沿空掘巷技術應用問題研究

白瑞卓

摘要：沿空掘巷即巷道沿已回采的相鄰工作面空區邊緣掘進，留設小煤柱，從而將巷道布置在低應力場，有利于控制變形量和巷道維護。但由于煤體硬度較低，煤柱受采動應力影響后較為酥軟，裂隙發育。沿空掘巷掘進時，沿空側的巷幫支護收縮變形量大，移交時不得不再次翻修，大量投入勞動力不僅造成浪費，而且嚴重影響進度?；夭善陂g受采動影響，巷道收縮變形加劇，需重復翻修。近年來，注漿加固技術在礦山建設中得到了廣泛的使用，注漿支護手段越來越先進，各種注漿支護材料層出不窮，所取得的經濟效益非?？捎^，支護效果越來越可靠和明顯。

關鍵詞：沿空掘巷；巷道支護；技術應用

1 概述

在上一個回采工作面區段運輸平巷被廢棄之后，經過一段時間，等待采空區上覆巖層移動基本穩定后，沿被廢棄的巷道（或采空區）邊緣，掘進下一個工作面的區段回采巷道，稱為沿空掘巷。根據煤層賦存情況、地質條件和所采取的技術措施的不同，沿空掘巷可分為三種方式，即完全沿空掘巷、留小煤柱掘巷和保留老巷部分斷面的沿空掘巷。沿空掘巷的優點：巷道在煤體邊緣的應力降低區內掘進，巷道壓力小，有利于巷道維護。煤體邊緣經受過支承壓力的破壞作用后，瓦斯得到自然釋放，對有沖擊地壓和瓦斯突出的煤層可以大大減少其危險性，有利于保證巷道掘進的安全。與留煤柱護巷相比，可提高煤炭的采出率。與沿空留巷相比，可縮短巷道的維護時間，減少維護費用。由于沒有留設護巷煤柱，改善了下覆煤（巖）層的地應力狀態，即在下覆煤（巖）層中不再形成應力集中區，或應力集中區的范圍較小，強度降低。沿空掘巷的缺點：沿空掘巷與老采空區相通或留設很窄的煤柱，會造成巷道和采空區之間的漏風，不利于巷道通風。完全沿空掘巷和保留老巷部分斷面的沿空掘巷，由于巷道一側為采空區，上區段的老空區積水和碎矸石易進入巷道內，嚴重影響巷道的施工和使用。由于沿空掘巷需在上區段回采完畢，等待采空區上覆巖層移動基本穩定后方可開始掘進，不利于同一區域同時布置采掘平行作業。沿空掘巷方式的選擇：為了充分發揮沿空掘巷的優點，規避其缺點，根據現場的生產實踐條件，設計中決定應用留設小煤柱的沿空掘巷方式。小煤柱對擋矸和防止采空區積水進入巷道能起一定作用，同時也會減少巷道的漏風；巷道在煤體內掘進，兩側為煤壁有利于提高掘進速度。

2 回采工作面巷道布置方式

巷道布置方式。煤礦回采工作面巷道布置方式有多種，按回采工作面巷道側是否留設煤柱分類，可分有煤柱護巷和無煤柱護巷；按工作面運輸巷道數量分類，可分為雙（多）巷布置和單巷布置。單巷布置按回風巷布置方式可分為沿空留巷和沿空掘巷。沿空留巷方式為采用一定的技術手段將上區段的運輸巷重新支護保留下來作為下區段回風巷使用。沿空掘巷與沿空留巷不同的是，上區段運輸巷不再被支護保留作為下區段回風巷，下區段回風巷為沿著上區段采空區邊緣進行重新布置。

