某煤礦煤柱回收工作面的巷道圍巖控制技術研究

摘要：煤柱回收是煤礦資源高效利用的重要環節，在煤柱回收過程中，巷道圍巖的控制技術直接關系到礦井的安全生產和資源回收效率。以某煤礦煤柱回收工作面為研究對象，詳細探討了巷道圍巖控制的理論基礎、技術手段與實施效果。通過理論分析、數值模擬、現場實測等方法，研究煤柱回收過程中巷道圍巖的變形規律和控制技術。結果表明，合理的煤柱寬度選擇、高強度的支護技術和科學的巷道布置方式，能夠顯著提高巷道圍巖的穩定性，為煤柱回收工作面的安全生產提供了有力保障。

關鍵字：煤柱回收 巷道圍巖控制 數值模擬 支護技術 安全生產

Research on Surrounding Rock Control Technology for Roadway of Coal Pillar Recovery Working Face in a Certain Coal Mine

WANG Haijie

Shanxi Huangtupo Xinyun Coal Industry Co.， Ltd.， Changzhi， Shanxi Province， 046599 China

Abstract： Coal pillar recovery is an important link in the efficient utilization of coal mine resources. In the process of coal pillar recovery， the control technology of roadway surrounding rock directly affects the safety production and the efficiency of resource recovery of the mine. Taking the coal pillar recovery working face of a certain coal mine as the research object， this paper discusses in detail the theoretical basis， technical means and implementation effect of roadway the surrounding rock control. Through theoretical analysis， numerical simulation， on-site measurement and other methods， study the deformation rules and control technology of surrounding rock in the process of coal pillar recovery. The results show that the reasonable coal pillar width selection， high strength support technology and scientific roadway layout can significantly improve the stability of roadway surrounding rock and provide a strong guarantee for the safe production of coal pillar recovery working face.

Key Words： Coal pillar recovery; Roadway surrounding rock control; Numerical simulation; Supporting technology; Safety production

煤礦資源作為我國能源供應的基石之一，其高效利用與安全開采策略始終備受業界矚目。在追求可持續發展的背景下，煤柱回收成為提升煤炭資源回收效率、減少資源浪費的關鍵途徑。然而，這一過程中面臨的最大技術挑戰在于如何科學合理地控制巷道圍巖的變形與潛在破壞，從而確保煤礦作業環境的安全穩定，避免事故發生。具體而言，煤柱回收作業往往伴隨著復雜的地質條件變化，巷道圍巖的穩定性問題尤為突出。如何采用先進的技術手段，精準預測并有效緩解圍巖應力集中、控制巷道變形，成為保障煤柱回收工作順利進行的核心所在。本文深入剖析了某煤礦煤柱回收工作面在實施巷道圍巖控制方面的具體技術舉措，不僅涉及理論層面的探討，還涵蓋實際操作中的技術創新與應用實例。通過這些詳盡的分析，旨在為面臨相似地質條件和開采挑戰的煤礦企業，提供一套可行的理論指導和技術實踐方案，助力實現更加安全、高效、環保的煤炭資源開發。

1.巷道圍巖控制理論基礎

1.1巷道圍巖的特點分析

巷道圍巖作為煤礦開采中的重要組成部分，其特性直接關系到巷道的穩定性和安全性。深入了解巷道圍巖的特點，是制定有效控制措施的前提。

巷道圍巖的巖性復雜多樣，從煤層到礫巖、泥巖、砂巖等，各種巖層的物理力學性質存在顯著差異。這種復雜性使巷道圍巖的變形和破壞機制變得復雜多變，需要針對不同巖性進行具體分析。例如：煤層具有較低的強度和較高的塑性，容易發生垮落和變形；砂巖具有較高的強度和較好的穩定性，但在應力集中區域也容易發生破壞。

煤礦巷道往往處于復雜的地質構造環境中，如斷層、褶皺等構造變形帶，這些構造面常常成為巷道圍巖破壞的薄弱區域。在巷道掘進和開采過程中，這些構造面的存在往往導致巷道圍巖的應力狀態發生變化，從而增加巷道失穩的風險。

在煤礦開采過程中，巷道圍巖受到多種應力的作用，包括自重應力、構造應力、開采引起的附加應力等。這些應力的相互作用使巷道圍巖的變形和破壞機制變得復雜。特別是在煤柱回收過程中，由于煤柱的卸載和重新加載，巷道圍巖的應力狀態會發生顯著變化，從而增加了巷道失穩的可能性。

