浅谈煤矿沿空留巷支护技术

都韬任

(龙煤鸡西矿业有限责任公司新发煤矿 黑龙江 鸡西 158100)

浅谈煤矿沿空留巷支护技术

都韬任

(龙煤鸡西矿业有限责任公司新发煤矿 黑龙江 鸡西 158100)

针对矿井煤炭资源日趋紧张的实际情况，为最大限度回收煤炭资源，延长矿井开采寿命，煤矿推行科技兴企战略，采用沿空留巷工艺，进一步解放了呆滞煤量，提高了煤炭资源回收率，提升了企业效益。沿空留巷技术就是煤矿开采技术的一项重大改革，它对提高煤炭回收率，降低掘进率，缓解采掘接替的紧张状况，提高矿井的经济效益都有十分重要的意义。

煤矿;沿空留巷;切顶卸压

一、沿空留巷原理

沿空留巷在采动高应力作用下，围岩发生大变形，破裂区、塑性区范围大，巷内支护通常采用既能起到主动支护，又能适应于围岩大变形的高强度锚杆作基本支护。支护目的是提高并发挥围岩的自承能力，实现支护体与围岩共同承载。Gramberger该准则是，脆性岩石的初始破裂总是拉应力所致，而且初始破裂面总是垂直于拉应力方向;或者说初始破裂面总是平行于最大主应力和中间主应力，垂直于最小主应力。该准则对于判断岩石初始破裂面方向是十分有效的。如果发现岩石的初始断

面发展方向，该准则可以判断岩石的主应力方向及其大小。因此，Gramberger准则对于研究地下工程的支护前期作用是很有用的［1］。

二、预裂爆破基础理论

坚硬顶板的基本物理力学特性具有岩石弹性模量大、抗压强度高、岩层节理裂隙和断裂构造不发育、岩层整体性强以及分层厚度大等特点。初釆期间，为了让坚硬顶板提前断裂垮落，必须采取一些措施改变坚硬顶板的物理力学特征，其中改变岩石的弹性模量和抗压强度比较难。但是，用爆破的方法可以改变岩石的整体性，增加岩石的裂隙，从而弱化顶板，促使顶板提前跨落。爆破是目前破碎岩石最常用的一种手段，由于具体爆破时的工程地质条件、岩体的不均质、爆炸的高温、髙压等特点，世界各国学者经过长期的现场实践，并借助了一些髙科技手段对爆破的各种现象进行观测和解释，并提出了各种假说和理论［2］。岩体爆破破碎的原因主要有三种:

(一)爆生气体膨胀压力理论

该理论认为岩体的破坏主要是由于爆生气体的压力，炸药爆炸后，爆生气体膨胀并对炮孔壁产生压力场。这种应力导致岩石质点的径向位移，从而产生径向裂隙。不同方向上的阻力不等，爆炸后引起的质点位移也不同，最小抵抗线方向离自由面最近，因此阻力也最小，质点在该方向的位移最大。各方向质点位移的不同导致剪应力，剪应力超过岩体抗剪强度导致岩体剪切破坏。如果还有剩余能量，爆生气体将对岩体产生抛掷作用。

(二)应力波反射理论

该理论认为岩体的破坏主要是由于应力波反射造成。爆炸后爆轰波冲击炮孔，之后转变为应力波，应力波遇到自由面反射转变为拉伸应力波。反射的应力波超过岩体的抗拉强度时，岩体发生拉伸破坏。岩体的

破坏是从自由面向爆心扩展的，爆生气体的膨胀压力比应力波小得多，并且岩体的抗压强度比抗拉强度大得多，因此岩体破坏的主要原因是应力波反射的拉伸应力波。

(三)爆生气体膨胀压力和应力波反射共同作用理论

该理论认为岩体的破坏是爆生气体膨胀压力和应力波反射共同作用的结果，它们分别在爆破的不同阶段发挥作用。爆炸产生的爆轰波传播到炮孔壁后在岩体中迅速衰减为应力波，应力波在炮孔周围造成岩体的“压碎”，并且在压碎区域的外围造成径向裂隙，之后爆生气体渗入裂隙并不断沿径向扩展，使得裂隙进一步扩张，直到能量耗尽，裂隙停止扩展，冲击波在岩体破坏中占有非常重要的作用。

