頂板自行垮落沿空留巷無煤柱開采技術探討

張建國

摘要：近年來，隨著市場經濟的快速發展，我國煤礦開采技術日益發展。雖然煤礦企業已經廣泛應用了無煤柱開采沿空留巷技術，但在應用中仍存在許多不足。即在工作面回采過程中，通過有效的巷旁支護和巷內支護技術，將本工作面的回采巷道保留下來，本文首先總結了沿空巷擋矸技術，然后分析了當前沿空留巷技術在應用過程中存在的不足，最后提出了在煤礦開采中應用沿空留巷技術的有效措施，供大家參考。

關鍵詞：煤礦開采沿空留巷技術

如今，我國煤礦開采技術種類繁多，技術水平不統一。一些煤礦采煤技術主要包括爆破、裝煤、運輸和支護。有些地區的礦山地質條件不穩定，導致采礦環境非常惡劣。如何在復雜地質條件的開采環境下，綜合運用智能方法和開采技術，按照先進的開采技術完成煤礦開采，不僅可以節省時間和人力，而且還可以提高煤礦開采的可靠性，這是目前亟待解決的問題。

1 概述沿空留巷技術

沿空留巷技術是無煤柱開采技術的一大發展方向，在無煤柱的煤礦巷道開采中應用廣泛，該技術是通過對沿空巷道鄰近采空區的頂板進行雙向張拉聚能爆破，主動切斷頂板，在沿空巷道和采場側向頂板之間形成一條切縫結構面，動壓來臨時，通過巷內支撐、巷旁切縫、采場覆巖變形壓力擠壓的共同作用，促使側向頂板巖層沿切頂線位置及時斷裂垮落，使得沿空巷道頂板形成短臂梁結構，消除了傳統可傳遞采場巖層移動變形壓力的巖梁結構，避免了采場巖層移動變形向沿空巷道圍巖傳遞壓力的作用，減小了沿空巷道支護荷載和變形量，同時，切落的矸石充填了采空側巷幫，隔斷老塘，切落矸石又碎漲充填采空區，支撐上位巖層，限制上覆巖層繼續回轉和下沉變形，實現沿空巷道穩定。由于其具有重要的利用價值，國內外關于沿空留巷支護技術在煤礦開采中應用的相關研究正在積極開展，目前已取得顯著成效。

2 當前沿空留巷技術在應用過程中的不足

2.1 支架技術不先進

在以往的煤礦開采中，通常采用支護防護技術對井下巷道進行加固，可以保證采掘工作的正常進行。然而，這種支撐保護形式適用于煤層埋藏不深的地表。如果礦井較淺，很容易給支護帶來很大壓力。如果礦井煤層埋藏較深，支架的可靠性和安全性將大大降低。對于大型礦山，需要大量的支架，這也制約了大型礦山開采中支架防護的安全使用。此外，隨著科學技術的日益進步，傳統的支護保護暴露出越來越多的問題，如：施工難度大、類型復雜等，這根本不能滿足當前開采煤礦的實際需要。

2.2 煤矸石堆法的開采效率普遍不高

由于煤矸石堆法具有生產成本低、操作簡便等優點，煤礦企業被廣泛應用于礦井頂板支護。但就煤礦而言，煤矸石缺乏一定隔離可靠性，開采煤礦經常發生頂板下沉，不能滿足安全運行的相關要求，也不能保證煤礦開采的工作水平和工作質量。此外，煤矸石堆法不先進，在實際開采中很可能會損失大量的物質資源和人力資源。然而，與其他方法相比，煤矸石堆法的生產成本不高，現階段在我國許多煤礦廣泛使用，這在很大程度上阻礙了中國煤礦的穩定有序發展。

3 沿空留巷新技術在煤礦開采中應用的有效措施

3.1 巷旁支護及擋矸封閉設計

（1）巷旁擋矸措施 為了防止周期來壓時頂板垮落巖石沖入巷道，工作面支架后方采用可縮 U 型鋼支架、單體液壓支柱及單層菱形網+噴漿組成的聯合擋矸支護形式。U 型鋼垂直巷道布置，頂端焊接 Φ40mm*200mm 的圓鋼，圓鋼彎斜角 15°，與炮孔傾角一直，以便將其插入炮孔內，并能保持 U 鋼點柱直立。