在巷道掘進后的一段時間內，由于圍巖內部應力的重新分布和巖體的蠕變效應，巷道圍巖會發生持續的變形和破壞。這種變形和破壞過程往往是漸進的，需要長期觀測和監測，才能準確掌握其發展趨勢[1]。

1.2圍巖控制理論概述

圍巖控制理論是煤礦巷道工程設計和施工的重要理論基礎，其核心在于通過科學合理的支護措施，確保巷道圍巖在開采過程中的穩定性和安全性。這一理論涉及多個方面，包括圍巖的力學特性分析、支護結構的設計、施工技術的優化等。

圍巖控制理論包括對圍巖的物理性質、力學參數和變形破壞機制的全面研究。通過實驗室試驗、現場監測等手段，獲取圍巖的力學參數和變形規律，為支護設計提供科學依據。同時，還需要考慮巷道所處的地質環境，如地質構造、地下水條件等因素對圍巖穩定性的影響。

支護結構的主要作用是承擔圍巖壓力，防止巷道變形和破壞。在設計支護結構時，需要充分考慮巷道圍巖的力學特性和地質條件，選擇合適的支護形式和材料。常見的支護形式包括錨桿支護、鋼架支護、噴射混凝土支護等。支護材料的選擇也需要根據巷道圍巖的特性和環境條件來確定，以確保支護結構的可靠性和耐久性。

巷道掘進和支護施工過程中的工藝和技術參數對圍巖穩定性有重要影響。因此，需要采用先進的施工技術和設備，確保施工質量和效率。同時，還需要加強施工過程中的監測和預警，及時發現和處理巷道圍巖的變形和破壞問題。

2煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術

2.1煤柱寬度的合理選擇

煤柱寬度的選擇是煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術的關鍵環節之一。煤柱作為巷道兩側的支撐結構，其寬度不僅影響巷道圍巖的穩定性，還直接關系到資源回收率和開采成本。因此，合理選擇煤柱寬度對確保巷道安全、提高資源利用率具有重要意義。

煤柱寬度的選擇需要考慮多個因素，包括巷道圍巖的力學特性、地質構造條件、開采方法、開采強度等。

首先，對于強度較高、穩定性較好的圍巖，可以適當減小煤柱寬度，以降低資源損失；而對于強度較低、穩定性較差的圍巖，則需要適當地增加煤柱寬度，以確保巷道的安全穩定。

在斷層、褶皺等地質構造復雜的區域，煤柱需要起到更好的支撐作用，因此應適當加寬煤柱，以減少巷道圍巖的變形和破壞。同時，在地下水豐富或地質條件較差的區域，也需要考慮煤柱的防水和穩定作用，適當調整煤柱寬度。

此外，采用綜采等高效開采方法的礦井由于開采強度大、巷道變形快，需要選擇較寬的煤柱，以確保巷道的穩定性。而采用炮采等低效開采方法的礦井可以適當減小煤柱寬度，以提高資源回收率。

2.2高強度支護技術的應用

隨著煤礦開采深度的增加和地質條件的復雜化，巷道圍巖的變形和破壞問題日益突出，傳統的支護方式已難以滿足安全生產的需求。因此，高強度支護技術應運而生，成為保障巷道穩定性的重要手段。高強度支護技術主要包括錨桿支護、鋼架支護和注漿加固等多種形式。

2.2.1錨桿支護

錨桿支護[wl3] 以其結構簡單、施工方便、支護效果顯著等優點，在煤礦巷道支護中得到了廣泛應用。錨桿通過錨入巷道圍巖內部，利用圍巖自身的承載能力，將巷道圍巖與支護結構緊密結合，形成一個整體受力體系，從而顯著提高巷道的穩定性。

2.2.2鋼架支護

鋼架支護是一種更為剛性的支護方式，適用于地質條件復雜、圍巖穩定性較差的巷道。鋼架支護通過鋼架結構的支撐作用，將巷道圍巖的變形控制在一定范圍內，防止巷道發生垮塌等安全事故。同時，鋼架支護還可以與錨桿支護相結合，形成復合支護結構，進一步提高巷道的穩定性。

2.2.3注漿加固

注漿加固是一種通過向巷道圍巖中注入高強度漿料，改善圍巖力學性質，提高圍巖強度和穩定性的支護方式。注漿加固可以填補巷道圍巖中的裂隙和空隙，增強圍巖的整體性和抗滲性，從而有效防止巷道圍巖的變形和破壞[2]。

