我国煤矿沿空掘巷研究进展

李德中,王赛骞（山西华晟荣煤矿有限公司,山西　长治　046000）

我国煤矿沿空掘巷研究进展

李德中,王赛骞
（山西华晟荣煤矿有限公司,山西长治046000）

摘要：我国煤炭资源丰富，是一个产煤大国。为提高煤炭采出率，国内外开展了针对沿空掘巷的研究，本文从巷道围岩稳定机理及巷道围岩控制两方面介绍沿空掘巷的研究现状，为进一步研究提供方向。

关键词：沿空掘巷；围岩稳定机理；巷道围岩控制

煤炭是我国主要能源，近30年来，煤炭占我国能源的70%以上。由于煤炭是不可再生能源，因此必须尽可能合理地开采地下煤炭资源，提高煤炭采出率。自20世纪50年代开始，国内外开展了沿空留巷和沿空掘巷两种无煤柱护巷技术的实验研究，对无煤柱护巷的矿压显现规律及围岩控制进行了系统的研究，取得了大量成果，推动了无煤柱护巷技术的发展。

沿空掘巷是在上区段回采结束，采空区岩层活动基本停止，回采引起的应力重新分布趋于稳定后掘进，巷道处于应力降低区，采用宽度较小的煤柱和合理的支护技术可以保证巷道在掘进及掘出后围岩变形较小，巷道只经历一次采动影响，我国无煤柱护巷大部分采用沿空掘巷。

1　沿空掘巷围岩稳定机理研究现状

沿空掘巷顶底板条件和工作面顶底板条件基本相同，特别是顶板岩层破断规律与工作面顶板岩层破断规律紧密联系，国内外大批专家学者对工作面上覆岩层活动规律和破断特性做了大量有益的研究，分别提出S-R稳定性原理和关键层等理论。

柏建彪教授和侯朝炯教授针对沿空掘巷围岩结构特点进行了研究，分析了综放沿空掘巷围岩稳定机理，通过建立沿空掘巷基本顶弧形三角块结构力学模型，对基本顶弧形三角块稳定性原理进行理论分析，提出基本顶弧形三角块由巷前稳定状态→掘巷期间的扰动→掘巷后的稳定→采动期间旋转失稳的动态稳定过程。从理论上分析了综放沿空掘巷外部围岩的稳定条件，提出基本顶弧形三角块稳定的主要影响因素，包括支承压力、巷道埋深、开采厚度、围岩力学性质及采动影响等因素。在研究上覆基本顶稳定结构的基础上，指出巷道锚固区内围岩和锚杆相互作用关系，通过采用合理沿空掘巷围岩控制技术，使巷道顶板和两帮锚固体形成统一承载结构，该结构不仅能承载自身重量，同时也能限制锚固区外围岩变形，从而保证沿空掘巷基本顶弧形三角块在不同时期的稳定。上工作面侧向支承压力分为应力降低区、应力升高区和原岩应力区，合理选择窄煤柱宽度，使沿空巷道处于弧形三角块的保护下，围岩应力相对较低的环境，对沿空巷道围岩稳定是十分有利地。

国内外许多学者对煤柱的宽度和稳定性做了大量的研究工作，但对煤柱的合理宽度一直没有统一的认识，研究结论差别较大，合理煤柱宽度从1～5m直到20～30m不等。澳大利亚SCT岩层控制技术公司与原煤炭工业部科教司合作在东庞煤矿进行了锚杆支护研究，认为上区段开采后在实体煤侧距离采空区13m位置存在1组裂隙，留窄煤柱沿空掘巷巷道处于该裂隙区内，不利于巷道稳定，因此其研究结果为煤柱宽度应大于15m范围。柏建彪教授和李学华教授等学者在充分研究综放沿空掘巷围岩稳定机理的基础上，对合理窄煤柱宽度进行了充分研究，认为沿空掘巷窄煤柱合理宽度为5m左右，并成功应用到现场工程实践，取得了显著技术经济效益。

