沿空留巷技術在礦山開采中的應用分析

楊厚紅

（貴州林華礦業有限公司，貴州 畢節 551800）

通過對層群瓦斯治理和保護工作的長時間研究和探索，人們發現利用開采保護層的手段開展治理層瓦斯工作的效果是非常明顯的，同時所需要的成本和資源也在可接受范圍內。然而有許多的保護層殘留會今年入到柱的內部，進而造成了幾點問題：首先，因為殘留柱無法實現全面的回收利用，在治理工作中產生了顯著的資源浪費現象。其次是殘留柱的高應力巷道存在層瓦斯問題比較嚴重，發生爆炸事故的幾率非常大[1]。最后是預留護巷柱因外力作用，會出來損壞的問題，進而使得采空區和外界連通，增大火災事故的發生幾率。

1 沿空留巷開采技術原理

自動成巷開采技術的基本原理是借助爆破技術來開展欲裂頂板工作，利用采場周期來壓沿空切頂，進而制造一個具有支撐上覆老頂巖體作用的結構，對老頂的回轉現象和下沉變形問題做合理控制，進而實現卸壓的目的和效果[2]。切洛的頂板形成巷幫，以此來恰到保留工作面下順槽的作用，同時作為鄰近工作面的上順槽，人們應改成利用長壁開采一面單巷模式的工作方法。

2 沿空留巷技術概況

沿空留巷作為一種新型留巷工藝技術，通過對工作面的持續推進的方法而展開相關作業。此項技術包括以下幾點內容，首先是在對工作面展開開采工作之前，必須要保證巷道做好加固支護工作。其次是開采之前必須要提前對巷道的頂板做預裂爆破施工，之后在展開定向切縫施工作業。最后是針對已經完成頂板預裂爆破施工的巷道，需要不斷的向采空區推進，之后借助老頂來壓，在采空區頂板斷裂下沉后，實現自動留巷的目的。

3 沿空留巷技術

3.1 支護方式

沿空留巷技術所形成的巷道需要經過掘進和采兩個工作過程的影響和改動，在抗壓方面顯得極不穩定，通過礦壓的一般規律和礦山本身的實際礦壓顯現情況，掌握支護的具體方式和總體布局內容[3]。針對進行地質條件和環境較為復雜多變等因素的存在，尤其在采場向前推進過程中對上覆巖層賦存情況的變化，以及因為變化造成的覆巖運動現象，來決定使用聯合支護的方式。

3.2 沿空留巷力學原理

在開采工作面向前推進過程中，較為堅硬的直接頂在發生初次垮落后，在采空區內會形成懸頂，并呈現出周期性的斷裂垮落現象。在相關研究工作中，對于建立的堅硬頂板力學模型，認為采場中的一層或多層頂板巖層可當做夾持在上位頂板和層之間，并且以層做基礎，形成彈性應變梁結構。這樣能夠將堅硬頂板直接簡化成懸臂梁結構，并且對于懸頂區內支柱的支護作用力，將其簡化成三角分布。通過研究頂板彈性基礎梁模型的力學性能可知，受到初次運動和周期運動兩個因素的影響，端部斷裂都深入到了壁的內部，在巷旁的支護阻力符合某個特定要求的時候，堅硬頂板在巷旁支護位置會發生斷裂的事故。針對這個問題，可以利用高強巷旁充填和高阻力支護材料，對堅硬頂板做有效處理和控制，對其起到切落作用，實現減小懸臂梁上覆荷載和防止旋轉變形現象的目的，最大程度上降低傳遞到巷旁和巷內支護上的荷載力作用，提高巷道的安全性和可靠性。借助這個力學原理，實施雙向聚能爆破預裂頂板的施工技術，在工作面沿切頂線按照設計要求和規定設置相應的切頂孔，從巷旁切斷懸臂梁，使得懸臂梁在上覆壓力和自重力的共同作用下，沿著預裂縫位置進行滑落，進而形成巷道的單獨幫結構，最終完成沿空留巷的施工操作。

3.3 工作面聚能孔相關參數的選擇

（1）根據實施爆破施工巖體的巖性結構組成和差異，確定合理的雙向聚能裝置的實際強度數值。通過對爆破現場的試驗研究和分析，對于工作面堅硬灰巖頂板的現場狀況，雙向聚能裝置使用后的單軸抗壓強度參數為兩個兆帕的PVC管材符合相關要求和標準，同時其實際效果也比較良好。

（2）聚能裝置的直徑需要和炮孔直徑要求保持一致，體積應根據巖體的裝藥不耦合系數確定。由于工作面老頂為灰巖巖體，依照空的直徑數據計算出聚能裝置的直徑，并得到精確的聚能管長度數值。

