大埋深沿空留巷技术进展浅析

大埋深沿空留巷技术进展浅析

范备战

临沂矿业集团菏泽煤电有限公司郭屯煤矿 山东菏泽 274700

摘要：采煤工作面后沿采空区边缘维护原回采的巷道即为沿空留巷。通常情况下，沿空留巷可以使采区回采率提高10%－20%，有的矿井甚至更高。因此，当开采高产高效的综采工作面时，沿空留巷技术一直是我国煤矿首选的采煤技术。基于此，本文主要对沿空留巷技术进展进行了简要的分析，希望可以为相关工作人员提供一定的参考。

关键词：沿空留巷；技术；进展浅析

引言

沿空留巷就是紧贴采空区，保留设置出一定的运输巷，以此作为下一采煤区段的回风巷，有效回收传统煤矿采集作业中应用的保护煤柱，实现煤炭资源的最大程度节约。目前，我国大多数矿区已经实现了沿空留巷技术的实践应用，且获得了可观的经济效益。

一、围岩阶段性变形规律

围岩变形规律主要分为3个阶段:(1)采动影响阶段。在开采过程中，关键块破断和回转会影响沿空留巷围岩的重力重新进入调整阶段，在调整过程中，内顶板会沿着采空区沉降，巷道围岩塑性区呈现扩大趋势，围岩变形程度加大。在这个阶段，顶板活动现象将会加剧，围岩变形量也会增加，也是沿空留巷压力最大的时期，对巷内支护技术的荷载能力及抗变形能力的要求非常高，只有这样才能够保证留巷的安全性;(2)留巷稳定阶段。当采空区上的岩层运动趋向稳定时，采空区侧向支撑压力会重新调整，沿空留巷导致的岩石变形速度降低，内部结构遭到破坏，这个时期的巷内支护技术需保持已经发生严重变形、破碎围岩的稳定性;(3)二次回采超前阶段。由于巷道受到第二个工作面的影响，在二次回采时，巷道工作面回引的压力会急速扩大，变形现象非常严重。这种情况一般发生在工作面40m处，虽然距离破碎点很近，但维护时间短，影响小，维护相对容易。

二、沿空留巷技术分析

2.1切顶卸压巷内复合支护开采技术

切顶卸压沿空留巷是基于顶板结构岩层控制的沿空留巷新技术，若某煤矿主要利用MQT-130/2.8型锚杆钻机切开顶板，改变顶板岩层力学结构，从而降低沿空留巷顶板受上覆岩层所产生的重力。切顶卸压沿空留巷随着工作面的不断推进、切开顶板，逐步实现和完成巷道支护。22202综采工作面切顶卸压巷内复合支护开采技术主要内容：第1步在22202运输顺槽沿空留巷范围内超前将U型钢棚巷道替换为锚网支护，对煤层顶板进行超前加强支护；第2步按工作面推进方向，依次打设切顶眼，形成切缝线，保证工作面进入老塘后顶板正常垮落；第3步从沿空留巷位置开始，22202综采工作面1＃支架~5＃支架沿倾向铺网上绳；第4步紧跟工作面支架，按设计位置布置单体支柱和U型钢棚支护，并挂设金属网；第5步待顶板垮落并稳定后，撤除单体支柱及π形梁，采取逐段封闭措施减少向采空区漏风量，（每隔5m打设1个木垛进行支护，每60m打设1道密闭）后期巷内密闭拆除后，根据巷道形状及帮部封闭情况，如有漏风现象不能满足正常使用要求，再进行喷射混凝土，以达到巷道稳定和密闭采空区的目的。

