淺談沿空掘進(jìn)的應(yīng)用和推廣

王學(xué)俊

摘 要：隨著煤業(yè)開采深度的不斷加深，礦山壓力顯現(xiàn)和采掘支護(hù)的矛盾越來越突出，應(yīng)用留小煤柱沿空掘巷方式，成功的解決了荊各莊礦業(yè)公司在回采孤島煤柱等應(yīng)力集中區(qū)域的煤炭資源時(shí)，回采巷道布置的難題，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，確保了安全高效的生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：沿空掘巷；應(yīng)力集中區(qū)；巷道支護(hù)；安全生產(chǎn)

1概述

以前回采巷道之間或回采巷道與采空區(qū)之間，普遍采用留設(shè)20米左右護(hù)巷煤柱的方法確保新掘巷道的支護(hù)安全，但隨著采深的增加，地應(yīng)力不斷增大，部分巷道在使用中變形嚴(yán)重，不能滿足行人、運(yùn)輸和通風(fēng)的要求，繼續(xù)增大護(hù)巷煤柱的尺寸，會(huì)降低煤炭的采出率，為解決這一問題，經(jīng)過分析論證，提出了改變現(xiàn)有的巷道布置方式，在部分區(qū)域采用沿空掘巷的方式布置巷道。

2沿空掘巷的理論概述

2.1沿空掘巷概念

在上一個(gè)回采工作面區(qū)段運(yùn)輸平巷被廢棄之后，經(jīng)過一段時(shí)間，等待采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)基本穩(wěn)定后，沿被廢棄的巷道（或采空區(qū)）邊緣，掘進(jìn)下一個(gè)工作面的區(qū)段回采巷道，稱為沿空掘巷。

根據(jù)煤層賦存情況、地質(zhì)條件和所采取的技術(shù)措施的不同，沿空掘巷可分為三種方式，即完全沿空掘巷、留小煤柱掘巷和保留老巷部分?jǐn)嗝娴难乜站蛳铩?/p>

2.2沿空掘巷的優(yōu)缺點(diǎn)

2.2.1沿空掘巷的優(yōu)點(diǎn)

①巷道在煤體邊緣的應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)掘進(jìn)，巷道壓力小，有利于巷道維護(hù)。

②煤體邊緣經(jīng)受過支承壓力的破壞作用后，瓦斯得到自然釋放，對(duì)有沖擊地壓和瓦斯突出的煤層可以大大減少其危險(xiǎn)性，有利于保證巷道掘進(jìn)的安全。

③與留煤柱護(hù)巷相比，可提高煤炭的采出率。

④與沿空留巷相比，可縮短巷道的維護(hù)時(shí)間，減少維護(hù)費(fèi)用。

⑤由于沒有留設(shè)護(hù)巷煤柱，改善了下覆煤（巖）層的地應(yīng)力狀態(tài)，即在下覆煤（巖）層中不再形成應(yīng)力集中區(qū)，或應(yīng)力集中區(qū)的范圍較小，強(qiáng)度降低。

2.2.2沿空掘巷的缺點(diǎn)

①沿空掘巷與老采空區(qū)相通或留設(shè)很窄的煤柱，會(huì)造成巷道和采空區(qū)之間的漏風(fēng)，不利于巷道通風(fēng)。

②完全沿空掘巷和保留老巷部分?jǐn)嗝娴难乜站蛳铮捎谙锏酪粋?cè)為采空區(qū)，上區(qū)段的老空區(qū)積水和碎矸石易進(jìn)入巷道內(nèi)，嚴(yán)重影響巷道的施工和使用。

③由于沿空掘巷需在上區(qū)段回采完畢，等待采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)基本穩(wěn)定后方可開始掘進(jìn)，不利于同一區(qū)域同時(shí)布置采掘平行作業(yè)。

