沿空留巷技術的發展與應用

趙子輝，常 林

（陜西彬長大佛寺礦業有限公司，陜西 彬縣713500）

沿空留巷技術在煤礦開采技術體系中占有重要地位，通過采用沿空留巷技術能夠消除煤柱的留設，從而較大程度提高煤炭資源回收率，進而延長礦井服務年限，還可以緩解采掘銜接矛盾，消除巷道上隅角瓦斯聚集現象，實現Y型通風〔1〕（見圖1）。沿空留巷技術具有明顯的技術和經濟優勢。

圖1 沿空留巷Y型通風示意

在薄及中厚煤層工作面中，沿空留巷技術的應用較為廣泛〔2〕。沿空留巷巷道需要經歷兩次采動影響，礦壓顯現程度強烈，巷道維護具有較大難度，在一些條件較為復雜的中厚煤層或大斷面巷道中應用仍較為困難〔3〕。

1 沿空留巷技術的發展過程

自20世紀50年代，礦業系統開始了對沿空留巷技術的研究與應用，其主要經歷如下幾個階段：

第一階段，沿空留巷技術最初主要在薄煤層中應用實施，主要采取矸石墻為巷旁支護，木棚作為巷內支護的支護方式。存在矸石變形量大，難以與巷道支架適應，支架受損破壞嚴重，工人勞動強度大，施工安全系數低等問題，嚴重限制了沿空留巷技術的推廣應用。

第二階段，在中厚煤層成功應用實施沿空留巷技術，巷旁支護選取密集支柱、木垛等材料，巷內支護廣泛采用木棚、工字鋼梯形支架，促進了沿空留巷技術的發展。

第三階段，隨著綜采技術在煤炭開采行業的廣泛應用，煤炭開采效率得到大幅提高，同時巷道頂底板移近量也在相應增加，這就要求巷旁支護具有更大的支護阻力，巷內支護的支護強度也需要提高。在此階段，沿空留巷技術有了突飛猛進的發展，主要體現在高水材料的研究應用，高水材料具有一定的可縮性和較強的支護阻力，能夠與較大的頂板下沉量相適應，高水材料的出現為沿空留巷技術的推廣應用奠定了基礎（見圖2）。

圖2 高水材料沿空留巷工藝

第四階段，伴隨著錨桿支護技術的發展以及巷旁充填技術的逐步改進，沿空留巷技術在一些厚煤層工作面也得到成功運用。目前的巷旁充填材料具有增阻速度快、支護強度大、充填效率高等優點，這些都有效地解決了沿空留巷實施過程中的一些技術難題。

2 沿空留巷理論的研究方法

沿空留巷技術作為礦業工程應用技術的一個重要分支，其研究與礦業工程的工程設計以及科研水平密切相關。隨著計算機技術在國民生產各方面的廣泛應用，數值模擬技術在礦業工程理論研究過程中發揮著舉足輕重的作用。在礦業工程領域中常用的數值模擬方法有：有限元法、有限差分法、離散元法等。這些方法根據其特點及適用條件，在礦業工程學科中對于巖層運移規律及巷道圍巖控制的研究得到不同程度的應用。實踐表明，這些方法都能夠很好地模擬以及解決礦業工程中遇到的技術問題，但是在實際應用中要注意根據本身的研究內容選擇合適的數值模擬方法。

3 沿空留巷技術存在的主要問題

沿空留巷技術是一項被廣泛認同的先進礦業工程應用技術，具有許多其他方法所不可比擬的優越性，其經歷了煤層從薄到厚、傾角逐步變大的歷程，在沿空留巷技術實施過程中，廣大煤炭工作者也積累了大量的工作經驗，這些都促進了礦業工程沿空留巷技術的成功推廣。但是，沿空留巷技術本身存在許多技術難題，往往由于巷道圍巖難以控制、充填速度與工作面機械化推進速度難以適應等原因，造成留巷失敗。

1）對于不同的煤層賦存條件沒有進行具有針對性的研究。沿空留巷技術的成功實施在很大程度上由煤層賦存條件所決定，不同的煤層賦存條件將會形成不同的圍巖活動規律，目前沿空留巷技術的實施大多參照一些留巷成功的經驗，沒有根據本礦特定的頂板條件，制定具有針對性的留巷方案，這就必然導致在留巷過程中存在一定的盲目性，不是充填體強度不足導致留巷失敗，就是過高的充填體強度造成材料的浪費。不同的煤層賦存條件所需要的合理巷旁支護阻力是不盡相同的，在具體的工程實踐中應當制定具有針對性的留巷方案，才能保證技術可行和經濟合理的要求。

