顶板自行垮落沿空留巷无煤柱开采技术探讨

张建国

摘要：近年来，随着市场经济的快速发展，我国煤矿开采技术日益发展。虽然煤矿企业已经广泛应用了无煤柱开采沿空留巷技术，但在应用中仍存在许多不足。即在工作面回采过程中，通过有效的巷旁支护和巷内支护技术，将本工作面的回采巷道保留下来，本文首先总结了沿空巷挡矸技术，然后分析了当前沿空留巷技术在应用过程中存在的不足，最后提出了在煤矿开采中应用沿空留巷技术的有效措施，供大家参考。

关键词：煤矿开采沿空留巷技术

如今，我国煤矿开采技术种类繁多，技术水平不统一。一些煤矿采煤技术主要包括爆破、装煤、运输和支护。有些地区的矿山地质条件不稳定，导致采矿环境非常恶劣。如何在复杂地质条件的开采环境下，综合运用智能方法和开采技术，按照先进的开采技术完成煤矿开采，不仅可以节省时间和人力，而且还可以提高煤矿开采的可靠性，这是目前亟待解决的问题。

1 概述沿空留巷技术

沿空留巷技术是无煤柱开采技术的一大发展方向，在无煤柱的煤矿巷道开采中应用广泛，该技术是通过对沿空巷道邻近采空区的顶板进行双向张拉聚能爆破，主动切断顶板，在沿空巷道和采场侧向顶板之间形成一条切缝结构面，动压来临时，通过巷内支撑、巷旁切缝、采场覆岩变形压力挤压的共同作用，促使侧向顶板岩层沿切顶线位置及时断裂垮落，使得沿空巷道頂板形成短臂梁结构，消除了传统可传递采场岩层移动变形压力的岩梁结构，避免了采场岩层移动变形向沿空巷道围岩传递压力的作用，减小了沿空巷道支护荷载和变形量，同时，切落的矸石充填了采空侧巷帮，隔断老塘，切落矸石又碎涨充填采空区，支撑上位岩层，限制上覆岩层继续回转和下沉变形，实现沿空巷道稳定。由于其具有重要的利用价值，国内外关于沿空留巷支护技术在煤矿开采中应用的相关研究正在积极开展，目前已取得显著成效。

2 当前沿空留巷技术在应用过程中的不足

2.1 支架技术不先进

在以往的煤矿开采中，通常采用支护防护技术对井下巷道进行加固，可以保证采掘工作的正常进行。然而，这种支撑保护形式适用于煤层埋藏不深的地表。如果矿井较浅，很容易给支护带来很大压力。如果矿井煤层埋藏较深，支架的可靠性和安全性将大大降低。对于大型矿山，需要大量的支架，这也制约了大型矿山开采中支架防护的安全使用。此外，随着科学技术的日益进步，传统的支护保护暴露出越来越多的问题，如：施工难度大、类型复杂等，这根本不能满足当前开采煤矿的实际需要。

2.2 煤矸石堆法的开采效率普遍不高

由于煤矸石堆法具有生产成本低、操作简便等优点，煤矿企业被广泛应用于矿井顶板支护。但就煤矿而言，煤矸石缺乏一定隔离可靠性，开采煤矿经常发生顶板下沉，不能满足安全运行的相关要求，也不能保证煤矿开采的工作水平和工作质量。此外，煤矸石堆法不先进，在实际开采中很可能会损失大量的物质资源和人力资源。然而，与其他方法相比，煤矸石堆法的生产成本不高，现阶段在我国许多煤矿广泛使用，这在很大程度上阻碍了中国煤矿的稳定有序发展。

3 沿空留巷新技术在煤矿开采中应用的有效措施

3.1 巷旁支护及挡矸封闭设计

（1）巷旁挡矸措施 为了防止周期来压时顶板垮落岩石冲入巷道，工作面支架后方采用可缩 U 型钢支架、单体液压支柱及单层菱形网+喷浆组成的联合挡矸支护形式。U 型钢垂直巷道布置，顶端焊接 Φ40mm*200mm 的圆钢，圆钢弯斜角 15°，与炮孔倾角一直，以便将其插入炮孔内，并能保持 U 钢点柱直立。