2.3沿空掘巷方式的選擇

為了充分發(fā)揮沿空掘巷的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避其缺點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐條件，設(shè)計(jì)中決定應(yīng)用留設(shè)小煤柱的沿空掘巷方式。小煤柱對(duì)擋矸和防止采空區(qū)積水進(jìn)入巷道能起一定作用，同時(shí)也會(huì)減少巷道的漏風(fēng)；巷道在煤體內(nèi)掘進(jìn)，兩側(cè)為煤壁有利于提高掘進(jìn)速度。

3沿空掘巷在荊各莊煤礦的應(yīng)用

3.1 3125D工作面應(yīng)用不合理小煤柱護(hù)巷的教訓(xùn)

3.1.1 3125D工作面位于三水平軸東二采區(qū)12-2煤層，上部是3126D工作面采空區(qū)；下部是3124D工作面采空區(qū)，煤柱呈現(xiàn)規(guī)則分布。上下全部為采空區(qū)，3125D工作面處于壓力集中區(qū)域。

3.1.2 3125D工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為584m，傾斜工作面長(zhǎng)度62m，煤層厚度為4.0m～4.5m，煤層傾角7°左右。實(shí)際工作面走向長(zhǎng)度只掘進(jìn)了350m，傾斜長(zhǎng)度62m。

該工作面是一個(gè)條帶煤柱，當(dāng)時(shí)由于對(duì)沿空掘巷的認(rèn)識(shí)不足，對(duì)采場(chǎng)周圍應(yīng)力場(chǎng)時(shí)空特性了解不夠，為了減少資源損失，提高資源回收率，在工作面兩巷的布置時(shí)，決定采取小煤柱護(hù)巷的方法，皮帶巷下部是3124D工作面采空區(qū)，皮帶巷與采空區(qū)之間留設(shè)7m的煤柱，軌道巷上部是3126D工作面采空區(qū)，設(shè)計(jì)軌道巷的位置與采空區(qū)的煤柱是11m煤柱以上。認(rèn)為巷道與采空區(qū)之間留設(shè)一定的煤柱會(huì)比沿空掘巷的支護(hù)效果好些，但按照應(yīng)力場(chǎng)調(diào)整時(shí)空特性，這個(gè)位置正好是應(yīng)力較大的位置，應(yīng)力最小的部位應(yīng)該是煤柱的邊緣部位，一般在1～3m的煤柱范圍內(nèi)是壓力較小的空間。由于沒有很好的考慮應(yīng)力場(chǎng)調(diào)整的時(shí)空特性，導(dǎo)致兩巷在掘出30天后左右，后路巷道壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈、變形嚴(yán)重，致使無法繼續(xù)正常掘進(jìn)，被迫提前開切眼回采。后來在回采的過程中，為維護(hù)生產(chǎn)所需的巷道空間，采取了強(qiáng)度較大的擴(kuò)幫和臥底措施，嚴(yán)重影響了推采速度和回采效益，給采區(qū)的安全生產(chǎn)也造成了很大的威脅。

3.2沿空掘巷在3125D工作面的成功應(yīng)用

3.2.1工作面概述

3322DS工作面與3125D工作面位置環(huán)境相似，工作面上下均為采空區(qū)，屬于孤島煤柱、高應(yīng)力區(qū)域，與之相鄰的工作面3324D工作面在2009年回采完畢、3322D工作面于2010年回采完畢。

3322DS工作面設(shè)計(jì)走向615m，工作面傾斜長(zhǎng)度88m，煤層厚度4.5m，煤層傾角11°，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為27萬噸。工作面內(nèi)部存在9條斷層縱橫交錯(cuò)占據(jù)了該工作面的50%的區(qū)域。

