东峰煤矿综放沿空留巷设计及其围岩变形量分析

李中胜

（山西兰花集团东峰煤矿有限公司，山西 晋城 048000）

东峰煤矿综放沿空留巷设计及其围岩变形量分析

李中胜

（山西兰花集团东峰煤矿有限公司，山西 晋城 048000）

摘要：根据东峰煤矿沿空留巷设计的地质与开采条件、采煤工艺、作业方式等资料，采用顶底板收敛量的影响因素的多元回归公式对其沿空留巷的围岩变形量进行分析和计算，并计算出回采巷道围岩变形分配。

关键词：沿空留巷；围岩变形；回风；顶板

据《2007中国能源发展报告蓝皮书》数据，中国在1980～2000年的20年间，煤炭资源浪费了280亿t，这20年间浪费的煤炭资源可以保证中国2001～2018年间全国的煤炭供应。中国煤炭资源因开采不充分造成的不合理损失量比重很大，绝对量很高［1］。

针对煤矿安全问题突出和煤炭资源回收率低等问题，在多年科学研究及工程实践的基础上，西安科技大学王晓利教授于2012年正式提出了“煤炭资源完全开采”的理念和配套技术［1］。完全开采的本质就是以柔模支护技术为手段，为煤矿安全开采创造条件，把地下有限的煤炭资源全部开采出来。

综上所述，煤炭是中国的主体能源，但是煤矿安全问题突出、煤炭资源回收率低等严重制约着煤炭工业的进一步发展，只有通过技术革命，突破煤炭资源的开发和利用瓶颈，才能使中国煤炭工业真正走上科学的发展道路，确保国家能源战略安全［2］。

无煤柱沿空留巷技术可以回收煤柱，显著提高煤炭资源回采率，延长矿区服务年限；降低巷道掘进率，从根源上减少顶板事故；回采工作面实现Y型通风，消除回风隅角瓦斯积聚，改善矿井安全条件。因此，积极推广无煤柱沿空留巷技术，可以促进煤炭工业的可持续发展，提高煤矿安全生产水平，保证国家能源战略安全［3-6］。

1　沿空留巷应用研究现状

世界上一些主要产煤国家都对沿空留巷进行了大量研究，做工作较多的是德国、英国和前苏联［1］。

德国巷旁支护采用石膏、飞灰加硅酸盐水泥、矸石加胶结料等作为充填材料，巷内支护采用重型U型钢支架，进行了大量沿空留巷。但是德国煤矿一般掘进大断面顺槽，预留变形量，巷旁支护宽度是采高的0.7倍左右，总体留巷成本较高［1］。

英国在1979年试验成功了高水材料巷旁充填，随后在八十和九十年代进行了大量应用，之后由于高水材料的力学性能不满足深部高地压沿空留巷的支护要求而逐渐取消。

俄罗斯、乌克兰和波兰采用巷旁墩柱进行沿空留巷，巷旁墩柱主要采用“木-混凝土”结构，墩柱外面用薄钢板围成钢圈，直径为630 mm～800 mm，之内放入短木柱，并充满速凝水泥浆。这种结构抗压强度15MPa左右，压缩量为6.5%～25%。墩柱质量轻，易搬运、安装，且承载能力大［1］。

20世纪80年代以后我国引进、消化、发展了高水巷旁充填技术，并在开滦、潞安等矿区进行了推广应用。高水巷旁充填具有工艺简单、劳动强度低、施工速度快等优点，但存在强度低、易风化和成本高等问题，目前主要在一些浅埋薄煤层中应用［1-2］。

21世纪以后，一些矿井采用钢模板或模板支架混凝土进行沿空留巷巷旁支护，但是存在综采支架窜架影响墙体接茬、劳动强度大、接顶不严和效率低等问题［1-2］。

2　东峰煤矿沿空留巷地质与开采条件分析

2.1沿空留巷位置

在3206工作面轨道巷进行沿空留巷，将轨道巷保留下来，作为3202工作面的运输巷，沿空留巷总长度为715 m。3206工作面采用两进一回Y型通风，运输巷为主进风巷，轨道巷为辅助进风巷，通过留巷、3202工作面切眼和轨道巷进行回风。图1 为3206工作面工程平面。

图1　3206工作面工程平面

2.2煤层赋存情况

3206工作面煤层厚度5.96 m，煤层节理发育，倾角1°～7°，开采3号煤层煤种为无烟煤，属稳定煤层。

2.3顶底板情况

3206工作面顶底板岩性如表1所示。

表1　煤层顶底板情况

2.4地质构造

3206工作面地质构造较简单，工作面地层产状整体为一单斜构造。无断层、陷落柱等特殊地质构造，较为适合沿空留巷。

2.5水文地质条件

根据本采区水文地质情况及一采区3106工作面、3110工作面回采情况分析，影响本工作面涌水量的主要因素为顶板水，不受底板水、钻孔水及地面水的威胁，本井田内揭露的陷落柱均未出现导水现象。