（2）钢管砼支护原理 钢管混凝土是指将混凝土、轻骨料混凝土灌入钢管而形成的一种组合材料，一方面由于钢管临界承载力极不稳定，在钢管中充填混凝土形成钢管混凝土，混凝土的存在可以避免或延缓薄壁钢管过早发生屈曲，另一方面，钢管约束了混凝土，在轴心受压荷载作用下，混凝土三向受压，延缓了其纵向开裂，因此，通过两种材料的组合弥补了彼此的弱点，充分发挥了彼此的长处，从而使钢管混凝土具有很高的承载力，其极限承载力高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土承载力之和，并且使得混凝土的塑性和韧性性能大为改善。

（3）老塘侧封闭措施 为防止巷旁采空区漏风，沿空留巷与采空区内有害气体串通，需对切落矸石帮进行快速封闭。在单层菱形网内侧挂纱网，待切顶留巷矿压显现结束，围岩变形终止以后，及时对巷旁切落矸石帮进行喷浆封闭施工，喷完以后，定期观察，发现喷层开裂部位及地段，应当及时实施二次复喷。

3.2 认真做好事先支护沿空留巷工作

在实际开采中，为了保证支护效果，有必要提前做好支护工作，也就是说，在采煤工作面设备安装之前需要对沿空留巷顶板进行恒阻器+钢带+高强锚索支护。并提前做好预裂切缝孔爆破工作，对于沿空顺槽巷道围岩压力的控制，主要采用深孔预裂爆破技术和深孔切缝爆破技术，在沿空顺槽走向切缝和倾向预裂，实现对覆岩移动、断裂变形压力的卸载和转移，达到卸压的目的。

3.3 不断完善安全事故预防策略

3.3.1 瓦斯通风技术措施。当顶板坚硬时，会出现局部切顶后矸石垮落不充分，造成沿空侧向顶板卡住无法下落，造成巷旁出现无法充填的空洞，造成瓦斯聚集空间和采空区漏风通道，对此首先采取局部倾向孔松动炮爆破挑顶，然后采取以下封堵措施：

（1）对于轻微，空区面积小的地方，采用局部挂设当风帘封闭，并及时检测区

域瓦斯含量，制定好预案措施;

（2）对于局部空洞范围较大，则需采取局部充填矸石进行封堵，主要采用起底

矸石装入蛇皮袋，码袋充填;

（3）对于局部漏风、自然倾向的煤层，则需采取微胶囊阻化剂缓释泡沫高分子

发泡材料进行封闭;

3.3.2 留巷期间防漏风安全措施。为防范采空区漏风导致的灾害，结合产生漏风需要同时具备两个基本条件，一是存在漏风通道，二是漏风通道两端存在风压差，制定如下安全保障技术：

（1）减风降压技术措施所谓减风降压技术，就是在回采工作面及回风顺槽有毒有害气体浓度不超限的前提下，尽量减少回采工作面的供风量，从而减少回采工作面的风速和回采工作面上下两端的风压差，以达到减少往采空区内的漏风量。

（2）隅角封堵技术措施上述可知，切顶留巷开采时，漏风将主要集中在进风隅角和工作面与留巷所围成的 15m 三角区内。为改变进风流在隅角处流向，避免进风流垂直射入进风隅角和采空区，在工作面支架后留巷段 0～15m 范围内悬挂风帐，降低三角区漏风量

总之，采空区侧沿空留巷技术在我国煤矿企业中得到了广泛的应用。这项技术不仅可以增加煤矿企业的经济利润，而且可以保证煤矿开采的可靠运行，不会威胁到采矿人员的健康。因此，为了更好地促进我国煤矿企业的稳定发展，矿山企业必须提高机械化的应用能力，积极创新采煤方法，在沿空留巷技术的应用中，只有这样，才能实现煤矿企业的可持续发展。

参考文献：

[1] 张利峰.沿空留巷技术在煤矿开采中的应用分析[J].能源与节能，2018（09）.

[2] 邰高峰.沿空留巷技术在煤矿开采中的应用[J].机械研究与应用，2018（02）.

[3] 武维新.沿空留巷技术在煤矿开采中的应用与分析[J].煤，2017（05）.

[4] 赵国强.沿空留巷技术在煤矿开采中的应用[J].煤，2017（04）.

（作者单位：中煤第一建设有限公司山不拉煤矿）