煤矿工作面沿空留巷支护技术研究

李泽鹏

（山西省阳泉市阳煤集团新景公司， 山西 阳泉 045000）

引言

随着煤矿开采成本的逐步提高，较多煤矿开始推行了无煤巷、无煤柱的开采需求[1]。同时，由于工作面中的地质环境特点复杂，外部影响因素较多，导致部分支护系统出现了不同程度的支护缺陷，给现场作业带来了巨大的安全隐患。沿空留巷支护技术凭借着充分利用现有资源、提高工作面中煤矿开采率的优势，在当前工作面巷道支护中得到了广泛推广应用，与其他支护形式相比，具有更为明显的支护优势，市场前景较为明显[2]。但在实际使用中，仍存在较多问题。因此，就当前沿空留巷支护技术的特点及存在问题，进一步开展了该支护技术的提升措施研究，并进行了现场应用。

1 沿空留巷支护特点分析

沿空留巷支护示意图如图1 所示[3]。其支护原理为：对原有的开采边缘区域进行支护维护，并对残留的煤柱进行二次开采，实现煤层的回收利用，所支护的巷道可作为下一个工作面的开采巷道，可提高煤矿的零煤柱开采效率，目前已在煤矿开采支护领域得到大量的推广应用。整套支护技术在应用时会受到外部的动压作用，使得巷道支撑面不仅需承受来自顶板的外部压力，也将承受外界的二次动载荷压力，因此，设计施工时通过合理的计算来确定对巷道的支撑力。另外，由于巷道中夹渣着较多的煤矿、煤渣等物料，部分区域还聚集着较多的瓦斯浓度，因此在支护系统设计中需重点对其密封性进行设计。

2 现有支护形式分析

2.1 木垛巷旁支护

图1 沿空留巷支护示意图

木垛巷旁支护是国内早期的一种应用较为广泛的支护方式，属于巷道中晚支撑支架结构，其核心支柱均采用的是木垛材料进行支护，具有支护成本低、安装方便可靠等特点，其立柱被拆下之后，能进行局部区域或其他领域的循环使用[4]。但由于木垛具有较高的压缩性，加上长时间的支护及较大环境的湿度，长时间的使用，会极大影响巷道的支护安全性，加上当前更加先进的支护结构已逐渐被应用到巷道中，导致木垛巷旁支护已不能较好的适应当前环境，适应范围呈逐渐减少趋势。

2.2 密集支柱巷旁支护

密集支柱巷旁支护采用了松木或钢管结构对巷道中帮衬进行支护，一般支柱的直径均是超过15 cm以上，单根支柱的支撑力在400 kN 以上，支撑过程中安装一定数量进行横向、纵向的支撑，属于巷道中刚性支撑方式，针对较硬顶板结构及高度，在一定范围内，能起到较好的支撑效果，有效保护巷道的支撑安全。但此支撑方式采用的是松木与巷道帮衬进行直接接触方式，若遇到较软顶板及不平整地面，支柱极容易出现局部倾斜或松动现象，且针对同一界面不同高度巷道，需采用不同规格的支柱进行操作[5]。另外，针对巷道高度过高情况，若采用此支护方式，会使支柱出现弯曲而影响其结构的支撑性能。一般情况下，此支柱不能进行循环回收使用，这样会造成一定程度的材料损失。因此，密集支柱巷旁支护常用于顶板较硬、地面较平、2 m 高度范围内的煤层巷道支护环境中。

2.3 矸石带巷旁支护

矸石带巷旁支护属于一种堆砌型支护方式，目前在国内的煤矿巷道支护中应用得较为广泛，具有支撑效果好、原材料用料低、称重能力强、支护性能稳定等特点，支护到一定高度后，会利用其较大的压力性能，实现对顶板的较好支撑，能更好地适用于顶板出现的缓慢下沉现象，所适用的巷道高度一般在1.5～2 m 范围内。但此支护方式的劳动强度相对较大，整体的支护压缩量可达30%以上，因此，其早期支护过程中具有较低的稳定性。矸石带巷旁支护技术的使用，实现了巷道低成本、高效率的支护。

