沿空留巷技术的探讨与应用

1、缓倾斜煤层炮采工作面沿空留巷技术的探讨与应用 摘要：介绍了本矿在缓倾斜炮采工作面采用砌筑砰石墙和留小护巷煤柱两种方式实行沿 空留巷的工程实践。沿空留巷技术能够减少巷道工程量， 缓解采掘接替紧张的矛盾，提高煤 炭回收率，具有明显的技术经济效果。为类似条件的煤矿沿空留巷提供了有益的借鉴。 关键词：缓倾斜煤层 炮采 沿空留巷 沿空留巷是在工作面后方沿采空区边界维护巷道。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。上世纪 60年代英国、德国开始采用。这些发达国家非常

2、 重视这种一次性能源的开采。分别采用前进式和后退式的工作面沿空留巷 方法以实现无煤柱开采。现在基本普及无煤柱开采。国外目前主要以无机 有机混合结构形式结合钢结构骨架实施沿空留巷隔墙。我国上世纪 70年代 引进使用，那时候因为经济基础等因素影响，所采用的方法都没有广泛适 应性。后期出现的“高水材料”成本过高、强度和耐久性不足、特别是没 有掌握矿山压力规律，从根本上扭转巷道维护困难的局面而没有得到推广。 湖南华润煤业华润煤业唐洞煤矿 *在开采实践中，探讨应用了沿空留巷技 术，并取得了较好的技术经济效果。 1、沿空留巷理论简述 沿空留巷技术是人们对采场矿压和岩移进行了大量研究后的应用结果， 人们对采

3、场矿压和岩移从各个方面进行了研究，提出了十余种假说，这些 理论从不同方面解决了现场问题，比较一致的将采场进行了区带划分。采 场地围岩从底板到地表，按照各部分岩体移动规律的特点，划分为四个区， 三个带 （如图1所示） 。沿空留巷技术充分利用应力降低区，减轻矿压对 巷道的影响。 1.1、各个区的基本特点 在横的方面上，按照岩移、应力、矿压的特点，整个采场围岩可划分为 四个区域。 1.1.1、 弹性区： 岩体处丁原岩应力场里，垂直方向上的应力 6 y 丫 .H ,其中T为岩体 平均容重，H为煤层埋深度；其矿压 U接近等丁一个常量；岩体主要表现为 弹性性质。这个区域受到采动影响很小。 1.1.2、 塑

4、性区： 岩体处丁爱采动影响的应力场里， 受到集中应力作用， 垂直方向上的应 力6y, 一股可升高 2 5倍，矿压U是三维空间(x,y,z )和时间的函数。 这个区域里的岩体受到高应力和高矿压的作用，发生以塑性变形为主的变 形；其中水平方向的变形大丁垂直方向上的变形。岩体由丁塑性变形，还 会产生许多肉眼看不到的滑移面，其形状和密度是岩体，应力场，采掘生 产因素综合作用的结果，是一种十分重要的弱面。 1.1.3、 皎接拱梁区： 这个区域位丁控顶区斜上方不大的一个范围里。 这个区域的主要特点是 破断岩块能够依靠触点上的挤压力和摩擦力，相互皎接起来，形成三皎供 式平衡。其平衡条件和失稳，这个区域里的岩

5、块，都位丁岩层下沉曲线的 拐点附近，各个不同岩层之间离钗接拱梁区 (A)冒落带 (2)塑性区 性 妄 U A=U m； B 应力升高也 原岩应力区 UA常量 弹 U B=U max 应力降低区 稳压区 UA常量 矿压 U=Ug -y z) t 图1采场岩移与矿压的区带划分示意图 压(-)弯曲下沉带 (|T)S_B 层现象最严重。这个区域应力最低，但矿 压的绝对值都很大，岩体在塑性区域已出现许多滑移面，强度大大降低， 到这个区域里乂受到很大的矿压作用，因此破坏更为严重。 1.1.4压缩下沉区： 这个区域位于岩层下沉曲线拐点岩块以后的范围里， 主要特点是被开采 破坏了的岩体，在重力作用下受到压缩，

6、由采动产生的裂缝开始闭合，主 要作下沉运动。在这个区域里，离开采面的距离愈远，岩体受到的应力愈 大，而矿压 U愈小；所以，离采面距离逾远，岩体下沉的速度愈小；当应 力恢复到原口岸岩应力状态时，矿压趋近一个常量，下沉速度变为 0,岩体 被压实。 1.2、各个带的基本特点 由下向上，直到地表，采空区的围岩可划分成三个带：冒落带、裂隙带 和弯曲下沉带。 1.2.1、 冒落带： 冒落带通常是由伪顶构成的，主要特点是在控顶区后面岩层受到最严重 破坏，破碎岩块成杂乱无意排歹0,或者虽成层排歹0,但岩块之间无水平力 联系，不能形成三皎拱结构，同时碎胀系数最大。冒落带对裂隙带起支撑 作用，具有散体性质。 1.