顶板水为碎屑岩裂隙含水层，K7、K8砂岩及3号煤顶板砂岩裂隙含水层构成3号煤层的充水水源。岩性以中粒砂岩为主，局部砂岩裂隙发育，井田内补2-1号钻孔对该含水层进行了抽水试验，单位涌水量0.001 1 L/（s·m），渗透系数0.004 7 m/d，水位标高+925.71 m，水质类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型。3110工作面回采时涌水量为3 m3/h～7 m3/h，3106工作面回采时涌水量为2.5 m3/h～5 m3/h。回采与留巷过程中，应按有关规定设置排水管路、设备、水槽、沉淀池等防排水设施，加强排水，减轻水对留巷底板的弱化作用。

3　沿空留巷围岩变形量预计

3.1反映顶底板收敛量的影响因素的多元回归公式

德国埃森研究院通过对260个沿空留巷采煤工作面的统计，得出反映顶底板最终收敛量影响因素的回归公式。该公式的主要影响因素是：采深（H）、采高（M）、底板岩性指数（GL）、巷旁充填指数（SV）和巷道初始高度。

式中：KEV为顶底板收敛率，即顶底板收敛量与巷道初始高度之比，%；SV为巷旁充填指数，SV=1，刚性支护；SV=2，木垛支护；SV=3，无巷旁支护；GL为底板岩性指数，GL=1，砂岩；GL=2，砂页岩；GL=3，泥页岩；GL=4，植物根体化石；GL=5，煤；GL=6，煤、泥页岩、植物根体互层，各层厚度小于20 cm。

该回归公式的相关系数达93%，标准差为巷道初始高度的3%，说明其他因素的影响不大。

3.2回采巷道围岩变形分配

沿空留巷的围岩变形主要表现为顶底板移近，顶底板移近包括顶板下沉和底鼓两部分。埃森研究院通过对60条回采巷道底鼓的统计分析，发现底鼓占总顶底板收敛率的百分数，简称底鼓率（SH），它与相关因素的关系为：

3206工作面的地质和开采技术参数如表2所示。

表2　3206工作面地质和开采技术参数

将地质和开采技术参数代入上述公式中，得

将巷道初始高度2.8m带入上述公式中可得，沿空留巷顶底板总移近量为0～11 cm，底鼓量为0～2 cm。

4　结束语

1）3206工作面采用两进一回Y型通风，运输巷为主进风巷，轨道巷为辅助进风巷，通过留巷、3202工作面切眼和轨道巷进行回风。在3206工作面轨道巷进行沿空留巷，将轨道巷保留下来，作为3202工作面的运输巷。

2）3206工作面四周都为实体煤，无断层、陷落柱等特殊地质构造，煤层不易自燃，煤尘无爆炸性，涌水量较小，总体地质条件较好，较为适合沿空留巷。沿空留巷的关键是对顶煤完整性和底鼓的控制。

3）采用多元回归公式对围岩变形量进行了预测，顶底板最大移近量11 cm，最大底鼓量2 cm，留巷围岩变形较小，可以满足二次使用要求。

参考文献：

［1］刘忠平.深井厚煤层柔模泵注混凝土沿空留巷技术应用研究［D］.西安：西安科技大学，2013.

［2］李根.国有煤炭企业社会责任研究—以中国神华能源股份有限公司为例［D］.天津：南开大学，2008.

［3］赵庆枝.山西国有中小煤炭企业可持续发展思路探讨［D］.太原：中北大学，2009.

［4］姚世彬.我国煤炭资源安全法律问题初探［J］.知识经济，2009（7）：23-24.

［5］尹明德，王希锁，贾永军.综放开采高瓦斯治理技术［J］.煤矿开采，2007（2）：80-82，86.

［6］满慎刚.软底硬顶薄煤层沿空留巷支护技术［J］.煤炭技术，2015，34（2）：50-52.

（编辑：刘新光）

中图分类号：TD325

文献标识码：A

文章编号：1672-5050（2016）03-037-03

DOI：10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxm t.2016.06.011

收稿日期：2016-02-18

作者简介：李中胜（1964-），男，山西晋城人，本科，工程师，从事煤炭开采技术研究与实践。

Design of Gob-side Entry Retaining and Analysis on Surrounding Rock Deformation of Fully-mechanized M ining Face in Dongfeng M ine

LIZhongsheng
（Dongfeng Coal Co.,Ltd.,Shanxi Lanhua Group,Jincheng 048000,China）

Abstract：Based on thegeology andmining condition，mining technique，and operationmodeof the design of gob-side entry retaining in Dongfeng Mine，multiple regression formula on factors of roof-and-floor convergence was used to analyze and calculate the deformation of surrounding rock.The deformation distribution of the surrounding rockwasachieved too.

Keywords：gob-sideentry retaining；surrounding rock deformation；return air；roof