淺析沿空掘巷圍巖控制技術

摘要：沿空留巷能合理開發煤炭資源、提高煤炭資源采出率，減少巷道掘進量、緩解采掘接替矛盾，有利于礦井安全生產和提高礦井技術經濟效果。因此，沿空留巷技術受到研究部門和生產部門的高度重視。由于復合頂板沿空掘巷圍巖壓力大，因此必須要提高現行錨網索+M5鋼帶支護體系的強度和剛度，強化巷道圍巖強度，從而實現提高圍巖的自承載能力。

關鍵詞：復合頂板； 沿空掘巷； 錨網索+M5鋼帶支護

1. 前言：近年來，隨著煤巷錨網索+M5鋼帶支護技術的發展和推廣應用，實體煤巷道的圍巖控制已成為比較成熟的技術，然而沿空掘巷由于受鄰近采空區側向殘余支承壓力及工作面采動超前支承壓力的雙重影響，回采期間巷道同巖變形異常劇烈，采用傳統的架棚支護及單純的錨網索+M5鋼帶支護均難以保證沿空掘巷圍巖穩定，經過對煤巷錨網索+M5鋼帶支護技術的研究總結，分析了復合頂板錨網索+M5鋼帶支護沿空掘巷圍巖的變形特征，提出了復合頂板沿空掘巷圍巖控制綜合治理技術措施。

2.巷道頂板表現

煤層開采后采空頂板的活動跟支護狀況有關。采面過后支撐頂板會使頂板巖層折斷，這一過程決定于支護方式和支護強度。與一般的回采巷道相比沿空留巷具有不同的特點，留空巷道的一側是煤體層，另一側是巷旁支護體，與此同時，還要承受兩次強烈的采動和掘進時候產生的疊加應力的作用，造成劇烈的礦壓顯現，這些特點決定了這一技術的復雜性，加上沿空巷道的圍巖變化是非常復雜的。頂板離層和老頂折斷理論可以方便的說明沿空巷道后支撐墻體結構和強度對巷道穩定性的影響。

3.沿空掘巷巷道布置方式

無煤柱護巷是采煤技術的一項重大改革， 它對提高煤炭資源回收率。改善巷道維護，降低巷道掘進率，消除因留煤柱和丟煤而引起的井下災害有明顯效果，隨著無煤柱護巷技術的應用和發展， 在采區巷道布置等方面產生了相應變化。

3.1 緊貼采空區的沿空掘巷

該布置方式可適用于走向長壁或傾斜長壁后退式采煤法， 由于緊貼采空區掘進， 部分地段可見采空區矸石， 沿空掘巷期間巷道壓力不大， 整個巷道無明顯變形， 回采期間由于采動壓力影響和其它原因支架變形較大， 但基本能保證正常生產，

3.2 留小煤柱的沿空掘巷

沿空掘巷時， 為了防止從采空區向巷道竄矸或采空區積水和有害氣體進入巷道， 在巷道與采空區之間留1～3m小煤柱， 掘進過程中無明顯壓力，局部地段可能有采空區滲水， 但不影響施工， 工作面采動影響期間影響不嚴重， 可能在風巷靠近采空側出現部分底鼓。擠幫現象，回采期間除進行超前支護外， 不需要進行大的維修，以上兩種沿空掘巷方式， 當區段按順序接續開采時， 難以避免下區段的掘進受上區段回采的影響， 為了克服此缺點， 可以采用跳采的方式。