7、2.2、 裂隙带： 通常由老顶和老顶上面部分分岩层构成。 主要特点：在绞接拱岩梁区域 里，能形成三皎拱结构，当自身能平衡时，保护控顶区只有失稳时，才对 控顶区产生强烈的来压影响。 1.2.3、 弯曲下沉带： 位于裂隙带之上的岩层。主要特点，岩层只发生塑性弯曲下沉，在下沉 曲线拐点附近，虽出现少数裂隙和离层，但导水，透气性极差。岩层下沉 曲线非常平缓。 2、沿空留巷工程实践 2. 1、工程概况 2.1.1、 矿井概况 华润煤业唐洞煤矿矿 井开拓方式为反向穿层斜井开拓， 井口标高+ 150m通风方式为中央边界式。矿井设计能力为 300kt/a ,核定生产能力为 300kt/a。井筒落底至-200m

8、水平，然后以一对暗斜井延深至二水平一 -450m 水平。矿井共划分为二个水平开采。井田主要含煤地层为中生界三迭系上 三迭统杨梅珑组，共含一、二、三、付三、四五个煤层，主要开采二煤及 四煤层。煤层届低沼气煤层，绝对瓦斯涌出量 0.59m3/ min ,相对瓦斯涌出 量1.0m3/ t日。煤层无自燃现象，但煤尘有爆炸危险，煤尘爆炸指数：二 煤28.71%,四煤24.69%，均超过了 15%,届易爆煤层。 2.1.2、 工作面概况 八一矿井在21414及上2244工作面采有了沿空留巷技术， 21414工作 面位于上21采区，开采四煤层，工作面斜长 80m，对应地面标高+ 150米 + 200米，工作

9、面上顺槽（回风巷）水平标高为 399m；下顺槽（进风巷） 水平标高为375m回采工作面到地表的垂直深度为 525g 599m。工作面 煤层平均厚度 1.8m,平均倾角 24 ,平均倾斜长 60作21414工作面的接 替工作面为21416工作面，两工作面是 21采区的最后两个紧邻的同煤层工 作面，考虑接替的原因，采用了沿空留巷技术，将 21414工作面下顺槽留 作了 21416工作面的上顺槽。 上2244工作面位于上 22采区，背斜的东西两翼，分为上、下两个块 段，开采四煤层，上、下块段共用一条风巷。工作面对应地面标高+ 150m + 200m,工作面上顺槽（回风巷）水平标高为 358m；下顺槽

10、（进风巷） 水平标高为361m -357m，回采工作面到地表的垂直深度为 507m 561m= 工作面煤层平均厚度 2.0m,平均倾角14。，上块段平均倾斜长 120m,下块 段平均斜长70作上2244工作面上、下块段开采采用了沿空留巷技术，将 上块段上顺槽留作了下块段的上顺槽。 四煤老顶为细沙岩，厚度 3.2米，灰色石英细沙岩，硅质胶结，致密坚 硬。直接顶为砂质泥岩，厚度4.03米，深灰色，贝壳状断口，含植物化石 及菱铁质结核。无伪顶。直接底为沙质泥岩，厚度 2.10米深灰色、夹菱铁 质结核，含植物根部化石碎屑。老底为灰黑色，含菱铁质结核，石英细脉。 根据实际测压资料，四煤工作面的矿压显现规

11、律为： 工作面的初次垮落 步距为11 20m左右，垮落前支柱最大工作阻力为 161.7KN,活柱最大压缩 量13mm初次来压步距为 18 22m,顶板下沉量为 100 200mm 147mm/h, 支柱工作阻力为 123.2KN。周期来压步距为 10 15门 顶板下沉量为 60 100mm 55mm/h,支柱工作阻力为 120.5KN。超前压力影响范围 12 20m, 最强烈为8 12m= 2. 2、沿空留巷方式确定 2.2.1、沿空留巷的型式及分析 国内在应用沿空留巷时，绝大多数都要设置巷旁支护。国内应用广的巷旁 支护主要有：木垛巷旁1支护、密集支柱巷旁1支护、石干石带巷旁1支护、人造砌巷旁

12、1 支护以及巷旁泵充填支护技术等，也有少数矿井尝试用锚杆作为沿空留巷巷内支 护。 木垛巷旁支护我国过去木垛巷旁支护应用较广，其形式一般是单排木垛。 木垛作为巷旁支护优点：支撑面积大，稳定性好，用以挡砰比较有效，后期支承 能力大。其缺点是：木材消耗量大，木垛届于支承支架，早期支承能力太低，木 垛可缩量大，通常可以压缩到只有原始高度的 40%-50%而不能起到切断采空区 顶板的作用。 密集支柱作为巷旁支护是指随工作面推过之后，在采空区边缘新架设的密 支柱，所用支柱有木支柱和金届支柱。 密集支柱届于中强度、有限可缩量的窄幅 巷支护类型。密集支柱比木垛省材，早期支撑性能好，可以进行切顶，架设方便， 容