3 沿空留巷支护存在问题

经过市场调研发现，当前的沿空留巷在支护过程中，其顶板会出现较为明显的离层现象，特别是针对顶板结构较弱或存在较多泥岩成分时，则更容易使顶板出现网兜的现象，若局部区域出现积水时，顶板也会因水量的聚集而出现膨胀变形问题。经观察，部分巷道中利用锚网索进行支护的情况相对较多，但随着外部的较大压力及积水作用，使得部分锚网索裸露在外部区域，并嵌入至顶板结构中，部分区域的离层距离达到了220 mm。同时，巷道两帮由于受到较大的外部压力，在长时间的支撑过程中，局部区域极容易出现较多的诱发事故点，由此引发结构的非对称变形失效现象。另外，在巷道实际支护过程中，巷道底板会出现不同程度的鼓起现象，最大鼓起量可达1 m 以上，这不仅给巷道中的正常作业构成了重要影响，也会给井下作业安全构成威胁。

4 沿空留巷支护效果提升措施

4.1 对沿空留巷支护进行合理设计

由于不同地质条件的顶板结构会对整个巷道产生不同程度的压缩变形现象，也会使得巷道中煤层的裂纹增加，给巷道的作业安全构成了重要威胁。因此，在沿空留巷支护设计过程中，需根据巷道的实际支撑情况，采取不同的支护方式进行设计，确定合理的沿空留巷参数，包括借助梯形的刚性结构进行巷道支护设计，并将当前成熟的锚索结构进行支护，以此加强对巷道的支撑作业。同时，可通过混凝土结构对巷道中预留的填充控制进行填充加固，保证墙体具有较强的支护性能。另外，设计时需充分开裂巷道中动压对巷道的影响，以此来更加准确、有针对性地设计一套支护方案。

4.2 加强对巷道中瓦斯浓度的预防管理

由于沿空留巷技术主要是对当前残余的煤柱进行开采，并加强对巷道的支护。故所作业的巷道中经常聚集着大量的瓦斯浓度，沿空留巷在设计过程中，若没实现巷道的有效密封，外部空气将极容易进入内部空间，引发瓦斯爆炸事故。因此，首先需对当前巷道中存在密封泄漏处进行密封加密处理，包括对缝隙处浇筑混凝土和填充物等，保证巷道内部空间具有较高的密闭性；同时，在合适位置开设排风口或加大当前排放口的通风量，有效将巷道内聚集的瓦斯排出至外部空间；另外，需加强对巷道中瓦斯浓度的监控，出现异常情况时，需及时进行瓦斯报警及异常处理。实现对巷道中瓦斯浓度的管理及控制，则能实现对巷道安全的有效预防。

5 现场应用效果评价

结合前文提出的沿空留巷支护改进措施，按照以上改进措施，进行优化后技术现场应用验证。在测试过程中，每隔20 m 设置一个检测站，用于对巷道顶板进行测量记录。经测量多个测试点中，顶板的最大变形位置控制在100 mm 范围，其他区域均未出现较大变形，实现了对巷道的稳定支护，保证了巷道断面的完整性，可以作为下一个回采工作面的通风巷道。少掘进一条通风巷道，有效缩短了工作面的衔接周期，优化了采掘衔接。同时，无煤柱沿空留巷开采，提高了资源的回收率，能够为企业带来巨大的经济收益。另外，在整个支护系统搭建过程中，人员的劳动强度大大降低，系统搭建效率也提高了将近1倍，所带来的支护优势较为明显。由此，验证了此支护技术的可行性及可靠性。

6 结语

沿空留巷支护技术主要是利用上一个工作面的巷道支护作为当前的支护，并对其进行加固支护，是一种经济、有效的支护技术。运用该项技术，不仅能充分利用原有的巷道支护资源，也可实现对无法开采的煤柱进行彻底开采，实现企业较高的经济效益。在沿空留巷支护过程中，有效掌握来自顶部的压力冲击，保证巷道具有较高的密封性及合理的排放系统，控制瓦斯浓度的聚集，利用科学、合理的方式来确定最佳的支护参数及支护方式，是实现巷道高开采率、安全作业的关键。