沿空留巷技术的发展与应用

赵子辉，常 林

（陕西彬长大佛寺矿业有限公司，陕西 彬县713500）

沿空留巷技术在煤矿开采技术体系中占有重要地位，通过采用沿空留巷技术能够消除煤柱的留设，从而较大程度提高煤炭资源回收率，进而延长矿井服务年限，还可以缓解采掘衔接矛盾，消除巷道上隅角瓦斯聚集现象，实现Y型通风〔1〕（见图1）。沿空留巷技术具有明显的技术和经济优势。

图1 沿空留巷Y型通风示意

在薄及中厚煤层工作面中，沿空留巷技术的应用较为广泛〔2〕。沿空留巷巷道需要经历两次采动影响，矿压显现程度强烈，巷道维护具有较大难度，在一些条件较为复杂的中厚煤层或大断面巷道中应用仍较为困难〔3〕。

1 沿空留巷技术的发展过程

自20世纪50年代，矿业系统开始了对沿空留巷技术的研究与应用，其主要经历如下几个阶段：

第一阶段，沿空留巷技术最初主要在薄煤层中应用实施，主要采取矸石墙为巷旁支护，木棚作为巷内支护的支护方式。存在矸石变形量大，难以与巷道支架适应，支架受损破坏严重，工人劳动强度大，施工安全系数低等问题，严重限制了沿空留巷技术的推广应用。

第二阶段，在中厚煤层成功应用实施沿空留巷技术，巷旁支护选取密集支柱、木垛等材料，巷内支护广泛采用木棚、工字钢梯形支架，促进了沿空留巷技术的发展。

第三阶段，随着综采技术在煤炭开采行业的广泛应用，煤炭开采效率得到大幅提高，同时巷道顶底板移近量也在相应增加，这就要求巷旁支护具有更大的支护阻力，巷内支护的支护强度也需要提高。在此阶段，沿空留巷技术有了突飞猛进的发展，主要体现在高水材料的研究应用，高水材料具有一定的可缩性和较强的支护阻力，能够与较大的顶板下沉量相适应，高水材料的出现为沿空留巷技术的推广应用奠定了基础（见图2）。

图2 高水材料沿空留巷工艺

第四阶段，伴随着锚杆支护技术的发展以及巷旁充填技术的逐步改进，沿空留巷技术在一些厚煤层工作面也得到成功运用。目前的巷旁充填材料具有增阻速度快、支护强度大、充填效率高等优点，这些都有效地解决了沿空留巷实施过程中的一些技术难题。

2 沿空留巷理论的研究方法

沿空留巷技术作为矿业工程应用技术的一个重要分支，其研究与矿业工程的工程设计以及科研水平密切相关。随着计算机技术在国民生产各方面的广泛应用，数值模拟技术在矿业工程理论研究过程中发挥着举足轻重的作用。在矿业工程领域中常用的数值模拟方法有：有限元法、有限差分法、离散元法等。这些方法根据其特点及适用条件，在矿业工程学科中对于岩层运移规律及巷道围岩控制的研究得到不同程度的应用。实践表明，这些方法都能够很好地模拟以及解决矿业工程中遇到的技术问题，但是在实际应用中要注意根据本身的研究内容选择合适的数值模拟方法。

3 沿空留巷技术存在的主要问题

沿空留巷技术是一项被广泛认同的先进矿业工程应用技术，具有许多其他方法所不可比拟的优越性，其经历了煤层从薄到厚、倾角逐步变大的历程，在沿空留巷技术实施过程中，广大煤炭工作者也积累了大量的工作经验，这些都促进了矿业工程沿空留巷技术的成功推广。但是，沿空留巷技术本身存在许多技术难题，往往由于巷道围岩难以控制、充填速度与工作面机械化推进速度难以适应等原因，造成留巷失败。

1）对于不同的煤层赋存条件没有进行具有针对性的研究。沿空留巷技术的成功实施在很大程度上由煤层赋存条件所决定，不同的煤层赋存条件将会形成不同的围岩活动规律，目前沿空留巷技术的实施大多参照一些留巷成功的经验，没有根据本矿特定的顶板条件，制定具有针对性的留巷方案，这就必然导致在留巷过程中存在一定的盲目性，不是充填体强度不足导致留巷失败，就是过高的充填体强度造成材料的浪费。不同的煤层赋存条件所需要的合理巷旁支护阻力是不尽相同的，在具体的工程实践中应当制定具有针对性的留巷方案，才能保证技术可行和经济合理的要求。