13、易过改变架设密度而调节其承载能力， 但密集支柱当顶板或底板较软时，集支 柱易于插入顶板进行卸载，失去支撑和切顶作用，稳定性较差。 石干石带巷旁支护，用石干石带作为巷旁支护是煤矿多年来一直采用的。石干石 带届于宽幅大可缩量、支承巷旁支护类型。砰石带巷旁支护方式的最大的优点是 它利用了本来是废料的天然砰石作支护料，从而可以节约大量的其它支护材料和 相应的费用，对于顶板较稳定的巷道，只要能随工作面推进及时砌带，并保证砌 筑质量，则沿空留下的巷道后期仍可起到较好的护巷效果。由于砰石带垒砌不易 致密，故它在初期一般不承载，在工作面后方约20m以远阻力才逐渐上升。砰石 带的压缩量可达原始高度40%-60%

14、压实后支承能力可以提高。在我国一些薄煤 层矿石干石带的应用仍然不少。 人造砌块巷旁1支护。人造砌块作为巷旁1支护，是为了节约木材、克服木垛 可缩量大和承载晚等缺点发展起来的。 这种支护形式的优点是材料来源广， 价格 低廉，可节约木材和金届支护材料，承载能力较大而可缩量不大，压缩 2%ft达 到最大载荷。其缺点是受载超过抗压时砌垛（带）呈脆性破坏，一旦发生破坏承载 能力迅速下降；此外砌垛（带）的稳定性较差，不宜用于高大的煤层。 巷旁泵充填支护技术。巷旁泵充填支护技术是近年来发展起来的一种新型 巷旁支护技术，包括硬石膏力输送充填技术和高水材料泵充填技术。 德国的硬石 膏充填材料主要由硬石膏和普通硅

15、酸盐水泥组成。高水材料是一种新型的特种水 泥混合材料，具有用量大（水体积比可达90咖上）、固体料用量少、凝固体韧性 好等特点是一种理想煤矿井下巷旁充填材料。可基本上实现了机械化作业,大大 轻工人体力劳动，提高工作的安全性。但目前由于该材料价格相对比较高， 加之 充填时必需使用抗静电、阻燃、增强塑料充填袋，费用较高，这样就限制了该材 料在煤矿中大批量的进行巷旁充填应用。 2.2.2、沿空留巷方式的确定 根据对上述已有的沿空留巷型式分析，结合八一矿井工作面的实际条 件及劳动组合情况，22414工作面下顺槽采用砌筑砰墙和在下顺槽抬双路抬 棚的方式，砰石墙的主要作用是挡住采面采空区的砰石进入下顺槽并承

16、受 一定的顶板压力,下顺槽的双路抬棚的主要作用是承受顶板静压及开采动 压。 上2244工作面由于煤层倾角较小，煤层稳定，采用留设 3 5m护巷 煤柱，顺槽内抬双路棚的方式，护巷煤柱的作用类似于巷旁充填，主要起 承压作用，双抬棚主要起承受动压作用。护巷煤柱下块段开采时回收， 2. 3、沿空留巷实践 2.3.1、 沿空留巷工艺 22414及上2244工作面均炮采工作面，回采工作面采用打眼放炮方式 落煤，可弯曲刮板运输机运煤。 DZ型单体液压支柱配 兀型钢梁支护顶板。 采用“三三控顶”方式，最大控顶距离 2.8m，最小控顶距离 2.8m,采用全 部陷落法管理顶板。采用多循环作业方式，两班采煤，一班整

17、修。上、下 顺槽都使用方矿用 11号工字钢支护，梯形断面。 沿空留巷工艺;下顺槽超前支护 t 采煤放顶 t 砌筑砰石墙（留设护巷 煤柱）t 下顺槽采后修理。 沿空留巷后，21414下顺槽顶底板相对移近量为 0.3 0.6m,相对压缩 率为15% 31% 两帮相对移近量为 0.3 0.5m，相对移近率 15% 25% 上 2244上块段护巷煤柱支撑顶板的效果较好，顶底板的相对移近量为 0.2 0.4m，相对移近率10% 21%,两帮相对移近量较小。 2.3.2、 主要技术措施 在开采前方实行超前支护，支护抬棚棚梁使用木子，棚腿使用单体液 压支柱，超前回采工作面 30m以上。单体液压支柱支护在原掘

18、进工字钢梁 的下方。超前支护的单体液压支柱的初撑力达 60KN以上。 砌筑砰石墙滞后回采面切顶线 3 5m砰石墙下宽 0.8m,上宽0.6m, 砰石尽量采用块径 0.2m以上的砰石，砌筑时尽量接顶严实。见图 2。 留设护巷煤柱时，煤柱倾向宽度 3 5m走向每隔20m与顺槽连通。禁 止煤柱倾向宽度小于 3m使煤柱失去支撑力。不允许煤柱宽度大于 5m增加 了煤柱量。见图 3。 图2 21414沿空留巷示意图 图3上2244沿空留巷示意图 下顺槽在回采工作面推进后，要及时进行修理，下顺槽的顶底板相对 移近量修理滞后采面切顶线 30 50作 替换原超前抬棚木梁，巷道卧底，拔 正原掘进支护棚腿。修理后的下顺槽高度不小丁 1.8m,腰宽不小丁 2.0m。 3、主要术技效果 华润煤业唐洞煤矿积极推广探讨沿空留巷技术，取得了较好的技术经 济效果。 1）