關于單一煤層沿空留巷的工藝分析

摘 要：針對為解決保留保護煤柱而采取的沿空留巷工藝，深入分析了沿空留巷的支護原理、方式、設計材料選擇、注意事項、通風，并通過實踐得出這項工藝的應用能增加資源回收量、降低掘進費用的結論，為單一煤層開采對沿空留巷工藝的實際應用提供可靠的參考依據，保證技術發揮應有作用效果。

關鍵詞：單一煤層；沿空留巷

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0229-02

如今，伴隨煤炭資源實際開采深度持續增加，資源開采正不斷向單一煤層方向發展，這使得煤層的開采難度不斷增加，并且對質量良好的煤層，尤其是單一煤層，開采顯得十分緊迫。實踐表明，通過對沿空留巷工藝的合理應用，能對原巷道予以二次利用，并使煤柱得以回收，避免資源浪費。

1 單一煤層沿空留巷

沿空留巷（gob-side entry retaining）是指在采煤工作面的后端沿著采空區的邊緣對原回采巷道進行維護。其目的在于回收采用傳統采礦方式必須留設的所有保護煤柱。通過對相關技術手段的合理應用，對上一區段順槽進行重新支護，為下一區段提供順槽。該留巷方式主要是在采空區的邊緣保留之前的順槽，所以被稱作沿空留巷。實踐表明，通過這樣的方式能在很大程度上回收資源，防止煤體大量損失[1]。

1.1 支護基本原理

對沿空留巷而言，需要經歷整個回采過程中，并且還要受到后續形成的工作面的直接影響。巷道回采以后，因一邊為實體煤幫，另一邊為采空區，由于介質不同，所以頂板穩定性相對較差，導致兩幫、頂板與底板都產生較大的位移，巷道因此發生嚴重變形，威脅煤礦生產安全。對此，必須做好巷道支護，這對延長現有留巷服務年限與保證生產安全均有十分重要的作用與現實意義，必須引起高度重視。若巷道兩側發生的變形無法得到有效控制，則會使頂板穩定性及支撐力受到嚴重弱化，導致頂板發生較大程度的下沉。基于此，采用錨桿進行加強支護，對減小或避免兩幫及頂板發生的變形都有重要現實意義。

1.2 支護方式

為保證支護的有效性，一般需要將主動和被動支護進行充分結合。其中，主動支護是指在開采前于巷道中和工作面相距0.5m的位置進行錨索安裝，以此強化頂板支護，由錨索在原頂上進行巖層固定，以此降低巷道旁支柱與矸石帶等的承載力；對于被動支護，是指在巷道臺上和邊緣相距0.5m的位置使用矸石、水泥與砂漿等材料堆砌一個寬度為1.0～1.5m的矸石帶，對頂板進行支護，此外，在矸石帶外側進行支柱的安裝，用于提高支護結構整體強度。沿空留巷維護斷面支護如圖1所示。

1.3 支護設計

留巷采用矩形斷面，其高度和寬度分別為2.4m、2.5m，頂板支護主要采用螺紋鋼錨桿，其間排距按1200mm×800mm進行控制。

1.3.1 錨 索

為對頂板支護進行有效加強，需在巷道中和工作面煤壁相距0.5m的位置進行錨索的安裝，共設置一排，錨索為鋼絞線，長5.0m，間隔距離按1.0m控制，將12號工字鋼加工成錨索的托盤，其長度按450mm控制，按與煤壁保持平行的方向進行安裝。

1.3.2 巷旁支護

伴隨采煤工作面不斷推進，在巷道臺上和邊緣相距0.5m的位置采用矸石、水泥與砂漿進行堆砌，以此形成一個寬度為1.0～1.5m的矸石帶，用于對頂板結構進行支護。

1.4 充填材料選擇

考慮到充填材料質量與性能的好壞直接影響沿空留巷整體質量，因此在作業中必須重視并做好材料的選擇。所選充填材料必須質量合格，材質良好，不僅原料的來源要廣泛，而且還要注意成本，做到工藝簡單可行，保證安全性，提高支護強度，縮短凝結的時間，并要有一定可伸縮量。一般情況下都將水泥作為主要凝結材料，在此基礎上添加適量的粉煤灰、矸石粉與砂石。從現行設計規范可知，為達到滿足要求的抗壓強度，需將充填材料的配合比確定如下：水泥：砂：矸石：水=1：2：3.3：0.6，除此之外，還要根據實際情況添加外加劑，如早強劑、減水劑、泵送劑等。其中，早強劑的添加量一般為水泥總劑量的0.8～2.0%；減水劑的添加量一般為水泥總劑量的1.8～3.2%；泵送劑的添加量一般為水泥總劑量的1.00～1.25%。對于其它原材料，應滿足以下要求：水泥一般選用425#普硅水泥；石料的粒徑應控制在0.5～1.0cm范圍內；石屑的含水率應在3%以下[2]。

