李澤鵬

（山西省陽泉市陽煤集團新景公司， 山西 陽泉 045000）

引言

隨著煤礦開采成本的逐步提高，較多煤礦開始推行了無煤巷、無煤柱的開采需求[1]。同時，由于工作面中的地質(zhì)環(huán)境特點復(fù)雜，外部影響因素較多，導(dǎo)致部分支護系統(tǒng)出現(xiàn)了不同程度的支護缺陷，給現(xiàn)場作業(yè)帶來了巨大的安全隱患。沿空留巷支護技術(shù)憑借著充分利用現(xiàn)有資源、提高工作面中煤礦開采率的優(yōu)勢，在當(dāng)前工作面巷道支護中得到了廣泛推廣應(yīng)用，與其他支護形式相比，具有更為明顯的支護優(yōu)勢，市場前景較為明顯[2]。但在實際使用中，仍存在較多問題。因此，就當(dāng)前沿空留巷支護技術(shù)的特點及存在問題，進一步開展了該支護技術(shù)的提升措施研究，并進行了現(xiàn)場應(yīng)用。

1 沿空留巷支護特點分析

沿空留巷支護示意圖如圖1 所示[3]。其支護原理為：對原有的開采邊緣區(qū)域進行支護維護，并對殘留的煤柱進行二次開采，實現(xiàn)煤層的回收利用，所支護的巷道可作為下一個工作面的開采巷道，可提高煤礦的零煤柱開采效率，目前已在煤礦開采支護領(lǐng)域得到大量的推廣應(yīng)用。整套支護技術(shù)在應(yīng)用時會受到外部的動壓作用，使得巷道支撐面不僅需承受來自頂板的外部壓力，也將承受外界的二次動載荷壓力，因此，設(shè)計施工時通過合理的計算來確定對巷道的支撐力。另外，由于巷道中夾渣著較多的煤礦、煤渣等物料，部分區(qū)域還聚集著較多的瓦斯?jié)舛?，因此在支護系統(tǒng)設(shè)計中需重點對其密封性進行設(shè)計。

2 現(xiàn)有支護形式分析

2.1 木垛巷旁支護

圖1 沿空留巷支護示意圖

木垛巷旁支護是國內(nèi)早期的一種應(yīng)用較為廣泛的支護方式，屬于巷道中晚支撐支架結(jié)構(gòu)，其核心支柱均采用的是木垛材料進行支護，具有支護成本低、安裝方便可靠等特點，其立柱被拆下之后，能進行局部區(qū)域或其他領(lǐng)域的循環(huán)使用[4]。但由于木垛具有較高的壓縮性，加上長時間的支護及較大環(huán)境的濕度，長時間的使用，會極大影響巷道的支護安全性，加上當(dāng)前更加先進的支護結(jié)構(gòu)已逐漸被應(yīng)用到巷道中，導(dǎo)致木垛巷旁支護已不能較好的適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境，適應(yīng)范圍呈逐漸減少趨勢。

2.2 密集支柱巷旁支護

密集支柱巷旁支護采用了松木或鋼管結(jié)構(gòu)對巷道中幫襯進行支護，一般支柱的直徑均是超過15 cm以上，單根支柱的支撐力在400 kN 以上，支撐過程中安裝一定數(shù)量進行橫向、縱向的支撐，屬于巷道中剛性支撐方式，針對較硬頂板結(jié)構(gòu)及高度，在一定范圍內(nèi)，能起到較好的支撐效果，有效保護巷道的支撐安全。但此支撐方式采用的是松木與巷道幫襯進行直接接觸方式，若遇到較軟頂板及不平整地面，支柱極容易出現(xiàn)局部傾斜或松動現(xiàn)象，且針對同一界面不同高度巷道，需采用不同規(guī)格的支柱進行操作[5]。另外，針對巷道高度過高情況，若采用此支護方式，會使支柱出現(xiàn)彎曲而影響其結(jié)構(gòu)的支撐性能。一般情況下，此支柱不能進行循環(huán)回收使用，這樣會造成一定程度的材料損失。因此，密集支柱巷旁支護常用于頂板較硬、地面較平、2 m 高度范圍內(nèi)的煤層巷道支護環(huán)境中。

2.3 矸石帶巷旁支護

矸石帶巷旁支護屬于一種堆砌型支護方式，目前在國內(nèi)的煤礦巷道支護中應(yīng)用得較為廣泛，具有支撐效果好、原材料用料低、稱重能力強、支護性能穩(wěn)定等特點，支護到一定高度后，會利用其較大的壓力性能，實現(xiàn)對頂板的較好支撐，能更好地適用于頂板出現(xiàn)的緩慢下沉現(xiàn)象，所適用的巷道高度一般在1.5～2 m 范圍內(nèi)。但此支護方式的勞動強度相對較大，整體的支護壓縮量可達30%以上，因此，其早期支護過程中具有較低的穩(wěn)定性。矸石帶巷旁支護技術(shù)的使用，實現(xiàn)了巷道低成本、高效率的支護。

