沿空留巷技術(shù)在工作面回采中的應(yīng)用

任楠

摘要：煤礦開采中，隨著錨索支護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展與廣泛應(yīng)用，對回采工作面中的沿空留巷頂板支護(hù)通過采煤來實(shí)現(xiàn)，不僅會(huì)造成材料浪費(fèi)，而且會(huì)增加煤礦工作面開采的人工費(fèi)用。對回采工作面留巷的巷道支護(hù)，掘進(jìn)過程中直接采用錨索錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式進(jìn)行頂板支護(hù)，則具有較高的施工安全性，并且能夠有效節(jié)約煤礦開采的材料與人工費(fèi)用。根據(jù)沿空留巷技術(shù)在煤礦開采中的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀，圍繞沿空留巷技術(shù)在煤礦工作面回采中的具體應(yīng)用技術(shù)方案，結(jié)合實(shí)例進(jìn)行研究和探析，以供參考。

關(guān)鍵詞：沿空留巷技術(shù)；工作面回采；煤礦開采

中圖分類號(hào)：TD353文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）35-0064-03

Application of Gob Side Entry Retaining Technology in Mining Face

REN Nan（Kuqa Kexing Coal Industry Co.， Ltd.， Kuqa Xinjiang 842000）

Abstract： In coal mining， with the continuous development and wide application of anchor cable support technology， the roof support of gob retaining roadway in mining face is realized by coal mining， which will not only cause material waste， but also increase the labor cost of coal mining face， In the process of excavation， the combined support of an？ chor cable and anchor mesh is directly used for roof support， which has higher construction safety， can effectively save the material and labor cost of coal mining， and has more prominent functions and advantages. According to the application and research status of gob retaining roadway technology in coal mining， to study and analyze the specific application technical scheme of gob retaining roadway technology in coal face mining， combined with examples for reference.

Keywords： gob side entry retaining technology；mining face；coal mining

煤礦生產(chǎn)中，合理的技術(shù)應(yīng)用不僅能夠有效減少煤炭資源的損失，還能促進(jìn)開采工作面的回采率顯著提升，其回采率的提升幅度最高可達(dá)到30%。尤其是在一些容易發(fā)生自燃的煤層開采中，采用沿空留巷技術(shù)進(jìn)行煤礦工作面掘進(jìn)，能夠促進(jìn)煤礦企業(yè)煤炭資源采出率的提高，實(shí)現(xiàn)煤礦礦井生產(chǎn)條件的改善，為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益提升提供良好支持。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和煤礦開采技術(shù)的不斷完善，未來一段時(shí)間，我國各行業(yè)領(lǐng)域?qū)δ茉吹纳a(chǎn)與消費(fèi)仍然會(huì)保持以煤為主的格局。在這種背景下，加強(qiáng)煤炭資源開采技術(shù)研究，以促進(jìn)煤炭資源的合理開采與有效利用，不斷提高煤炭資源的回采率，降低煤炭資源在開采過程中的損失量，有助于推動(dòng)我國煤礦行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。筆者對沿空留巷技術(shù)在煤礦開采中的應(yīng)用進(jìn)行研究，以供參考。

1沿空留巷技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀分析

煤礦工作面回采中，沿空留巷技術(shù)的研究和應(yīng)用以110工法沿空留巷施工技術(shù)最具代表性。它在煤礦開采中通過將工作面頂板沿著采空區(qū)的邊緣進(jìn)行切落，同時(shí)將冒落的矸石作為巷旁支護(hù)，從而有效解決煤礦采空區(qū)的頂板懸頂和巷旁支護(hù)問題，以減輕煤礦巷道的頂板壓力，確保煤礦巷道的安全掘進(jìn)與開采生產(chǎn)。需要注意的是，沿空留巷技術(shù)在煤礦開采應(yīng)用中仍存在一定的采空區(qū)竄風(fēng)和巷旁支護(hù)能力不足等問題，在一些煤層厚度較大和煤礦礦井瓦斯含量較高的工況中適用性較低。

沿空留巷技術(shù)本身具有較為突出的系統(tǒng)性特征。煤礦開采中，其開采面的頂板上覆巖層厚度以及性質(zhì)、頂板冒落高度、頂板懸頂長度、巷道支護(hù)強(qiáng)度、巷旁支護(hù)墻力學(xué)性能等因素，都會(huì)對煤礦的安全掘進(jìn)產(chǎn)生影響，需要在具體實(shí)踐中進(jìn)行全面考慮和分析。針對上述因素及其影響，煤礦開采的工作面掘進(jìn)中，可通過巷道頂板切卸壓以及頂板加固、巷旁支護(hù)墻砌筑、煤壁加固等多種手段的綜合運(yùn)用，來滿足沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用要求，從而確保煤礦開采的技術(shù)應(yīng)用效果。

