浅谈沿空掘进的应用和推广

王学俊

摘 要：随着煤业开采深度的不断加深，矿山压力显现和采掘支护的矛盾越来越突出，应用留小煤柱沿空掘巷方式，成功的解决了荆各庄矿业公司在回采孤岛煤柱等应力集中区域的煤炭资源时，回采巷道布置的难题，取得了很好的经济效益，确保了安全高效的生产。

关键词：沿空掘巷；应力集中区；巷道支护；安全生产

1概述

以前回采巷道之间或回采巷道与采空区之间，普遍采用留设20米左右护巷煤柱的方法确保新掘巷道的支护安全，但随着采深的增加，地应力不断增大，部分巷道在使用中变形严重，不能满足行人、运输和通风的要求，继续增大护巷煤柱的尺寸，会降低煤炭的采出率，为解决这一问题，经过分析论证，提出了改变现有的巷道布置方式，在部分区域采用沿空掘巷的方式布置巷道。

2沿空掘巷的理论概述

2.1沿空掘巷概念

在上一个回采工作面区段运输平巷被废弃之后，经过一段时间，等待采空区上覆岩层移动基本稳定后，沿被废弃的巷道（或采空区）边缘，掘进下一个工作面的区段回采巷道，称为沿空掘巷。

根据煤层赋存情况、地质条件和所采取的技术措施的不同，沿空掘巷可分为三种方式，即完全沿空掘巷、留小煤柱掘巷和保留老巷部分断面的沿空掘巷。

2.2沿空掘巷的优缺点

2.2.1沿空掘巷的优点

①巷道在煤体边缘的应力降低区内掘进，巷道压力小，有利于巷道维护。

②煤体边缘经受过支承压力的破坏作用后，瓦斯得到自然释放，对有冲击地压和瓦斯突出的煤层可以大大减少其危险性，有利于保证巷道掘进的安全。

③与留煤柱护巷相比，可提高煤炭的采出率。

④与沿空留巷相比，可缩短巷道的维护时间，减少维护费用。

⑤由于没有留设护巷煤柱，改善了下覆煤（岩）层的地应力状态，即在下覆煤（岩）层中不再形成应力集中区，或应力集中区的范围较小，强度降低。

2.2.2沿空掘巷的缺点

①沿空掘巷与老采空区相通或留设很窄的煤柱，会造成巷道和采空区之间的漏风，不利于巷道通风。

②完全沿空掘巷和保留老巷部分断面的沿空掘巷，由于巷道一侧为采空区，上区段的老空区积水和碎矸石易进入巷道内，严重影响巷道的施工和使用。

③由于沿空掘巷需在上区段回采完毕，等待采空区上覆岩层移动基本稳定后方可开始掘进，不利于同一区域同时布置采掘平行作业。

2.3沿空掘巷方式的选择

为了充分发挥沿空掘巷的优点，规避其缺点，根据现场的生产实践条件，设计中决定应用留设小煤柱的沿空掘巷方式。小煤柱对挡矸和防止采空区积水进入巷道能起一定作用，同时也会减少巷道的漏风；巷道在煤体内掘进，两侧为煤壁有利于提高掘进速度。

3沿空掘巷在荆各庄煤矿的应用

3.1 3125D工作面应用不合理小煤柱护巷的教训

3.1.1 3125D工作面位于三水平轴东二采区12-2煤层，上部是3126D工作面采空区；下部是3124D工作面采空区，煤柱呈现规则分布。上下全部为采空区，3125D工作面处于压力集中区域。

3.1.2 3125D工作面设计走向长度为584m，倾斜工作面长度62m，煤层厚度为4.0m～4.5m，煤层倾角7°左右。实际工作面走向长度只掘进了350m，倾斜长度62m。

该工作面是一个条带煤柱，当时由于对沿空掘巷的认识不足，对采场周围应力场时空特性了解不够，为了减少资源损失，提高资源回收率，在工作面两巷的布置时，决定采取小煤柱护巷的方法，皮带巷下部是3124D工作面采空区，皮带巷与采空区之间留设7m的煤柱，轨道巷上部是3126D工作面采空区，设计轨道巷的位置与采空区的煤柱是11m煤柱以上。认为巷道与采空区之间留设一定的煤柱会比沿空掘巷的支护效果好些，但按照应力场调整时空特性，这个位置正好是应力较大的位置，应力最小的部位应该是煤柱的边缘部位，一般在1～3m的煤柱范围内是压力较小的空间。由于没有很好的考虑应力场调整的时空特性，导致两巷在掘出30天后左右，后路巷道压力显现强烈、变形严重，致使无法继续正常掘进，被迫提前开切眼回采。后来在回采的过程中，为维护生产所需的巷道空间，采取了强度较大的扩帮和卧底措施，严重影响了推采速度和回采效益，给采区的安全生产也造成了很大的威胁。