2　沿空掘巷巷道围岩控制理论与技术研究现状

随着我国煤炭资源开采力度的加大，由于沿空掘巷优点明显，在各大矿区得到迅速发展。沿空掘巷通常为回采巷道，考虑巷道断面及围岩破碎程度，可缩性U型钢支架弊端显著，英雌目前国内外针对沿空掘巷围岩通常采用工字钢架棚和锚杆支护控制围岩，局部破碎围岩采用注浆加固技术保证围岩整体完整，对沿空掘巷围岩控制技术的研究取得了颇丰的成果。

柏建彪对沿空掘巷、沿空留巷等动压高应力巷道锚杆支护进行了充分研究，在高应力巷道中强调高强支护的同时，保持支护系统的合理让压，保证支护系统的持续可承载，从而保证巷道围岩的稳定。通常的沿空掘巷，留设煤柱宽度为3～5m，采用锚杆支护安全高效，同时大大提高了巷道围岩稳定性。近年来随着各种新型材料的引入，进一步加速了沿空掘巷锚杆支护技术的发展。

由于我国煤层地质条件差异较大，部分矿井采用4～5m窄煤柱沿空掘巷，巷道围岩掘进期间收敛就难以控制，而当煤柱宽度进一步减小之后，窄煤柱帮位移和巷道底鼓均大幅减小。此时，煤柱宽度留设与锚杆支护技术存在较大的矛盾。研究认为，沿空掘巷的理想开巷位置应将巷道布置在采空区侧向支承压力降低区范围，一味的采用工程类比法确定窄煤柱宽度显然不够合理。但是，当及时减小窄煤柱宽度后，由于窄煤柱整体稳定性欠佳，锚杆加固破碎围岩效果甚微，甚至影响围岩整体稳定，造成安全隐患。此时工字钢架棚配合锚杆支护技术则显得尤为重要。工字钢架棚被动支护方式支承沿空掘巷上部边界，保证其稳定性，配合短锚杆主动支护方式保证巷道浅部围岩稳定，两者相形亦章，共同作用，更容易保证宽度较小的窄煤柱沿空掘巷围岩稳定。

部分埋深较大、围岩力学性质较差的矿井，在采用沿空掘巷技术时，窄煤柱帮由于原生和次生裂隙发育，塑性区扩展范围和深度大，需采用锚注联合支护。注浆加固破碎围岩弱面，可显著提高围岩整体性能和自承能力，同时还可为锚杆支护提供更为稳定可靠的着力点，显著提高破碎围岩锚杆锚固力，且锚杆支护强化的破碎围岩强度，还可良好适应围岩的较大变形。另一方面，锚注联合支护施工简单，沿空掘巷在本工作面超前支承压力影响下，强度及波及范围均可有效减小，可大大减小巷道服务期间维修工作量，并显著改善工人的劳动条件以及作业环境，保证矿井安全生产，与传统的架棚等支护形式相比，亦可省去工人的搬运、安装、回收等体力劳动，大大减轻工人劳动强度。

参考文献：

[1]柏建彪.沿空掘巷围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,2006.

[2]常聚才,谢广祥,杨科.综放沿空巷道小煤柱合理宽度的确定[J].矿业研究与开发,2008(02).

[3]齐中立,柏建彪,赵军,伊西锋,闫帅.沿空掘巷窄煤柱合理宽度研究与应用[J].能源技术与管理,2009(02).

[4]周华龙,华心祝,赵明强.窄煤柱沿空掘巷锚梁网支护实践[J].煤矿开采,2008(01).

[5]康红普.巷道围岩的关键圈理论[J].力学与实践,2001(02).

[6]柏建彪，侯朝炯.深部巷道围岩控制原理与应用研究[J].中国矿业大学学报,2006,35(02):145-148.

[7]柏建彪,王卫军,侯朝炯等.综放沿空掘巷围岩控制机理及支护技术研究[J].煤炭学报,2000,25(05):478-481.

作者简介：李德中（1981-），山西长子人，本科。