板變形速度為5 mm/d，且隨工作面的推進而增大。但變形后的巷道基本符合礦井正常生產使用要求。

2.2.2 經濟方面

礦井在采用沿空掘巷后，由于減少了巷道維護費用，且提高了煤炭回收率，收益明顯提高。經綜合比較，礦井采用沿空掘巷后，回采工作面巷道的布置費用減少約少200元/m。

3 沿空掘巷保障措施

煤礦企業在采用沿空掘巷方式布置回采工作面巷道時，雖然在安全和經濟方面均體現出了較大的優勢，但由于下區段回風巷緊鄰上區段采空區進行掘進布置，巷道掘進過程中受采空區影響較大，同時由于漏風通道的存在，對煤礦通風造成一定的影響。煤礦企業在施工及生產過程中應制定相應的安全保障措施，并按照煤礦安全規程第116條規定進行防漏風治理。

3.1 安全保障措施

安全保障措施有以下幾項：①掘進前后巷道支護及時跟進，減少掘進工作面的空頂面積及空頂時間，防止因掘進面應力重新分布后造成圍巖破碎垮塌；②掘進爆破時，應采用少鉆孔、小藥量的炮孔布置方式，從而降低爆破震動引起圍巖破碎垮塌；③對巷道支架進行適當的加密調整，并對靠近采空區及頂板側采用木板或荊條等材料進行剎實；④為了防止采空區竄矸、采空積水和有毒有害氣體涌入掘進工作面，可采用留小煤柱的沿空掘巷方式。

3.2 防漏風措施

防漏風措施有以下幾項：①充填堵漏法。采用水砂充填、灌注石膏帶、灌注泡沫水泥、壘筑矸石帶或壓注可縮性膠泥等堵漏技術。要求充填帶寬度不得小于3 m，充填應做到密實、滿幫、滿頂。②掛簾法。沿巷道的頂部和兩幫使用不透氣、抗靜電、不延燃、耐撕裂以及在高溫氧化時不產生劇毒氣體的材料吊掛。掛簾應順風流方向搭接，吊掛接縫寬度不小于80 mm，接縫處用黏結劑黏合。兩幫到底板各多留0.3～0.4m長的簾布，并用矸石或其他材料壓緊。③噴涂法。在巷道沿空的一幫及頂部靠采空區側的1/2寬度內，采用不易燃、抗靜電、耐撕裂和不透氣的材料噴涂，噴涂厚度不小于50 mm。④壓差調節法。采取風壓調節措施，減少沿空巷道和其采空區相聯通的巷道間風流的壓力差，以減少它們之間的漏風量。

4 結束語

本文通過對回采工作面巷道布置方式的探討，重點闡述了回采工作面巷道沿空掘巷布置方式及優點，并結合實例闡述了煤礦在采用沿空掘巷布置方式后礦壓和經濟方面所體現出來的優勢，還提出了在施工及生產過程中的安全措施，也闡述了在防漏風方面應采取的相應保障措施。

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