3 沿空留巷支護存在問題

經(jīng)過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的沿空留巷在支護過程中，其頂板會出現(xiàn)較為明顯的離層現(xiàn)象，特別是針對頂板結(jié)構(gòu)較弱或存在較多泥巖成分時，則更容易使頂板出現(xiàn)網(wǎng)兜的現(xiàn)象，若局部區(qū)域出現(xiàn)積水時，頂板也會因水量的聚集而出現(xiàn)膨脹變形問題。經(jīng)觀察，部分巷道中利用錨網(wǎng)索進行支護的情況相對較多，但隨著外部的較大壓力及積水作用，使得部分錨網(wǎng)索裸露在外部區(qū)域，并嵌入至頂板結(jié)構(gòu)中，部分區(qū)域的離層距離達到了220 mm。同時，巷道兩幫由于受到較大的外部壓力，在長時間的支撐過程中，局部區(qū)域極容易出現(xiàn)較多的誘發(fā)事故點，由此引發(fā)結(jié)構(gòu)的非對稱變形失效現(xiàn)象。另外，在巷道實際支護過程中，巷道底板會出現(xiàn)不同程度的鼓起現(xiàn)象，最大鼓起量可達1 m 以上，這不僅給巷道中的正常作業(yè)構(gòu)成了重要影響，也會給井下作業(yè)安全構(gòu)成威脅。

4 沿空留巷支護效果提升措施

4.1 對沿空留巷支護進行合理設(shè)計

由于不同地質(zhì)條件的頂板結(jié)構(gòu)會對整個巷道產(chǎn)生不同程度的壓縮變形現(xiàn)象，也會使得巷道中煤層的裂紋增加，給巷道的作業(yè)安全構(gòu)成了重要威脅。因此，在沿空留巷支護設(shè)計過程中，需根據(jù)巷道的實際支撐情況，采取不同的支護方式進行設(shè)計，確定合理的沿空留巷參數(shù)，包括借助梯形的剛性結(jié)構(gòu)進行巷道支護設(shè)計，并將當(dāng)前成熟的錨索結(jié)構(gòu)進行支護，以此加強對巷道的支撐作業(yè)。同時，可通過混凝土結(jié)構(gòu)對巷道中預(yù)留的填充控制進行填充加固，保證墻體具有較強的支護性能。另外，設(shè)計時需充分開裂巷道中動壓對巷道的影響，以此來更加準(zhǔn)確、有針對性地設(shè)計一套支護方案。

4.2 加強對巷道中瓦斯?jié)舛鹊念A(yù)防管理

由于沿空留巷技術(shù)主要是對當(dāng)前殘余的煤柱進行開采，并加強對巷道的支護。故所作業(yè)的巷道中經(jīng)常聚集著大量的瓦斯?jié)舛龋乜樟粝镌谠O(shè)計過程中，若沒實現(xiàn)巷道的有效密封，外部空氣將極容易進入內(nèi)部空間，引發(fā)瓦斯爆炸事故。因此，首先需對當(dāng)前巷道中存在密封泄漏處進行密封加密處理，包括對縫隙處澆筑混凝土和填充物等，保證巷道內(nèi)部空間具有較高的密閉性；同時，在合適位置開設(shè)排風(fēng)口或加大當(dāng)前排放口的通風(fēng)量，有效將巷道內(nèi)聚集的瓦斯排出至外部空間；另外，需加強對巷道中瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)控，出現(xiàn)異常情況時，需及時進行瓦斯報警及異常處理。實現(xiàn)對巷道中瓦斯?jié)舛鹊墓芾砑翱刂疲瑒t能實現(xiàn)對巷道安全的有效預(yù)防。

5 現(xiàn)場應(yīng)用效果評價

結(jié)合前文提出的沿空留巷支護改進措施，按照以上改進措施，進行優(yōu)化后技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用驗證。在測試過程中，每隔20 m 設(shè)置一個檢測站，用于對巷道頂板進行測量記錄。經(jīng)測量多個測試點中，頂板的最大變形位置控制在100 mm 范圍，其他區(qū)域均未出現(xiàn)較大變形，實現(xiàn)了對巷道的穩(wěn)定支護，保證了巷道斷面的完整性，可以作為下一個回采工作面的通風(fēng)巷道。少掘進一條通風(fēng)巷道，有效縮短了工作面的銜接周期，優(yōu)化了采掘銜接。同時，無煤柱沿空留巷開采，提高了資源的回收率，能夠為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟收益。另外，在整個支護系統(tǒng)搭建過程中，人員的勞動強度大大降低，系統(tǒng)搭建效率也提高了將近1倍，所帶來的支護優(yōu)勢較為明顯。由此，驗證了此支護技術(shù)的可行性及可靠性。

6 結(jié)語

沿空留巷支護技術(shù)主要是利用上一個工作面的巷道支護作為當(dāng)前的支護，并對其進行加固支護，是一種經(jīng)濟、有效的支護技術(shù)。運用該項技術(shù)，不僅能充分利用原有的巷道支護資源，也可實現(xiàn)對無法開采的煤柱進行徹底開采，實現(xiàn)企業(yè)較高的經(jīng)濟效益。在沿空留巷支護過程中，有效掌握來自頂部的壓力沖擊，保證巷道具有較高的密封性及合理的排放系統(tǒng)，控制瓦斯?jié)舛鹊木奂每茖W(xué)、合理的方式來確定最佳的支護參數(shù)及支護方式，是實現(xiàn)巷道高開采率、安全作業(yè)的關(guān)鍵。