沿空留巷技术交流分析

沿空留巷技术交流分析沿空留巷技术自20世纪50年代在我国开始使用以来，一直是我国煤炭开采的重要技术发展方向。

到目前为止，我国在沿空留巷理论与技术研究方面做了大量的工作，在条件较好的薄及中厚煤层采煤工作面的沿空留巷技术已日趋完善，巷旁支护、巷内支护、加强支护及煤帮加固技术已趋成熟，但在条件困难的中厚煤层或厚煤层较大断面巷道中采用沿空留巷技术仍存在着一些技术难题，使得一些矿井在应用沿空留巷技术时没有取得预期的效果，甚至留巷失败，从而限制了沿空留巷技术在我国更广泛地推广应用。

而芦沟煤矿作为地质条件比较复杂的矿井，首次实施沿空留巷技术能否成功，给芦沟矿领导班子带来了巨大挑战，在进行留巷过程中，得到了集团公司总经理张明剑及主要部室领导的高度重视，曾不辞辛苦在百忙之中多次亲临我矿井下一线指导沿空留巷支护技术，并提出了宝贵意见和殷切期望。

自完全沿空留巷至今，已经成功留巷130m（260棚），通过对留巷段围岩变形的观察，巷内支架完好，巷道高度基本保持在1.9～2.5m，巷道下宽达3.8～4.0m，基本达到预期效果，从而取得了较好的安全和经济效益。

现将我矿相关做法汇报如下。

1、沿空留巷实施的最初目的32101工作面作为32采区首采工作面，受底板L7-8及L1-4灰岩水影响较大，经地测科测定，工作面在回采期间涌水量会保持在60～80m³/h左右，且静水压力较高，属于典型的带压开采工作面，因此，回采期间需对工作面底板水进行疏排。

基于以上原因，生产技术科在进行工作面初步设计时，充分利用沿工作面走向方向向斜地质构造的特点，在工作面下副巷向斜最低段开掘流水巷，将工作面回采期间底板涌水排入流水巷内。

当工作面推过流水巷近似呈仰斜开采时，开始利用3.5m坑木梁配合2.4m坑木一梁两柱式支护方式进行沿空留巷，为防止向采空区漏风和减少巷道围岩变形，在靠近采空区侧堆积2m 宽的煤袋堵漏风并起到加强支护的作用，留巷长度约230m，由于坑木支护强度不足，导致巷内坑木折断严重，以至工作人员不能进入巷内清淤煤。

随着工作面的不断推进，不断对下副巷进行落底，造成巷道高度较大，给超前替棚作业带来了安全隐患。

为此，为响应集团公司提出的支护改革，结合集团公司“解放思想、放开手脚、科学合理，大胆推行”的方针，通过充分论证，矿领导班子决定对32101工作面下副巷实施完全沿空留巷技术，即不在对工作面下副巷进行超前替棚作业，而在工作面回采期间，采用摘上帮支架腿、站单体柱、补站支架腿的形式保留原有巷道。

2、实施沿空留巷的技术分析（1）沿空留巷顶板活动规律沿空留巷是一种无煤柱护巷方式，即将本区段工作面的运输巷作为下一区段工作面的回风巷。

为合理控制沿空留巷围岩变形量，需掌握沿空留巷顶板的活动规律，进而为科学合理选取支护形式和进行支护设计提供理论依据。

随着工作面从开切眼向前推进，顶板垮落由初次垮落循环逐步过渡到周期垮落循环，同时由于顶板各岩层分层垮落的时间不同，在各垮落循环中又都包含有主动垮落和被动垮落两种形式。

因受采场边界煤体的支承作用，在采空区边界上方将形成不整齐的悬臂式顶板残留边界。

根据顶板岩层的分布状态，可将采空区边界附近的岩层分为4个区，即垮落区、错动离层区、二次破断区和微破裂区。

如图1所示。

图1 沿空留巷顶板岩层运动分布图采场覆岩活动规律特别是侧向板块的结构及活动规律，对沿空留巷围岩变形影响较大。

在其顶板发生离层前，受支撑阻力作用，顶板岩层首先沿沿空留巷采空区侧切断，而上覆岩层垮落所产生的动压，对移动边界即工作面回采空间的影响较固定边界即沿空留巷的影响明显，其矿压显现剧烈程度较沿空留巷大。