2.3科學的巷道布置方式

科學的巷道布置方式是煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術的另一項核心內容。合理的巷道布置不僅能夠有效提升巷道的穩定性，還能夠優化開采流程，提高資源回收率，降低生產成本。

在巷道布置時，首先要充分考慮地質構造和巖層特性，避免將巷道布置在斷層、褶皺等地質構造復雜區域，以減少巷道圍巖的變形和破壞。同時，根據巖層傾角和厚度，合理確定巷道走向和傾斜角度，使巷道受力更加合理，提高巷道的穩定性。

對于采用綜采等高效開采方法的礦井，巷道布置應盡可能簡化，減少巷道數量，以降低開采過程中的巷道維護成本。同時，合理設置煤柱和煤壁，確保開采過程中的巷道穩定性。對于開采強度較大的區域，應適當加密巷道支護，提高巷道的承載能力[3]。

3.現場實測與效果評估

3.1現場實測方法

在煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術的實施過程中，通過準確的現場實測，可以及時了解巷道圍巖的變形情況、支護結構的工作狀態和開采活動對巷道穩定性的影響，為后續的巷道維護、支護優化和效果評估提供可靠的數據支持。

現場實測方法主要包括位移監測、應力監測、破壞情況觀察等。位移監測是通過在巷道圍巖表面或支護結構上設置測點，利用全站儀、水準儀或位移傳感器等設備，定期測量測點的位移量，以判斷巷道圍巖的變形情況。應力監測則是通過在巷道圍巖內部或支護結構上安裝應力計或應變計，監測巷道圍巖內部的應力變化，以評估支護結構的受力狀態和巷道圍巖的穩定性。破壞情況觀察則是通過肉眼或專業設備觀察巷道圍巖的破壞情況，如裂縫、剝落、垮塌等現象，以判斷巷道圍巖的破壞程度和支護效果。

在進行現場實測時，需要注意以下幾點：（1）測點布置要合理，能夠全面反映巷道圍巖的變形和破壞情況；（2）測量設備要準確可靠，能夠確保測量數據的準確性；（3）測量周期要適當，既要能夠及時發現問題，又要避免頻繁測量對巷道圍巖和支護結構的干擾[4]。

3.2 效果評估

在煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術實施后，效果評估不僅關注巷道圍巖的穩定性改善情況，還涉及支護結構的耐久性、資源回收率的提升、開采成本的控制等多個方面。

通過對比實施前后的巷道變形量、裂縫發育情況等指標，可以直觀反映巷道圍巖穩定性的提升程度。若巷道變形得到有效控制，裂縫發育減緩或停止，則說明控制技術取得了顯著成效。

支護結構作為巷道圍巖的主要支撐，其耐久性直接關系到巷道的長期穩定性。因此，需要對支護結構進行定期檢查和維護，記錄其變形、損壞情況，并評估其剩余使用壽命。若支護結構保持良好，未出現嚴重變形或損壞，則說明其耐久性滿足要求[5]。

4結語

煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術是煤礦資源高效利用和安全生產的重要保障。通過理論分析、數值模擬、現場實測等方法，本文詳細探討了某煤礦煤柱回收工作面的巷道圍巖控制技術。結果表明，合理的煤柱寬度選擇、高強度的支護技術和科學的巷道布置方式，能夠顯著提高巷道圍巖的穩定性，為煤柱回收工作面的安全生產提供了有力保障。未來，隨著科技的不斷進步和研究的深入，相信會有更多新的技術手段應用于煤礦巷道圍巖控制領域，為煤礦生產帶來更好的效益和保障。

參考文獻

[1]王杰.煤柱回收工作面過空巷圍巖變形機理與控制技術[J].礦業裝備，2024（8）：43-45.[2]陳孝.煤柱回收工作面巷道圍巖控制技術[J].山西冶金，2024，47（6）：193-195，199.[wl4] [3]于永政，沈兆振，魏昌勝.煤柱回收工作面沿空掘巷圍巖控制技術研究[J].能源技術與管理，2023，48（6）：23-26，57.

[4]張小紅.淺埋煤層大巷煤柱回收工作面礦壓顯現規律[D].西安：西安科技大學，2022.[5]曹建波.大巷煤柱回收綜采面礦壓顯現規律及控制研究[D].徐州：中國礦業大學，2022.