2）留巷的方案設計缺乏綜合性。目前，在沿空留巷技術的實施過程中，往往不能將巷道掘進過程與留巷過程結合考慮。事實上沿空留巷技術作為一項復雜的系統工程，需要實施留巷的巷道在其掘進支護過程中就應當充分考慮到后期的留巷施工。應結合留巷需要進行合理的支護形式以及支護材料選擇，避免造成后期沿空留巷施工過程中仍需要進行巷道補強支護的施工。

3）巷道支護形式難以與留巷經歷動壓影響相適應。棚式支護往往存在變形嚴重甚至破壞，導致支護失敗等問題，已經很難與目前的巷道支護要求相適應，其很難在沿空留巷技術的實施中繼續應用。U型鋼支護成本過高，在目前的煤炭形勢下也很難得到推廣。錨桿支護技術對于本工作面的支護要求能夠滿足，但是經常出現由于下一工作面的采動影響造成支護失效的問題。因此，對于沿空留巷實施過程中的合理支護形式研究已經迫在眉睫。

4）對于沿空留巷的理論研究尚不深入。沿空留巷由于其特殊的大變形圍巖特征（見圖3），其工程實施過程十分復雜，但是現有的沿空留巷理論研究尚不深入，在留巷圍巖變形規律研究過程中往往僅考慮頂板與巷旁支護體，而忽略了老頂、煤幫、支護體這三者之間的關系。在沿空留巷圍巖變形規律方面的研究大多停留在二維數值計算階段，而沿空留巷是一個復雜的三維過程，現有的二維模擬結果大多與圍巖實際運動規律不符。

圖3 沿空留巷圍巖結構模型

4 對于沿空留巷技術發展的一些建議

沿空留巷技術是采煤方法的一項重大變革，其對于減少巷道掘進量以及噸煤成本費用，消除由于煤柱留設所造成的災害等方面具有重要作用，因此沿空留巷技術應當得到發展與應用。針對沿空留巷技術在實施過程中所存在的問題，筆者提出以下建議：

1）加強對沿空留巷有重要影響的煤層賦存條件、圍巖條件的研究，對于不同圍巖條件的留巷進行分類研究，根據不同的圍巖地質條件選擇合適的留巷參數，從而制定出具有針對性的留巷方案。在不同巷道圍巖條件下，研究各自的沿空留巷圍巖變形規律，為合理的巷內支護強度和巷旁支護方式提供理論依據。

2）在對巷道進行支護設計時應當充分考慮后期沿空留巷技術的實施，將沿空留巷與巷道掘進結合為整體，共同考慮，保證掘進過程中巷道支護與沿空留巷技術的實施相適應。

3）積極采用錨網索支護等聯合支護方式，錨網索支護作用力能夠深入巖體內部，改變其錨固部分巖體受力，提高其殘余強度，與頂板的下沉相適應，進而維持巷道穩定。

4）加強對于沿空留巷技術的理論研究。采用不同的研究方法與手段，對于沿空留巷頂板控制機理進行深入研究，廣泛應用三維數值模擬技術，對沿空留巷頂板運動規律深入探討，為制定合理的支護參數提供理論基礎。

5 結語

沿空留巷技術能夠有效提高煤炭資源回收率，改善采煤工作面通風狀況，消除瓦斯聚集，符合建設綠色礦山的發展方向。沿空留巷是礦業工程學科的一項先進技術，應當在條件適宜的情況下廣泛應用。

〔1〕張東升，茅獻彪，馬文頂 .綜放沿空留巷圍巖變形特征的試驗研究〔J〕.巖石力學與工程學報，2002（2）.

〔2〕孫恒虎，趙炳利 .沿空留巷的理論與實踐〔M〕.北京：煤炭工業出版社，1993.

〔3〕郭育光，柏建彪，侯朝炯 .沿空留巷巷旁充填體主要參數研究〔J〕.中國礦業大學學報，1992（4）.