（3）工作面施工巖孔深度的具體數值，關系到沿空留巷開采技術的順利實施，由于在聚能爆破定向切頂過程中，人們必須先需要盡可能的減小采空區老頂來壓時對預留巷道所造成的諸多影響，同時還需要確保卸壓深度范圍內采空區頂板發生垮落現象后，其能夠將采空區完全充填。通過對不同頂板預裂長度的研究，并制定相關方的施工方案，來建立不同預裂長度的計算模型，此外，還需要在不同預裂長度變化情況下，沿空留巷在受到覆巖和采動雙重擾動疊加支承的壓力作用下，模擬和分析此情況下的圍巖受力和變形問題。通過對結果進行整理和總結可知，頂板預裂長度對沿空巷道的圍巖應力環境具有顯著的改善作用，并且在預裂長度不斷增加的條件下，其發揮的改善作用也越強，在長度增長到一定標準數值后，這種作用會呈現出現下降的現象，嚴重時會對沿空巷道覆巖和幫側應力產生較大的影響。

4 沿空留巷技術體系

4.1 在堅硬的頂板條件下進行應用

在堅硬頂板條件下進行的開采工作，利用沿空留巷開采技術有以下幾個需要注意的內容。受到整體超前爆破切縫質量較好的因素的影響，頂板切斷工作具有一定的施工難度，同時還不能完全保證巷道頂板支護的穩定性和可靠性。由于初次來壓和周期來壓的礦壓現象異常劇烈，會對巷道的支護裝置產生一定程度的損壞和沖擊。垮落下來的垮落度比較大，是使用的時候非常容易對支護產生破壞。針對這些問題，人們需要根據實際情況，設置合理的超前預裂頂板、錨桿支護巷道等相關技術體系。

4.2 在松軟頂板條件下的應用

根據頂板的結構類型，確定其具有松軟易碎的特征，因此在施工過程中會發生風化脫層的情況，特別是在整體過程中需要使用錨網噴索支護的方式。在松軟頂板條件下，應用沿空留巷開采技術需要注意幾點內容。首先，在超前爆破中因操作不規范造成巷道頂板的損壞現象，進而對噴層與網也造成了一定的損壞，在這種情況下，使得巷道支護體系無法發揮出應有的作用和效果。其次，巷道頂板存在的時間比較短，當內部礦壓出現高于正常值情況的時候，會降低巷道的整體結構強度。所以在設計中應合理采用恒阻錨索加固頂板支護的方法和奇偶數，避免頂板和恒阻錨索出現損壞問題。

4.3 柔模混凝土沿空留巷與沿空留巷的對比

柔模混凝土沿空留巷在造價成本方面，施工初期能夠達到一萬兩千元每平米的水平，通過對其進行全面完善和優化，能夠將成本控制在和沿空留巷成本相近的程度。在工作人員的配置方面上，會利用生產班和機電班協同工作的模式，采用柔模混凝土沿空留巷技術需要安排大約十五個工作人員，對配置的要求還較為合理。就兩種技術的施工難度來說，均對頂板提出了較高的施工要求。柔模混凝土沿空留巷所包含的程序步驟較為復雜，具有較大的施工難度，對質量的要求也比較嚴格。沿空留巷的施工難度較低。然而在兩種施工技術的實際應用中都有著明顯的問題。在沿空留巷的初期施工過程中，其會對巷道會造成較大程度的損壞，柔模混凝土沿空留巷主要是對柔模造成的損壞。同時支護變形是沿空留巷的突出問題。

5 沿空留巷綜合效益分析

相對于傳統工藝技術來說，沿空留巷開采技術具有明顯的優勢，不管是理論層面還是計劃實踐層面都取得了很大的發展和進步。針對老頂來壓問題也制定了合理的應對和解決措施。同時隨著橫阻大變形防沖擊錨索等先進支護技術被研發出來，有效減少了材料資源的消耗，并降低了工作人員的勞動強度，對各種安全風險也起到了良好的控制作用。人們還需要在此基礎上對其展開進一步的研究和開發，加強應用和推廣的力度，為提高礦山開采工作的質量和效率提供保障。在技術效益方面上，利用沿空留巷使得上機巷得到全部保留，并且在工作面的回風巷道也順利投入運轉。加大沿空留巷技術的應用力度，能夠起到顯著降低礦山萬噸掘進率的作用，針對工作面無法實現順利解題的問題，可以提供有用幫助和支持。并且為沿空留巷項目與爆破技術的安全應用做出了示范，提供了可借鑒的經驗。在安全效益方面上，采用恒阻大變形錨索和單體支柱聯合支護相結合的施工技術，來替換掉傳統的混凝土墻是弄個技術，能夠有效降低返修支護工作量和強度，并且不用對支護材料進行大量轉移和搬運。在開采工作中采用此項技術能夠顯著解決柱產生的底板應力集中問題，對礦山瓦斯起到有效管理和控制。

6 結語

綜上所述，在礦山開采過程中利用沿空留巷開采技術能夠實現資源和成本的有效節約，進而幫助企業獲得更多的經濟效益。另外，此項技術的很多關鍵方面，例如切頂、監控留巷等也取得了一定的突破和進步。利用此技術還能有效降低安全事故的出現幾率，對瓦斯爆炸等事故能夠起到很好的抑制作用。

因此人們要加強對此技術的應用和推廣，進一步提高礦山開采工作的順利性和安全性。