（2）鋼管砼支護原理 鋼管混凝土是指將混凝土、輕骨料混凝土灌入鋼管而形成的一種組合材料，一方面由于鋼管臨界承載力極不穩定，在鋼管中充填混凝土形成鋼管混凝土，混凝土的存在可以避免或延緩薄壁鋼管過早發生屈曲，另一方面，鋼管約束了混凝土，在軸心受壓荷載作用下，混凝土三向受壓，延緩了其縱向開裂，因此，通過兩種材料的組合彌補了彼此的弱點，充分發揮了彼此的長處，從而使鋼管混凝土具有很高的承載力，其極限承載力高于組成鋼管混凝土的鋼管和核心混凝土承載力之和，并且使得混凝土的塑性和韌性性能大為改善。

（3）老塘側封閉措施 為防止巷旁采空區漏風，沿空留巷與采空區內有害氣體串通，需對切落矸石幫進行快速封閉。在單層菱形網內側掛紗網，待切頂留巷礦壓顯現結束，圍巖變形終止以后，及時對巷旁切落矸石幫進行噴漿封閉施工，噴完以后，定期觀察，發現噴層開裂部位及地段，應當及時實施二次復噴。

3.2 認真做好事先支護沿空留巷工作

在實際開采中，為了保證支護效果，有必要提前做好支護工作，也就是說，在采煤工作面設備安裝之前需要對沿空留巷頂板進行恒阻器+鋼帶+高強錨索支護。并提前做好預裂切縫孔爆破工作，對于沿空順槽巷道圍巖壓力的控制，主要采用深孔預裂爆破技術和深孔切縫爆破技術，在沿空順槽走向切縫和傾向預裂，實現對覆巖移動、斷裂變形壓力的卸載和轉移，達到卸壓的目的。

3.3 不斷完善安全事故預防策略

3.3.1 瓦斯通風技術措施。當頂板堅硬時，會出現局部切頂后矸石垮落不充分，造成沿空側向頂板卡住無法下落，造成巷旁出現無法充填的空洞，造成瓦斯聚集空間和采空區漏風通道，對此首先采取局部傾向孔松動炮爆破挑頂，然后采取以下封堵措施：

（1）對于輕微，空區面積小的地方，采用局部掛設當風簾封閉，并及時檢測區

域瓦斯含量，制定好預案措施;

（2）對于局部空洞范圍較大，則需采取局部充填矸石進行封堵，主要采用起底

矸石裝入蛇皮袋，碼袋充填;

（3）對于局部漏風、自然傾向的煤層，則需采取微膠囊阻化劑緩釋泡沫高分子

發泡材料進行封閉;

3.3.2 留巷期間防漏風安全措施。為防范采空區漏風導致的災害，結合產生漏風需要同時具備兩個基本條件，一是存在漏風通道，二是漏風通道兩端存在風壓差，制定如下安全保障技術：

（1）減風降壓技術措施所謂減風降壓技術，就是在回采工作面及回風順槽有毒有害氣體濃度不超限的前提下，盡量減少回采工作面的供風量，從而減少回采工作面的風速和回采工作面上下兩端的風壓差，以達到減少往采空區內的漏風量。

（2）隅角封堵技術措施上述可知，切頂留巷開采時，漏風將主要集中在進風隅角和工作面與留巷所圍成的 15m 三角區內。為改變進風流在隅角處流向，避免進風流垂直射入進風隅角和采空區，在工作面支架后留巷段 0～15m 范圍內懸掛風帳，降低三角區漏風量

總之，采空區側沿空留巷技術在我國煤礦企業中得到了廣泛的應用。這項技術不僅可以增加煤礦企業的經濟利潤，而且可以保證煤礦開采的可靠運行，不會威脅到采礦人員的健康。因此，為了更好地促進我國煤礦企業的穩定發展，礦山企業必須提高機械化的應用能力，積極創新采煤方法，在沿空留巷技術的應用中，只有這樣，才能實現煤礦企業的可持續發展。

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（作者單位：中煤第一建設有限公司山不拉煤礦）