沿空留巷技術(shù)在煤礦工作面回采中應(yīng)用，還需要結(jié)合煤礦開采工作面的實(shí)際情況，通過對上述技術(shù)的綜合分析，進(jìn)行采空區(qū)使用U型鋼棚支護(hù)聯(lián)合采空區(qū)側(cè)頂板深孔預(yù)裂爆破輔助技術(shù)創(chuàng)新等，來滿足沿空留巷的技術(shù)需求。其中，U型鋼棚支護(hù)能夠?qū)Σ煽諈^(qū)側(cè)懸空頂板以及封閉采空區(qū)、切落頂板下部巖層等進(jìn)行有效支撐；頂板深孔預(yù)裂爆破技術(shù)則能夠?qū)Σ煽諈^(qū)側(cè)上部頂板巖層形成切落，從而有效減少采空區(qū)的側(cè)頂板懸頂長度，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)頂板冒落高度增加。兩種技術(shù)方式的結(jié)合應(yīng)用，能夠保證實(shí)現(xiàn)沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用效果并節(jié)約成本。

2沿空留巷技術(shù)的具體方案與實(shí)施分析

2.1技術(shù)方案設(shè)計(jì)

式中：WLH為留巷寬度；WYH為原巷道的寬度；WQ為巷旁支護(hù)墻寬度。

此外，在進(jìn)行沿空留巷的壓力與變形情況分析時(shí)，需要從煤礦巷道的頂板巖層性質(zhì)和巷旁支護(hù)墻支護(hù)能力、頂板切頂范圍、切頂錨索支護(hù)能力等因素方面入手。其中，切頂范圍包含上下部邊界和切頂角度等，而切頂錨索支護(hù)能力則包含切頂錨索的長度和錨索間距，巷旁支護(hù)墻支護(hù)能力則包含巷旁支護(hù)墻的寬度與強(qiáng)度等。

在沿空留巷技術(shù)方案的設(shè)計(jì)中，根據(jù)相似地質(zhì)的沿空留巷技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合礦井生產(chǎn)地質(zhì)條件，通過相應(yīng)的數(shù)值模擬軟件按照煤層柱狀圖和頂板巖層力學(xué)性質(zhì)建立相應(yīng)的數(shù)值模型，以進(jìn)行不同的切頂角度、切頂上下邊界、切頂錨索長度、切頂錨索間距、巷旁支護(hù)墻強(qiáng)度、巷旁支護(hù)墻寬度等要素分析，實(shí)現(xiàn)各種情況下的巷道受力與變形情況計(jì)算獲取，并從施工便利性與施工成本等層面，實(shí)現(xiàn)最為合理的沿空留巷技術(shù)方案優(yōu)化和選擇應(yīng)用。此外，沿空留巷技術(shù)方案的確定，還可以通過相應(yīng)的數(shù)值模擬軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和分析，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對其具體實(shí)踐進(jìn)行支持。完成數(shù)值模擬分析與數(shù)學(xué)模型建立后，需要進(jìn)行應(yīng)力平衡，并對巷道、切眼的掘進(jìn)、支護(hù)和應(yīng)力情況進(jìn)行計(jì)算，再進(jìn)行超前工作面切頂以及支設(shè)加強(qiáng)錨索、應(yīng)力計(jì)算，最后進(jìn)行工作面回采與巷旁支護(hù)墻支護(hù)分析。在對工作面回采與巷旁支護(hù)墻的支護(hù)分析中，第一次進(jìn)行開挖施工的長度約為5 m，而巷旁支護(hù)墻的支設(shè)為4 m，完成支護(hù)后再進(jìn)行開挖，長度為4 m，巷旁支護(hù)墻支設(shè)4 m。按照上述方法依次循環(huán)，至整個(gè)巷道掘進(jìn)的工作面推進(jìn)至120 m后停止。同時(shí)結(jié)合不同的技術(shù)方案對沿空留巷的壓力和巷道變形情況進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)巷道壓力和變形情況，進(jìn)行合理的施工方案選擇和施工應(yīng)用。圖1為一般煤礦工作面回采中沿空留巷施工的工序流程示意圖。

根據(jù)上述工藝流程，通過數(shù)值模擬計(jì)算與分析后，可采用超前工作面切頂卸壓以及支護(hù)巷旁加強(qiáng)錨索、工作面推過之后砌筑混凝土巷旁支護(hù)墻等施工方案開展施工。圖2為沿空留巷技術(shù)的施工工序示意圖。

2.2實(shí)施步驟

根據(jù)上述對沿空留巷技術(shù)方案及其具體設(shè)計(jì)的分析，具體施工開展中需要從頂板預(yù)裂爆破以及加強(qiáng)錨索、超前支護(hù)、巷旁支護(hù)墻砌筑、留設(shè)巷旁支護(hù)墻空間、滯后加強(qiáng)支護(hù)等方面，對其工藝技術(shù)與施工要點(diǎn)進(jìn)行分析。