3.2沿空掘巷在3125D工作面的成功应用

3.2.1工作面概述

3322DS工作面与3125D工作面位置环境相似，工作面上下均为采空区，属于孤岛煤柱、高应力区域，与之相邻的工作面3324D工作面在2009年回采完毕、3322D工作面于2010年回采完毕。

3322DS工作面设计走向615m，工作面倾斜长度88m，煤层厚度4.5m，煤层倾角11°，设计可采储量为27万吨。工作面内部存在9条断层纵横交错占据了该工作面的50%的区域。

3.2.2 3322DS工作面皮带巷和轨道巷位置的选择

2011年初设计该工作面时，根据应力场空间特性理论：应力场中，应力最小的位置是实体煤与采空区的交界处附近，同时考虑到通风和掘进的要求，决定该工作面采取留小煤柱沿空掘巷的方式，将两巷位置确定在与3322D、3324D工作面采空区相距2m的位置（即巷道与采空区之间留设2m的小煤柱）。

3.2.3 沿空掘巷的实际效果

3322DS工作面在掘进过程中，采用机掘方式，金属拱形支架支护，棚距0.6m，沿煤层底板掘进。在掘进过程中，巷道顶板和两帮煤壁完整稳定，基本没有压力显现，掘进效率也创出了班进尺14.4m（24架）的好成绩。且在后来的回采过程中，巷道的支护状况良好，无明显的矿压显现。自2011年4月份掘进开始，到2012年2月份回采基本结束，皮带巷始终压力很小，属于免维护巷道。

4沿空掘巷技术的推广

4.1 由于沿空掘巷在3322DS实践中取得了很好的效果，所以决定在0025D皮带巷的掘进设计中推广沿空掘巷这一掘进方式。

4.2 0025D工作面概述

0025D工作面位于一水平南翼12-2煤层0021D工作面上方，0021D工作面于2014年回采完毕。0025D工作面上方无工程。

0025D工作面设计走向630m，工作面倾斜长度95m，煤层厚度4.0～4.5m，平均厚度4.2m，煤层倾角平均7°，直接顶为黑灰色粉沙岩，直接底为粉沙质泥岩，设计可采储量为35万吨。

4.3 0025D皮带巷的施工及使用效果

0025D皮带巷采用机掘方式，金属拱形支架支护，棚距0.8m，沿煤层底板掘进。在掘进过程中，皮带巷达到0021D停采位置时，0021D回采面刚刚采过该位置约一个月左右的时间，其采空区上覆岩层的活动尚未稳定，致使里皮带巷掘进初期，巷道矿压显现比较明显，在皮带巷掘进的第一个月内，后路巷道有明显的底鼓现象，最大底鼓達到350mm左右，顶板个别背板有折伤现象，待一个月以后的掘进中，基本取得了与3322DS相似的效果，巷道顶板和两帮煤壁完整稳定，基本没有压力显现，掘进效率大大提高，特别是在0021D工作面回采完成3个月后掘进皮带巷的施工中，取得了更好的效果。在后来0025D工作面的回采过程中，巷道的支护状况良好，无明显的矿压显现。自2014年4月份开始回采，到2015年底的回采过程中，轨道巷始终压力很小，巷道基本不用特别维护。

5结论

留小煤柱沿空掘巷的布置方式在该煤矿的顺利高效施工和安全良好的使用效果，表明沿空掘巷理论在荆各庄煤矿12-2煤层的实践中取得了成功，它避开了应力集中区，使巷道布置在免压区内，提高了巷道的支护效果，降低了巷道的维护费用，确保巷道断面满足安全高效生产的要求。

参考文献：

[1]钱明高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].中国矿业大学出版社，2003.

（作者单位：开滦（集团）有限责任公司荆各庄矿业分公司）