2.2垮落法开采技术

采用垮落法开采长壁工作面采空区时，煤层顶板的运动规律一般是自上而下形成冒落带、裂隙带、弯曲带。而沿空留巷顶板运动规律与采煤工作面既有不同之处，同时又有相同之处。不同之处在于采场顶板工作面推进，老顶初次失稳后将处于周期性失稳的运动状态。而沿空巷道经过运动后一直保持稳定状态。相同之处在于巷道一侧都是煤体，另一侧是采空区的特殊地段，基本顶的破断将导致覆岩层剧烈运移，致使下方围岩失稳，并在沿空巷道上方形成“悬臂梁”结构，如图1(a)所示。沿空留巷所留巷道紧邻采空区一侧，处于内应力场边缘，其右侧煤体对顶板有支撑作用，基本顶受釆动影响作用下，产生导水裂缝，随着裂缝的扩展与贯穿，“悬臂梁”基本顶断裂A、B两块，B岩块产生回转作用，与先前断裂的岩块C接触，在水平应力作用下，岩块C会形成左端以矸石为支点铰接，右端以煤岩体为支点铰接的“砌体梁”结构，如图1(b)所示。由图1顶板断裂结构可看出，沿空巷道围岩运移变形与基本顶破断密切相关，因基本顶破断而形成的岩块B的运动直接影响沿空留巷围岩的稳定性。岩块B负责承载覆岩载荷与自身载荷，其两支点铰接矸石与煤岩体，共同承担岩块B所承受的巨大载荷。一方面，若两支点承载能力不够，就会导致岩块B运动，另一方面，如果两支点承载能力满足要求，而岩块B承载能力达不到覆岩对其上施加的载荷要求，则岩块B同样会发生运移。沿空留巷的基本顶会发生回转式破断，沿空留巷的支护结构就是要对顶板回转式破坏产生的围岩失稳以及巷道变形进行控制，传统的单纯基本支护无法有效维护巷道稳定，需强化支护体结构，加强支护可有效控制沿空巷道顶板下沉。

图1顶板断裂结构

2.3双向聚能爆破技术

双向聚能张拉预裂爆破，是借助双向聚能装置，实现在设定断裂方向产生集中应力，利用爆破集中应力断裂岩体，即在一种圆管材料上预定位置，双向开缝，为实现预定效果，一方面，要求聚能管壁具有一定的强度，以减少爆轰产物对预留围岩的损伤；另一方面，要求聚能管壁强度不能过大，以减少作用于聚能管上的能量消耗和减少装置成本，为此，我们选用PVC管，并将其加工成便于现场安装使用的双向开缝的聚能管。在使用前，按照要求将其组装成件，方便运输和安装。在控制爆破的一组炮孔中装药，使用组装好的聚能管，按照规定结构进行操作，一定要使双向开缝对准预裂方向，并将剩余炮孔段用炮泥封堵严实，一组炮孔同时起爆后，爆炸产生的冲击波和应力波沿设定方向集中释放，作用于双向开缝对准的孔壁上，使炮孔与炮孔之间产生径向初始裂缝，随后，爆生气体涌入，在集中张拉应力作用下，驱动裂缝扩展，断裂岩体，从而形成定向控制爆破断裂面，实现顶板切缝断裂控制爆破，由于聚能管壁的缓冲保护作用，在爆炸过程

中，减少了冲击波和爆生气体对保留围岩的直接作用，从而抑制了非设定方向裂纹的发展，减少了对保留围岩的损伤。

2.4巷道实行分段支护。

沿空留巷矿压显现与工作面的距离有关。在实行留巷的全部长度内各区段有不同的矿压显现特点，采用不同的支护方式。工作面后0~25m范围内顶底板相对移近速度较大属升压区，而在采后25~50m范围内顶底板相对移近速度急剧下降属降压区。因此，矿压的急剧升高区和降压区即在采后0~50m范围内，在其护巷最为关键。可以使用单体液压支柱钢梁作为巷内的临时加强支护。待顶板全部冒落稳定后，用木棚替换单体液压支柱钢梁交替前移，使留巷躲过压力区，在减压或稳定区内进行。可有效减少顶板下沉，降低巷道支护折损率，起到较好的留巷效果。

结束语

深部开采过程中，采取沿空留巷技术能够最大程度地实现煤炭资源的充分开采，但如何实现巷道围岩的有效控制则成为制约矿井生产安全的关键所在。鉴于此，矿井管理者必须高度重视相关技术的研发，充分结合矿井实际情况，探索具有针对性的沿空留巷围岩控制技术，从根本上实现矿井安全开采。

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