1.5 注意事項

1.5.1 不可采用密集支架方式

沿空留巷工藝產生初期主要采用密集支架方式來完成，當時通過對多種支架形式的合理應用解決了許多問題，尤其是無煤柱采煤方面的問題。然而，一般都用于采面地壓很小，同時煤層的實際賦存條件相對較好，沒有自然發火現象的礦井，并且實際應用情況并不完全盡如人意。主要存在以下問題和不足：支護材料的種類較多，實際工程量相對較大，效果一般，隔離效果很差。因此，在實際作業中不可采用密集支架這一方式。

1.5.2 充分考慮砌體墻法的缺陷

利用預制塊進行砌墻能克服很多缺陷，形成一個對采空區進行隔離的整體且密實的墻體。然而，這一方法仍無法解決頂板和墻體之間的接頂問題，使頂板過量離層，無法達到預期的支護效果。因此，應充分考慮這一方法的缺陷，進行有針對性的改進。就目前來看，采用高水材料進行充填是最主流和有效的方法。對于高水材料，可通過對其水灰比的調節來改變充填結構抗壓強度，以滿足實際工程要求，能提供足夠的初期支護阻力，實際增阻速度極快，可適應頂板發生的下沉，由良好的維護綜合效果。此外，機械化水平高，成型后密閉性能與隔絕效果均良好。

1.5.3 建議采用現澆混凝土隔墻的方法

通過多年的實踐可知，雖然采用混凝土墻體要投入大量的材料，但是這種方法具有很好的適應性，且承載能力強，可形成較高切頂強度，有很高的可靠性與安全性，得到廣泛使用。但混凝土墻也存在一定的缺點，主要是費用較高，且工藝復雜，強度形成速度無法與工作面完全適應，不能使墻體與頂部完全緊貼。

1.6 通風系統與瓦斯抽采

1.6.1 通風系統

通防部應隨著采面推進及時調整該作業區域通風設施，必須保證砌墻后整個W2513機運巷通風順暢。通風隊應在已回采后人工砌墻區域設置柵欄，除安全檢查人員及瓦檢員以外其余人員嚴禁入內。通風隊每班必須派瓦檢員對施工地點的瓦斯情況進行檢查。

1.6.2 瓦斯抽采

工作面每向前推進30m便在墻體中埋設一根鐵管，其長度為2.5m，將其作為瓦斯抽采專用管道。

2 單一煤層沿空留巷效益

2.1 資源回收量大幅增加

在傳統開采方式中，兩個相鄰的工作面間會設置保護煤柱，工作面按800m長計算，則每多布置兩個工作面將損失至少兩條保護煤柱。而在采取沿空留巷工藝后，相當于每隔5m采出一塊長4m、寬2m、高1m的煤塊，如果保護煤柱為800m，則能開采出近2217t的煤，資源回收量得以大幅增加[3]。

2.2 巷道掘進費用明顯降低

在全面引用沿空留巷工藝后，能充分利用現有巷道，簡單的修繕以后即可正常使用，這樣無疑會節省大量的費用，包括人工費、維護費與支撐工程費用。除此之外，無需重新設置巷道，能滿足接續等方面的實際要求，并且由于可少打至少兩條巷道，能對礦井矸石進行直接輸出，所以能防止財力、人力與物力等的浪費。

3 結束語

綜上所述，相較于傳統的開采方式，沿空留巷無論是在可靠性、安全性上，還是在經濟性上，都有著十分顯著的優勢。這項技術可將矸石、水泥或砂等材料作為留巷主要充填物，不僅工藝簡單可行，具有很強的操作性，而且能節省大量費用，勞動強度相對較小，有良好的推廣應用價值。

參考文獻

[1]趙曉明.單一煤層沿空留巷工藝[J].機械管理開發，2017，32（08）：115～116.

[2]蘇 海.高瓦斯礦井單一煤層階段式綜放沿空留巷技術研究與應用[J].煤，2015，24（06）：26～30+49.

[3]尹家朝，許何清，李軍平.高水固化材料巷旁泵充填沿空留巷在單一煤層中的應用[J].中州煤炭，1993（01）：27～31+35.

收稿日期：2018-9-12

作者簡介：吳山洪（1969-），男，工程師，本科，主要從事煤礦技術管理方面工作。