以頂板預(yù)裂爆破為例，沿空留巷技術(shù)應(yīng)用中，頂板預(yù)裂爆破是為了減少煤礦巷道采空區(qū)的側(cè)頂板懸頂長度和增加采空區(qū)的頂板冒落高度。它需要在工作面的超前壓力前進(jìn)行鉆孔作業(yè)，并對頂板深孔進(jìn)行預(yù)裂爆破，從而實(shí)現(xiàn)采空區(qū)側(cè)頂板切斷，對沿空留巷的頂板進(jìn)行卸壓保護(hù)。通常情況下，在煤礦巷道掘進(jìn)與工作面開采中進(jìn)行頂板深孔預(yù)裂爆破切頂，一方面是為了切斷采空區(qū)的側(cè)老頂懸臂梁，同時(shí)切斷采空區(qū)頂板巖梁和巷道頂板巖梁之間的力學(xué)聯(lián)系，以減輕巷旁支護(hù)墻的壓力；另一方面，則是為了促進(jìn)采空區(qū)頂板冒落，并且利用冒落矸石對采空區(qū)進(jìn)行有效填充，促進(jìn)采空區(qū)上覆頂板壓力向采空區(qū)矸石上及時(shí)轉(zhuǎn)移，以有效減輕巷旁支護(hù)墻的壓力。此外，煤礦巷道的頂板深孔預(yù)裂爆破切頂，還能夠促使上覆巖層頂板的巖梁旋轉(zhuǎn)減少，從而對巷道給定變形和巷道變形進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)頂板斷裂位置控制。在加強(qiáng)錨索環(huán)節(jié)，為避免煤礦工作面推過后與巷旁支護(hù)墻砌筑前的巷道頂板下部巖層發(fā)生離層問題，需要在頂板深孔預(yù)裂爆破后進(jìn)行巷旁支護(hù)墻切斷頂板巖層支護(hù)，以保障沿空留巷技術(shù)及其應(yīng)用效果。

3工程實(shí)例分析

某煤礦1012回采工作面保護(hù)煤柱切眼為1014上順槽沿空留巷成巷后，與1012回采工作面對接的工作面，切眼斜長28 m（工作面對接后總長229 m）。煤層賦存穩(wěn)定，呈條帶狀及均一狀構(gòu)造，煤層傾角為10°～14°，平均為12°，平均煤層厚度為4.0 m，切眼附近埋深109 m。頂板以中砂巖、粗砂巖、砂礫巖為主，無偽頂和直接頂。巖石屬泥質(zhì)鈣質(zhì)膠結(jié)，在干燥及天然狀態(tài)下，巖石抗壓強(qiáng)度較大，不易變形。底板以粉砂巖為主，厚度一般在1.10～12.21 m。老底以細(xì)砂巖、中砂巖、含礫粗砂巖為主，局部地段存在炭質(zhì)泥巖偽底。巖石屬泥質(zhì)鈣質(zhì)膠結(jié)，在干燥及天然狀態(tài)下，巖石抗壓強(qiáng)度較大，不易變形，在飽和狀態(tài)下強(qiáng)度大大降低。

1012回采工作面保護(hù)煤柱切眼為施工沿空留巷期間的保留切眼，沿空留巷施工期間在1012膠帶運(yùn)輸順槽進(jìn)行了切頂卸壓工作，即通過頂板預(yù)裂切縫爆破方法，在切縫鉆孔施工距1012膠帶運(yùn)輸順槽采空區(qū)側(cè)煤壁100 mm，與鉛垂線夾角為15°（傾向采空區(qū)側(cè)），鉆孔間距為500 mm，按單孔藥量4.8 kg的爆破登記進(jìn)行預(yù)裂爆破。此外，隨著原1014工作面回采，1014工作面采空區(qū)已全部垮落嚴(yán)實(shí)。但是，根據(jù)沿空留巷成巷后的現(xiàn)場頂板情況及成巷后期頂板監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)1012回采工作面保護(hù)煤柱切眼下口的頂板向上8 m左右的位置已出現(xiàn)離層現(xiàn)象，且巷道內(nèi)局部地段頂板破碎。因此，為保證初采初放期間的安全工作，對1012工作面保護(hù)煤柱切眼內(nèi)不進(jìn)行超前預(yù)裂工作。在保護(hù)煤柱切眼初采初放期間，加強(qiáng)工作面、超前支護(hù)形式及壓力觀測方案的執(zhí)行，對整個(gè)煤礦工作面回采的安全實(shí)施進(jìn)行保障，以期取得較好的技術(shù)應(yīng)用效果。

4結(jié)語

沿空留巷技術(shù)在煤礦工作面回采中的應(yīng)用具有較好的效果，能夠?yàn)槊旱V的后續(xù)采掘工作提供重要的支持，還能夠有效提高煤礦巷道的掘進(jìn)率，有利于提高煤礦企業(yè)的煤炭資源采出率，改善煤礦礦井生產(chǎn)條件，為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益提升提供良好的支持。

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