沿空掘巷在礦業中的應用實踐

孫德利，丁其全 ，張 龍

1.冀中能源邯鄲礦業集團，山西太原 030006

2.中國礦業大學，江蘇徐州 221008

3.冀中能源邯鄲礦業集團赤峪煤礦，山西呂梁 032100

1 概況

目前傳統的采區設計中，相鄰兩工作面之間通常留設15m～30m寬的保護煤柱，部分地質條件復雜的礦井，相鄰兩工作面之間留設的保護煤柱可能更寬。這樣做造成煤炭資源的極大浪費，尤其是煤炭資源越來越少，煤炭的市場需求量又越來越大，煤炭的價格不斷攀升。如何提高煤炭資源的回收率；如何延長礦井的服務年限，成為各煤炭企業重點考慮的問題。近年來，一些高等礦業院校和煤炭企業的技術人員經過不歇的努力研究，在提高煤炭資源回收率方面取得了巨大的成就，比如發展了充填開采技術、無煤柱開采技術（沿空留巷）、留小煤柱開采技術（沿空掘巷）等。

邯鄲礦業集團康城礦業公司127采區是該礦井2號煤最后一個采區。而接替該采區的下組煤采區地質條件復雜多變，施工難度大，存在采區接替緊張的局面，同時考慮下組煤煤質差、開采成本高、價格相對較低，相反的是2號煤煤質好、開采成本低、煤價相對較高。因此提高2號煤的資源回收率，盡可能延長2號煤開采時間，不但可以緩解下組煤工作面接替緊張的局面，而且可以增加經濟效益。為此康礦公司技術人員學習并總結其它礦的經驗后，進行了技術論證和可行性研究，提出12703工作面采用小煤柱護巷技術，即沿空掘巷技術以提高資源回收率。

2 地質及生產技術條件

127采區主采煤層為山西組2號煤層，煤層厚度2.4m～4.6m，平均厚度3.5m。煤層傾角9度左右。煤的堅固系數f值為3～4。煤層的結構簡單。

該采區范圍內2號煤層直接頂以黑灰色粉砂巖為主，具水平層理，厚度在4.3m，本層下部頁巖狀具有炭質成分，較破碎，易冒落；老頂為灰色中粒砂巖，層厚5.29m，裂隙發育中等。煤層直接底為黑色泥巖，裂隙發育，厚度為1.05m；老底為深灰色中粒砂巖，層厚1.65m。開采深度350m左右。

12703工作面上部為12702工作面。12702工作面設計推進方向為由東向西，采高3.5m，采空區采用全部垮落法處理。其巷道布置如下圖1所示。12703工作面走向長度820m，傾向長度150m。工作面傾角8°～14°。兩巷沿煤層布置，其巷道屬于典型的全煤巷道。出于避開鄰區側支承壓力峰值區的考慮，其沿空巷道設計留設的煤柱寬度為4m。沿空巷道作為12703工作面回風巷，巷道設計規格為4500mm×2800mm，其中考慮掘進完后會有一定的變形量。

3 施工情況

3.1 掘進方式

巷道掘進采用鉆眼爆破法。

3.2 支護方式

圖1 巷道布置示意圖

采用錨網梁加錨索聯合支護。

支護參數選擇：

頂板：頂錨桿采用φ20×2 400mm左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿，間排距為800×800mm，頂網采用φ8盤條制成，網孔大小為100×100mm，頂梁采用φ16圓鋼制成3 400×90mm的梯子梁。錨索排距由3 200mm縮至1 600m，每排3根。錨索采用直徑為φ17.8×7 000mm鋼絞線。

兩幫支護：幫錨桿采用直徑φ18×2400mm的高強螺紋鋼制成，間排距為800×800mm，幫錨桿均采用2卷SS2360樹脂藥卷錨固。豎向使用φ14圓鋼制成2 500×90mm的梯子梁，幫網采用900×2 500m的菱形網護幫，在掘進過程中考慮采空區側的穩定性，增加了采空區側幫錨桿密度，即在每4根幫錨桿中間補打一根幫錨桿，以加強支護。

3.3 施工過程及沿空巷道受力分析

圖2 采空區下隅角未垮落

圖3 采空區下隅角完全垮落

圖4 回采期間沿空巷道加固示意圖

12702工作面回采3個月后，待采空區內老頂完全垮落，沿空掘巷開始，沿空堀巷300m（2.5個月）后，經過對巷道變形觀測，兩幫最大移近量為260mm，其中采空區側最大移近量185mm，巷道整體基本穩定，在12702回采過程中由于工作面內揭露斷層，造成工作面推進速度大幅度降低，此時沿空掘巷工作面距回采工作面距離逐漸縮小，最小距離260mm，在該段掘進后，此時上部采區頂板冒落時間才70天左右，此時巷道變形速度、變形量明顯比開口處大。分析認為采空區下隅角老頂還未完全垮落（如圖2），邊緣支承應力還未穩定，即處于動壓區內，沿空掘巷處于應力升高區內；前段由于采空區下隅角老頂已經完全垮落（如圖3），邊緣支承應力向實煤體方向移動并趨于穩定，此時沿空掘巷處于應力降低區。

4 沿空掘巷效果

2011年7月8日沿空掘巷施工結束，并開始回采，2012年元月底回采結束，在回采過程中對沿空巷道進行了臥底、并采用工字鋼、金屬鉸接梁和液壓點柱進行超前加固，如圖4。實踐證明經過超前加固后沿空巷道能夠滿足正常使用。

5 結論

對于沿空掘巷技術在實際中的應用，在不同的礦井不同的地質條件下小煤柱的留設可能存在較大的差異。另外合理的控制沿空掘巷與回采工作面的距離，避免沿空巷道受動壓影響，使巷道處于應力降低區內，減少巷道后期維護量。只有通過不斷的摸索，不斷研究，才能更好的應用沿空掘巷技術。實踐證明沿空掘巷技術在煤層沒有自燃傾向性、沒有水害威脅、煤層頂扳條件相對穩定的情況下能夠減少煤炭資源的損失量，是提高礦井資源回收率，提高礦井經濟效益的一種行之有效的技術手段。

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