3.2.2 3322DS工作面皮帶巷和軌道巷位置的選擇

2011年初設(shè)計(jì)該工作面時(shí)，根據(jù)應(yīng)力場(chǎng)空間特性理論：應(yīng)力場(chǎng)中，應(yīng)力最小的位置是實(shí)體煤與采空區(qū)的交界處附近，同時(shí)考慮到通風(fēng)和掘進(jìn)的要求，決定該工作面采取留小煤柱沿空掘巷的方式，將兩巷位置確定在與3322D、3324D工作面采空區(qū)相距2m的位置（即巷道與采空區(qū)之間留設(shè)2m的小煤柱）。

3.2.3 沿空掘巷的實(shí)際效果

3322DS工作面在掘進(jìn)過程中，采用機(jī)掘方式，金屬拱形支架支護(hù)，棚距0.6m，沿煤層底板掘進(jìn)。在掘進(jìn)過程中，巷道頂板和兩幫煤壁完整穩(wěn)定，基本沒有壓力顯現(xiàn)，掘進(jìn)效率也創(chuàng)出了班進(jìn)尺14.4m（24架）的好成績(jī)。且在后來的回采過程中，巷道的支護(hù)狀況良好，無明顯的礦壓顯現(xiàn)。自2011年4月份掘進(jìn)開始，到2012年2月份回采基本結(jié)束，皮帶巷始終壓力很小，屬于免維護(hù)巷道。

4沿空掘巷技術(shù)的推廣

4.1 由于沿空掘巷在3322DS實(shí)踐中取得了很好的效果，所以決定在0025D皮帶巷的掘進(jìn)設(shè)計(jì)中推廣沿空掘巷這一掘進(jìn)方式。

4.2 0025D工作面概述

0025D工作面位于一水平南翼12-2煤層0021D工作面上方，0021D工作面于2014年回采完畢。0025D工作面上方無工程。

0025D工作面設(shè)計(jì)走向630m，工作面傾斜長(zhǎng)度95m，煤層厚度4.0～4.5m，平均厚度4.2m，煤層傾角平均7°，直接頂為黑灰色粉沙巖，直接底為粉沙質(zhì)泥巖，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為35萬噸。

4.3 0025D皮帶巷的施工及使用效果

0025D皮帶巷采用機(jī)掘方式，金屬拱形支架支護(hù)，棚距0.8m，沿煤層底板掘進(jìn)。在掘進(jìn)過程中，皮帶巷達(dá)到0021D停采位置時(shí)，0021D回采面剛剛采過該位置約一個(gè)月左右的時(shí)間，其采空區(qū)上覆巖層的活動(dòng)尚未穩(wěn)定，致使里皮帶巷掘進(jìn)初期，巷道礦壓顯現(xiàn)比較明顯，在皮帶巷掘進(jìn)的第一個(gè)月內(nèi)，后路巷道有明顯的底鼓現(xiàn)象，最大底鼓達(dá)到350mm左右，頂板個(gè)別背板有折傷現(xiàn)象，待一個(gè)月以后的掘進(jìn)中，基本取得了與3322DS相似的效果，巷道頂板和兩幫煤壁完整穩(wěn)定，基本沒有壓力顯現(xiàn)，掘進(jìn)效率大大提高，特別是在0021D工作面回采完成3個(gè)月后掘進(jìn)皮帶巷的施工中，取得了更好的效果。在后來0025D工作面的回采過程中，巷道的支護(hù)狀況良好，無明顯的礦壓顯現(xiàn)。自2014年4月份開始回采，到2015年底的回采過程中，軌道巷始終壓力很小，巷道基本不用特別維護(hù)。

5結(jié)論

留小煤柱沿空掘巷的布置方式在該煤礦的順利高效施工和安全良好的使用效果，表明沿空掘巷理論在荊各莊煤礦12-2煤層的實(shí)踐中取得了成功，它避開了應(yīng)力集中區(qū)，使巷道布置在免壓區(qū)內(nèi)，提高了巷道的支護(hù)效果，降低了巷道的維護(hù)費(fèi)用，確保巷道斷面滿足安全高效生產(chǎn)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢明高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

（作者單位：開灤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司荊各莊礦業(yè)分公司）