巷道布置方式比較。雙巷布置回采工作面巷道采用雙巷掘進。巷道掘進時，掘進工作面通風及排水相對容易，安全性較高。掘進過程中，軌道巷超前運輸巷，超前軌道巷沿煤層布置。在掘進過程中，可進一步摸清煤層變化情況，可為運輸巷的掘進定向。在回采過程中，工作面運輸巷隨著回采工作的推進而報廢，不需要進行特殊的維護；同時，由于雙巷間煤柱的保護作用，軌道巷受回采的影響較小，維護工程量較小。工作面運輸巷和軌道巷間設置聯絡巷，方便煤炭、材料運輸以及通風和行人。該方式的主要缺點是巷道掘進時工作量較大；雙巷間煤柱得不到完全回收，煤柱損失量較大；以及軌道巷維護時間較長，維護費用較高。沿空留巷布置方式，沿空留巷為單巷布置方式之一。由于該方式不需要重新布置下區段回風巷，下一區段回采工作面僅需掘進一條回采巷道即可，掘進工程量較小，所需掘進時間較短，回采工作面接替容易；同時，由于未進行煤柱留設，無煤柱損失，煤炭回收率較高。但上區段運輸巷留巷期間工作面前后方以及回采期間工作面前方頂板來壓較大，維護較為困難，安全性較低；且維護時間較長，維護費用較高。沿空掘巷布置方式，沿空掘巷為單巷布置方式之一，下區段回風巷緊鄰上區段采空區進行掘進布置。由于該方式回風巷為重新布置，回風巷在掘巷時可根據靠近煤柱一側的地應力場的影響范圍選擇留設小煤柱或不留設煤柱進行布置，避開了高應力區域，從而提高了安全性；同時，該方式只留設了少量煤柱或未留設煤柱，煤柱損失較小，煤炭回收率較高，而且工作面在回采過程中對工作面巷道不需進行額外維護，費用較低。

3 沿空掘巷的破壞機理及支護對策

巷道開挖以后改變了原巖應力狀態，垂直應力向兩幫轉移，水平應力向頂、底板轉移，形成垂直應力在兩幫集中并顯現，水平應力在頂、底板集中并顯現的現象。沿空掘巷的關鍵是控制煤柱寬度，若煤柱過大，則回采巷道布置在壓力增高區內，將使巷道壓力大，支護困難。雖然小煤柱沿空掘巷躲開了垂直應力峰值，但隨著開采深度的增加，非峰值區垂直應力仍顯現比較明顯，容易失穩，片幫嚴重。在高圍壓下深部巖（煤）體的脆弱塑性轉化具有較強的時間效應，表現為明顯的蠕變或流變。沿空掘巷小煤柱蠕變到一定程度，幾乎不具備承壓能力，使得頂板的簡支梁轉化為懸臂梁狀態，更易使頂板造成斷裂破壞，另一方面，也加劇了對實體側煤柱的壓力，產生更大的塑性流變，如此惡性循環，使巷道整體破壞。沿空掘巷控制兩幫是關鍵，一是提高小煤柱的強度，二是提高對兩幫煤體的約束效應，控制小煤柱的塑性流變。根據煤柱的松動圈情況設計錨索長度，錨索安裝后即可張拉施加預緊力，實現主動支護，限制圍巖的變形破壞。注漿錨索采用高預緊力緊固及深部封孔，打破傳統“注漿必噴、先噴后注”的支護習慣，在不噴漿的情況下直接進行高壓裸注，提高了漿液的擴散半徑和對破碎圍巖的擠壓效果，通過充填裂隙形成網絡骨架，擠密圍巖提高圍巖整體性和承載能力，有效控制了大埋深高應力作用下的塑形流變。錨索主動支護和注漿加固的共同作用，提高了錨固強度和可靠性，增強了支護體的軸向和徑向約束力，避免錨索在動壓作用下卸載或剪斷。混凝土注漿添加劑可提高漿液流動性，降低水灰比，增加水泥量，從而提高注漿強度，同時具有微膨脹性，防止混凝土凝固后塌落產生新的裂隙而影響注漿效果。提高支護的可靠性、合理性、經濟性，應在巷道設計和施工中堅持科學“避”壓與合理“強”支相結合。首先，要認真優化設計方案，合理布置巷道。合理選擇層位，盡可能的布置在巖性較好的穩定層位中。巷道應布置在原巖應力區或經解放層開采等應力降低區，盡量避免在煤柱上、下方布置巷道。在圍巖受采動影響穩定后再掘進巷道，不能布置在本煤層和鄰近煤層動壓影響區域。采用無煤柱開采或小煤柱護巷，護巷煤柱尺寸應使巷道基本不受支承壓力影響。當采用錨桿、錨索、錨注以及錨桿、錨索架棚聯合支護時，在支護的時間和空間順序上，不一定要一次支護到位，應實現動態耦合，對軟巖隨時間的非線性變化適時增加支護抗力，并在空間上應由淺及深，分步加載。采用注漿錨索加強支護，保證了良好的支護效好，有效控制了巷道變形量，保證良好的安全作業環境；降低材料消耗，減少整體投入；提高作業效率，節省巷道維護時間，加快移交進度；減輕勞動強度，減化回采工序。

參考文獻：

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