3.3 厚煤層沿空掘巷

厚煤層沿空掘巷的原理與中厚煤層相同， 但由于厚煤層常進行分層開采， 加上厚煤層開采對防火防瓦斯往往有更高的要求， 所以其巷道布置一般較薄及中厚煤層復雜。

4. 錨網索+M5鋼帶支護復合頂板沿空掘巷圍巖控制技術

4.1 合理確定煤柱寬度

煤層頂板沿傾向斷裂是造成沿空巷道壓力增大、特別是煤柱壓力增大的重要原因。煤層頂板沿傾向斷裂有三種可能，一是在煤柱上方斷裂；二是在巷道上方斷裂；三是在工作面煤體上方斷裂。顯然只有第一種情況對巷道安全最為有利，第二及第三種情況都將會增加煤柱壓力，甚至造成煤柱坍塌失穩。因此合理的煤柱寬度應不小于頂板周期斷裂長度與頂板在采空區懸伸長度之差。對于緩傾斜煤層工作面，如果視煤層頂板沿傾向周期性斷裂的力學條件與工作面頂板沿走向周期性斷裂的力學條件相似.則兩者的斷裂長度亦可認為基本相同。

4.2 提高錨網索+M5鋼帶支護體系的強度和剛度

由于復合頂板沿空掘巷圍巖壓力大，因此必須要提高現行錨網索+M5鋼帶支護體系的強度和剛度，強化巷道圍巖強度，從而實現提高圍巖的自承載能力。例如，對于頂板表面完整的復合頂板沿空巷道，頂板支護的剛度可通過M5鋼帶作為錨索連接件、H鋼帶作為錨桿連接件來實現，而頂板支護的強度則可通過減小錨索的間排距或增大錨索的直徑來實現。對于頂板表面破碎的復合頂板沿空巷道，頂板支護的強度和剛度則均由縱、橫布置的M5組合錨索來實現。

4.3 采用主動讓壓支護控制巷道圍巖變形

由于復合頂板沿空掘巷嗣巖強度低，雖然錨網索+M5鋼帶支護強化了巷道圍巖的強度，提高了圍巖的自承載能力。但由于復合頂板在地層壓力的長期作用下，巖層始終處于三向壓縮狀態之中，巖層中貯存了大量的彈性變形能。一旦開挖巷道，巖層中原先貯存的彈性變形能便會釋放出來。因此要求復合頂板沿空掘巷錨網索+M5鋼帶支護體在具有較高的支護強度的同時還必須具有較大的讓壓性能，以便使圍巖的變形能量在讓壓中釋放，從而避免錨網索+M5鋼帶支護體在高支承壓力作用下而破壞。

4.4 改善錨網索+M5鋼帶支護結構

為了提高錨桿、錨索對復合頂板巖層的層問錯動控制效果，可通過改善錨桿、錨索連接件結構的辦法來實現。例如，可將連接錨桿的H型鋼帶上錨桿孔眼、連接錨索的M5鋼帶上的錨索孔跟由園孔改為腰形孔，這樣頂板巖層產生的層間錯動量可由H鋼帶或者M5鋼帶的腰形孔吸收。從而也就提高了錨桿、錨索的抗剪切能力。

4.5 對煤柱進行注漿加固

通過對煤柱進行注漿，注漿后的漿液在泵壓作用下，將滲透充填到煤柱裂隙弱面內，使裂隙弱面的強度和彈性模量等力學性能得到改善，從而也就大大提高了煤柱自身的承載能力。

4.6 加固兩幫底角，控制巷道底鼓

沿空巷道在高支承壓力作用下，不僅造成兩幫及頂板劇烈變形，而且也導致巷道底板嗣巖應力集中，致使巷道底板顯著底鼓，為了控制巷道底鼓量，可對巷道兩幫底角進行加固。

結語

沿空留巷技術的應用，具有明顯的經濟效益，提高了資源回收率，減少了巷道掘進量，節省了掘進工期，可以有效地緩解接替緊張的矛盾。

通過錨索與M5鋼帶、錨桿與H型鋼帶組合而成的整體支護結構提高頂板支護的強度和剛度，對煤柱進行注漿加固提高煤柱的穩定性，對巷道兩幫加打底角錨桿防止巷道底鼓等綜合治理措施，復合頂板沿空巷道在掘進及回采期聞的圍巖變形量明顯減小，對實現安全開采具有重要意義。

作者簡介：

徐志強，男，工程師，1984年出生，2008年畢業于黑龍江科技學院采礦工程專業，現工作于鶴崗礦業公司興安煤礦，主要從事采煤技術工作。endprint