2）留巷的方案设计缺乏综合性。目前，在沿空留巷技术的实施过程中，往往不能将巷道掘进过程与留巷过程结合考虑。事实上沿空留巷技术作为一项复杂的系统工程，需要实施留巷的巷道在其掘进支护过程中就应当充分考虑到后期的留巷施工。应结合留巷需要进行合理的支护形式以及支护材料选择，避免造成后期沿空留巷施工过程中仍需要进行巷道补强支护的施工。

3）巷道支护形式难以与留巷经历动压影响相适应。棚式支护往往存在变形严重甚至破坏，导致支护失败等问题，已经很难与目前的巷道支护要求相适应，其很难在沿空留巷技术的实施中继续应用。U型钢支护成本过高，在目前的煤炭形势下也很难得到推广。锚杆支护技术对于本工作面的支护要求能够满足，但是经常出现由于下一工作面的采动影响造成支护失效的问题。因此，对于沿空留巷实施过程中的合理支护形式研究已经迫在眉睫。

4）对于沿空留巷的理论研究尚不深入。沿空留巷由于其特殊的大变形围岩特征（见图3），其工程实施过程十分复杂，但是现有的沿空留巷理论研究尚不深入，在留巷围岩变形规律研究过程中往往仅考虑顶板与巷旁支护体，而忽略了老顶、煤帮、支护体这三者之间的关系。在沿空留巷围岩变形规律方面的研究大多停留在二维数值计算阶段，而沿空留巷是一个复杂的三维过程，现有的二维模拟结果大多与围岩实际运动规律不符。

图3 沿空留巷围岩结构模型

4 对于沿空留巷技术发展的一些建议

沿空留巷技术是采煤方法的一项重大变革，其对于减少巷道掘进量以及吨煤成本费用，消除由于煤柱留设所造成的灾害等方面具有重要作用，因此沿空留巷技术应当得到发展与应用。针对沿空留巷技术在实施过程中所存在的问题，笔者提出以下建议：

1）加强对沿空留巷有重要影响的煤层赋存条件、围岩条件的研究，对于不同围岩条件的留巷进行分类研究，根据不同的围岩地质条件选择合适的留巷参数，从而制定出具有针对性的留巷方案。在不同巷道围岩条件下，研究各自的沿空留巷围岩变形规律，为合理的巷内支护强度和巷旁支护方式提供理论依据。

2）在对巷道进行支护设计时应当充分考虑后期沿空留巷技术的实施，将沿空留巷与巷道掘进结合为整体，共同考虑，保证掘进过程中巷道支护与沿空留巷技术的实施相适应。

3）积极采用锚网索支护等联合支护方式，锚网索支护作用力能够深入岩体内部，改变其锚固部分岩体受力，提高其残余强度，与顶板的下沉相适应，进而维持巷道稳定。

4）加强对于沿空留巷技术的理论研究。采用不同的研究方法与手段，对于沿空留巷顶板控制机理进行深入研究，广泛应用三维数值模拟技术，对沿空留巷顶板运动规律深入探讨，为制定合理的支护参数提供理论基础。

5 结语

沿空留巷技术能够有效提高煤炭资源回收率，改善采煤工作面通风状况，消除瓦斯聚集，符合建设绿色矿山的发展方向。沿空留巷是矿业工程学科的一项先进技术，应当在条件适宜的情况下广泛应用。

〔1〕张东升，茅献彪，马文顶 .综放沿空留巷围岩变形特征的试验研究〔J〕.岩石力学与工程学报，2002（2）.

〔2〕孙恒虎，赵炳利 .沿空留巷的理论与实践〔M〕.北京：煤炭工业出版社，1993.

〔3〕郭育光，柏建彪，侯朝炯 .沿空留巷巷旁充填体主要参数研究〔J〕.中国矿业大学学报，1992（4）.