三、切顶卸压沿空留巷技术

沿空留巷是为了回收传统采矿方式中预留的保安煤柱，采用一定的技术手段将上一区段的顺槽重新支护留给下一个区段使用，对原顺槽位置进行保留的一种技术方法。但未施工切顶卸压沿空留巷的下帮会切顶，给恢复带来较大的难度，且在回采过程中压力较大，顶板管理难度大，而施工切顶卸压的话不仅可以使顶板下沉量小，完整度较好且恢复方便，同时还可以降低掘进率及生产成本，解决采煤工作面衔接紧张局面，可以说切顶卸压沿空留巷技术是目前最先进的一种无煤柱护巷技术。切顶卸载就是采用各种技术手段将沿空留巷靠采空区一侧的顶板切落下来，既消除采空区内的悬顶，又将顶板断裂线推移到巷道外侧的采空区内，而巷内顶板一端以煤璧为支撑，另一端则按岩层断裂角由下往上断裂跨落，形成组合式的“悬臂梁”结构，巷道就处于该结构的保护下，巷内支护的主要作用是维持直接顶的完整性，尽量减小直接顶之间和直接顶与老顶之间的离层。

(一)切顶卸压沿空留巷力学机理

通过切顶爆破的预裂切缝改变了沿空巷道上覆悬伸顶板岩体的结构，将巷道上覆岩层形成的悬臂缩短，减轻了沿空留巷巷道内支护的压力。留巷支护体只需承担巷道宽度上方一定范围内的岩体产生的重力及扭力即可，切顶将明显改变留巷只护体所承受的压力，使留巷更加容易。通过锚索的悬吊作用及巷旁只护体的支撑作用将回采工作面回采运输巷顶板对下邻工作煤柱的悬臂梁改变为两端支承梁，降低了煤柱的压力。在采场顶板周期来压作用下，悬伸岩层在上覆压力挤压下沿预裂面切落，极大消散了回采工作顶板对沿空留巷的压力影响。将沿空留巷视为一项系统工程，对需要保留的巷道掘进前预先考虑后期沿空留巷技术的需要，增加锚索支护，使沿空留巷后的巷内支护体强度满足采动影响的要求［3］。

(二)切顶卸压沿空留巷的优势

切顶卸压在沿空留巷中的施工技术应用表明，与传统护巷技术相比较，沿空留巷在技术上和经济上都其有很大的优越性，不仅可使采区回采率提高，使采区巷道的掘进率降低，避免了工作而接替紧张的局面;而且可以使护巷成本降低，节约掘进费支护，其有很高的社会和经济效益但同时此种方法也存在着诸多问题，如炸药在聚能爆破管内的防滑措施未很好解决，沿空留巷支护时安全很难保障，这些都需要我们根据不同的顶板结构和顶板岩性设计钻孔的间距及装药系数，利用最佳的施工效果来对沿顶板掘进未破顶的锚杆巷道进行支护施工，并且往前推进的过程中，必须加强端头的支护，及时拉架，以保障施工人员的安全，同时可以保证支护施工的质量。只有做到这些，我们才能真正实现无煤柱开采，不仅可以最大限度回收资源，避免煤体损失，而且可以保障施工的安全和质量，最大限度地带来更多的社会和经济效益。

对有冲击地压的采空区四周进行切顶卸压 (开采前对开切眼切顶，回采过程中对两巷切顶，根据推进距离进行工作面的切顶)，减小来压范围和来压强度，防止工作面大面积顶板来压形成冲击地压。对坚硬直接顶进行定期切顶卸压，减小直接顶来压步距和来压强度，让直接顶垮落后充填采空区，防止老顶的大面积来压对工作面支架造成的损坏。

四、结束语

综上所述，在对沿空留巷理论进行分析，结合深孔预裂爆破技术，提出了切顶卸压沿空留巷支护技术，通过深孔爆破人为在沿空留巷顶板切缝，利用工作面顶板的来压切断顶板，减少顶板悬臂长度，降低沿空留巷顶板压力，改变围岩应力环境，有利于沿空留巷顶板支护及稳定。

［1］贾世林.近距离煤层下沿空留巷支护技术研究 ［J］.山东工业技术，2017，(10):58－59.

［2］杨富强，相啸宇，张玉宝，等.坚硬顶板沿空留巷巷旁支护技术及工程应用 ［J］.煤炭工程，2017，(08):78－81.

［3］黄士辉.沿空留巷巷旁充填支护技术研究与应用 ［J］.山东煤炭科技，2017，(01):1－3.

都韬任 (1989－)，男，汉族，黑龙江双鸭山人，新发煤矿安全监察部副部长，助理工程师，大学本科，龙煤鸡西矿业有限责任公司新发煤矿。