浅析沿空掘巷围岩控制技术

摘要：沿空留巷能合理开发煤炭资源、提高煤炭资源采出率，减少巷道掘进量、缓解采掘接替矛盾，有利于矿井安全生产和提高矿井技术经济效果。因此，沿空留巷技术受到研究部门和生产部门的高度重视。由于复合顶板沿空掘巷围岩压力大，因此必须要提高现行锚网索+M5钢带支护体系的强度和刚度，强化巷道围岩强度，从而实现提高围岩的自承载能力。

关键词：复合顶板； 沿空掘巷； 锚网索+M5钢带支护

1. 前言：近年来，随着煤巷锚网索+M5钢带支护技术的发展和推广应用，实体煤巷道的围岩控制已成为比较成熟的技术，然而沿空掘巷由于受邻近采空区侧向残余支承压力及工作面采动超前支承压力的双重影响，回采期间巷道同岩变形异常剧烈，采用传统的架棚支护及单纯的锚网索+M5钢带支护均难以保证沿空掘巷围岩稳定，经过对煤巷锚网索+M5钢带支护技术的研究总结，分析了复合顶板锚网索+M5钢带支护沿空掘巷围岩的变形特征，提出了复合顶板沿空掘巷围岩控制综合治理技术措施。

2.巷道顶板表现

煤层开采后采空顶板的活动跟支护状况有关。采面过后支撑顶板会使顶板岩层折断，这一过程决定于支护方式和支护强度。与一般的回采巷道相比沿空留巷具有不同的特点，留空巷道的一侧是煤体层，另一侧是巷旁支护体，与此同时，还要承受两次强烈的采动和掘进时候产生的叠加应力的作用，造成剧烈的矿压显现，这些特点决定了这一技术的复杂性，加上沿空巷道的围岩变化是非常复杂的。顶板离层和老顶折断理论可以方便的说明沿空巷道后支撑墙体结构和强度对巷道稳定性的影响。

3.沿空掘巷巷道布置方式

无煤柱护巷是采煤技术的一项重大改革， 它对提高煤炭资源回收率。改善巷道维护，降低巷道掘进率，消除因留煤柱和丢煤而引起的井下灾害有明显效果，随着无煤柱护巷技术的应用和发展， 在采区巷道布置等方面产生了相应变化。

3.1 紧贴采空区的沿空掘巷

该布置方式可适用于走向长壁或倾斜长壁后退式采煤法， 由于紧贴采空区掘进， 部分地段可见采空区矸石， 沿空掘巷期间巷道压力不大， 整个巷道无明显变形， 回采期间由于采动压力影响和其它原因支架变形较大， 但基本能保证正常生产，

3.2 留小煤柱的沿空掘巷

沿空掘巷时， 为了防止从采空区向巷道窜矸或采空区积水和有害气体进入巷道， 在巷道与采空区之间留1～3m小煤柱， 掘进过程中无明显压力，局部地段可能有采空区渗水， 但不影响施工， 工作面采动影响期间影响不严重， 可能在风巷靠近采空侧出现部分底鼓。挤帮现象，回采期间除进行超前支护外， 不需要進行大的维修，以上两种沿空掘巷方式， 当区段按顺序接续开采时， 难以避免下区段的掘进受上区段回采的影响， 为了克服此缺点， 可以采用跳采的方式。

3.3 厚煤层沿空掘巷

厚煤层沿空掘巷的原理与中厚煤层相同， 但由于厚煤层常进行分层开采， 加上厚煤层开采对防火防瓦斯往往有更高的要求， 所以其巷道布置一般较薄及中厚煤层复杂。

4. 锚网索+M5钢带支护复合顶板沿空掘巷围岩控制技术

4.1 合理确定煤柱宽度

煤层顶板沿倾向断裂是造成沿空巷道压力增大、特别是煤柱压力增大的重要原因。煤层顶板沿倾向断裂有三种可能，一是在煤柱上方断裂；二是在巷道上方断裂；三是在工作面煤体上方断裂。显然只有第一种情况对巷道安全最为有利，第二及第三种情况都将会增加煤柱压力，甚至造成煤柱坍塌失稳。因此合理的煤柱宽度应不小于顶板周期断裂长度与顶板在采空区悬伸长度之差。对于缓倾斜煤层工作面，如果视煤层顶板沿倾向周期性断裂的力学条件与工作面顶板沿走向周期性断裂的力学条件相似.则两者的断裂长度亦可认为基本相同。

4.2 提高锚网索+M5钢带支护体系的强度和刚度

由于复合顶板沿空掘巷围岩压力大，因此必须要提高现行锚网索+M5钢带支护体系的强度和刚度，强化巷道围岩强度，从而实现提高围岩的自承载能力。例如，对于顶板表面完整的复合顶板沿空巷道，顶板支护的刚度可通过M5钢带作为锚索连接件、H钢带作为锚杆连接件来实现，而顶板支护的强度则可通过减小锚索的间排距或增大锚索的直径来实现。对于顶板表面破碎的复合顶板沿空巷道，顶板支护的强度和刚度则均由纵、横布置的M5组合锚索来实现。

4.3 采用主动让压支护控制巷道围岩变形

由于复合顶板沿空掘巷嗣岩强度低，虽然锚网索+M5钢带支护强化了巷道围岩的强度，提高了围岩的自承载能力。但由于复合顶板在地层压力的长期作用下，岩层始终处于三向压缩状态之中，岩层中贮存了大量的弹性变形能。一旦开挖巷道，岩层中原先贮存的弹性变形能便会释放出来。因此要求复合顶板沿空掘巷锚网索+M5钢带支护体在具有较高的支护强度的同时还必须具有较大的让压性能，以便使围岩的变形能量在让压中释放，从而避免锚网索+M5钢带支护体在高支承压力作用下而破坏。

4.4 改善锚网索+M5钢带支护结构

为了提高锚杆、锚索对复合顶板岩层的层问错动控制效果，可通过改善锚杆、锚索连接件结构的办法来实现。例如，可将连接锚杆的H型钢带上锚杆孔眼、连接锚索的M5钢带上的锚索孔跟由园孔改为腰形孔，这样顶板岩层产生的层间错动量可由H钢带或者M5钢带的腰形孔吸收。从而也就提高了锚杆、锚索的抗剪切能力。

4.5 对煤柱进行注浆加固

通过对煤柱进行注浆，注浆后的浆液在泵压作用下，将渗透充填到煤柱裂隙弱面内，使裂隙弱面的强度和弹性模量等力学性能得到改善，从而也就大大提高了煤柱自身的承载能力。

4.6 加固两帮底角，控制巷道底鼓

沿空巷道在高支承压力作用下，不仅造成两帮及顶板剧烈变形，而且也导致巷道底板嗣岩应力集中，致使巷道底板显著底鼓，为了控制巷道底鼓量，可对巷道两帮底角进行加固。

结语

沿空留巷技术的应用，具有明显的经济效益，提高了资源回收率，减少了巷道掘进量，节省了掘进工期，可以有效地缓解接替紧张的矛盾。

通过锚索与M5钢带、锚杆与H型钢带组合而成的整体支护结构提高顶板支护的强度和刚度，对煤柱进行注浆加固提高煤柱的稳定性，对巷道两帮加打底角锚杆防止巷道底鼓等综合治理措施，复合顶板沿空巷道在掘进及回采期闻的围岩变形量明显减小，对实现安全开采具有重要意义。

作者简介：

徐志强，男，工程师，1984年出生，2008年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，现工作于鹤岗矿业公司兴安煤矿，主要从事采煤技术工作。endprint