淺談沿空掘進的應用和推廣

王學俊

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

關鍵詞：沿空掘巷；應力集中區；巷道支護；安全生產

1概述

以前回采巷道之間或回采巷道與采空區之間，普遍采用留設20米左右護巷煤柱的方法確保新掘巷道的支護安全，但隨著采深的增加，地應力不斷增大，部分巷道在使用中變形嚴重，不能滿足行人、運輸和通風的要求，繼續增大護巷煤柱的尺寸，會降低煤炭的采出率，為解決這一問題，經過分析論證，提出了改變現有的巷道布置方式，在部分區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

在上一個回采工作面區段運輸平巷被廢棄之后，經過一段時間，等待采空區上覆巖層移動基本穩定后，沿被廢棄的巷道（或采空區）邊緣，掘進下一個工作面的區段回采巷道，稱為沿空掘巷。

根據煤層賦存情況、地質條件和所采取的技術措施的不同，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斷面的沿空掘巷。

2.2沿空掘巷的優缺點

2.2.1沿空掘巷的優點

①巷道在煤體邊緣的應力降低區內掘進，巷道壓力小，有利于巷道維護。

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

③與留煤柱護巷相比，可提高煤炭的采出率。

④與沿空留巷相比，可縮短巷道的維護時間，減少維護費用。

⑤由于沒有留設護巷煤柱，改善了下覆煤（巖）層的地應力狀態，即在下覆煤（巖）層中不再形成應力集中區，或應力集中區的范圍較小，強度降低。

2.2.2沿空掘巷的缺點

①沿空掘巷與老采空區相通或留設很窄的煤柱，會造成巷道和采空區之間的漏風，不利于巷道通風。

②完全沿空掘巷和保留老巷部分斷面的沿空掘巷，由于巷道一側為采空區，上區段的老空區積水和碎矸石易進入巷道內，嚴重影響巷道的施工和使用。

③由于沿空掘巷需在上區段回采完畢，等待采空區上覆巖層移動基本穩定后方可開始掘進，不利于同一區域同時布置采掘平行作業。

2.3沿空掘巷方式的選擇

為了充分發揮沿空掘巷的優點，規避其缺點，根據現場的生產實踐條件，設計中決定應用留設小煤柱的沿空掘巷方式。小煤柱對擋矸和防止采空區積水進入巷道能起一定作用，同時也會減少巷道的漏風；巷道在煤體內掘進，兩側為煤壁有利于提高掘進速度。

3沿空掘巷在荊各莊煤礦的應用

3.1 3125D工作面應用不合理小煤柱護巷的教訓

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

3.1.2 3125D工作面設計走向長度為584m，傾斜工作面長度62m，煤層厚度為4.0m～4.5m，煤層傾角7°左右。實際工作面走向長度只掘進了350m，傾斜長度62m。

該工作面是一個條帶煤柱，當時由于對沿空掘巷的認識不足，對采場周圍應力場時空特性了解不夠，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，決定采取小煤柱護巷的方法，皮帶巷下部是3124D工作面采空區，皮帶巷與采空區之間留設7m的煤柱，軌道巷上部是3126D工作面采空區，設計軌道巷的位置與采空區的煤柱是11m煤柱以上。認為巷道與采空區之間留設一定的煤柱會比沿空掘巷的支護效果好些，但按照應力場調整時空特性，這個位置正好是應力較大的位置，應力最小的部位應該是煤柱的邊緣部位，一般在1～3m的煤柱范圍內是壓力較小的空間。由于沒有很好的考慮應力場調整的時空特性，導致兩巷在掘出30天后左右，后路巷道壓力顯現強烈、變形嚴重，致使無法繼續正常掘進，被迫提前開切眼回采。后來在回采的過程中，為維護生產所需的巷道空間，采取了強度較大的擴幫和臥底措施，嚴重影響了推采速度和回采效益，給采區的安全生產也造成了很大的威脅。

3.2沿空掘巷在3125D工作面的成功應用

3.2.1工作面概述

3322DS工作面與3125D工作面位置環境相似，工作面上下均為采空區，屬于孤島煤柱、高應力區域，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工作面設計走向615m，工作面傾斜長度88m，煤層厚度4.5m，煤層傾角11°，設計可采儲量為27萬噸。工作面內部存在9條斷層縱橫交錯占據了該工作面的50%的區域。

3.2.2 3322DS工作面皮帶巷和軌道巷位置的選擇

2011年初設計該工作面時，根據應力場空間特性理論：應力場中，應力最小的位置是實體煤與采空區的交界處附近，同時考慮到通風和掘進的要求，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工作面采空區相距2m的位置（即巷道與采空區之間留設2m的小煤柱）。

3.2.3 沿空掘巷的實際效果

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

4沿空掘巷技術的推廣

4.1 由于沿空掘巷在3322DS實踐中取得了很好的效果，所以決定在0025D皮帶巷的掘進設計中推廣沿空掘巷這一掘進方式。

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工作面設計走向630m，工作面傾斜長度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，直接底為粉沙質泥巖，設計可采儲量為35萬噸。

4.3 0025D皮帶巷的施工及使用效果

0025D皮帶巷采用機掘方式，金屬拱形支架支護，棚距0.8m，沿煤層底板掘進。在掘進過程中，皮帶巷達到0021D停采位置時，0021D回采面剛剛采過該位置約一個月左右的時間，其采空區上覆巖層的活動尚未穩定，致使里皮帶巷掘進初期，巷道礦壓顯現比較明顯，在皮帶巷掘進的第一個月內，后路巷道有明顯的底鼓現象，最大底鼓達到350mm左右，頂板個別背板有折傷現象，待一個月以后的掘進中，基本取得了與3322DS相似的效果，巷道頂板和兩幫煤壁完整穩定，基本沒有壓力顯現，掘進效率大大提高，特別是在0021D工作面回采完成3個月后掘進皮帶巷的施工中，取得了更好的效果。在后來0025D工作面的回采過程中，巷道的支護狀況良好，無明顯的礦壓顯現。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。

5結論

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煤層的實踐中取得了成功，它避開了應力集中區，使巷道布置在免壓區內，提高了巷道的支護效果，降低了巷道的維護費用，確保巷道斷面滿足安全高效生產的要求。

參考文獻：

[1]錢明高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].中國礦業大學出版社，2003.

（作者單位：開灤（集團）有限責任公司荊各莊礦業分公司）