随着采场覆岩垮落层位的不断向上发展，固定边界已垮岩层残留边界由承载状态转入了加载状态，当加载至一定程度时，残留边界将产生“二期破断”，除下位已冒落岩层外，其余均受前期破断岩层结构及未垮岩层的“夹持”作用，下沉受到制约。

由于前期垮落的岩层已达到一定的压实程度，并在边界处形成了稳定结构，从而构成了二期破断岩层的“支座”。

当支座的刚度大于等于煤体刚度时，采场覆岩的下沉将以“平移”甚至“反转”的形式下沉，其下沉的产生加剧了煤帮的挤出，增大了底鼓量，扩大了沿空留巷煤帮支承压力的范围。

由于煤体的强度不同，顶板在采空区边界处的断裂位置及巷道多处的位置也不一样，当煤体强度较低时，顶板断裂位置处于煤体内部上方，相应巷道位于错动离层区的下方；当煤体强度较高时，顶板断裂则处于煤壁外侧，相应巷道位于二次破断区的下方。

因此，错动离层区和二次破断区顶板的下沉将直接影响沿空留巷的围岩变形特点及大小。

而巷道位于二次破断区的下方比位于离层错动区的下方更有利于顶板的稳定，且巷道在二次破断区的下方时，其顶板的变形属于一种“给定变形”状态。

（2）沿空留巷围岩控制的预防原则降低围岩应力、提高围岩强度和合理支护技术是控制巷道围岩变形的主要技术途径。

从控制顶板移动和保护支护体本身不受损坏两个方面考虑，沿空留巷的支护应与顶板活动在不同时期所表现的不同特点相适应，在前期应主要考虑切顶作用，尽早支护，且保证具有较高的初撑力或增阻速度，以及较大的支护刚度，坚持以“顶”为主，并以“顶、让兼顾”为原则，在后期则应适应“给定变形”的顶板活动特点，坚持以“让”为主，并以“让、顶兼顾”为原则。

在沿空留巷顶板控制的预防上应遵循“匹配协调、力求均布、弱化扰动”的原则。

其中，“匹配协调”强调留巷内支护力学特性要与煤体的力学特性相适应，据此可根据实际条件采取相应对策，如在煤体强度低的情况下采取煤体加强支护措施，在煤体强度高的情况下采取松动措施等，以选择合理的留巷支护方式。

“力求均布”强调在超前支护体的布置位置上力求均匀，在初撑力上力求大小均匀一致。

“弱化扰动”强调在扰动强度上力求小，在扰动次数上力求少，在扰动方向上力求无。

3、沿空留巷支护形式的选择目前我国沿空留巷巷内主要支护形式有以下几种：①工字钢梯形刚性金属支架；②工字钢梯形可缩性金属支架；③U型钢可缩性金属支架；④锚杆支护；⑤锚网索支护；⑥联合支护。

应用较多的巷旁支护形式有以下几种：①木垛；②密集支柱；③矸石带；④砌块；⑤巷旁充填带。

在进行沿空留巷支护形式选择时，应遵循沿空留巷顶板活动规律及围岩控制预防原则，能够使支护体满足对老顶的“给定变形”和“限定变形”工作状态。

当巷内支护体对老顶岩梁的运动处于“给定变形”工作状态时，在老顶岩梁开始下降到将至最终位置的整个运动过程中，巷内支护体并不能对老顶岩梁的运动起到绝对的阻止作用，而只能在一定程度上降低岩梁的运动速度，以减少沿空留巷围岩变形量。

因此，沿空留巷在选择“给定变形”工作状态时，应对沿空留巷的变形量进行充分的预计与判断，尽可能使围岩的变形量与支护体的可缩量相协调，避免造成支护体的破坏，以保证沿空留巷的稳定。

在沿空留巷选择“限定变形”工作状态的情况下，巷内支护体应选择强度较高的支护材料，从而可以充分利用支护体的自承能力提高沿空留巷的围岩稳定性。

通过以上理论分析，结合32101下副巷现有的U型钢支护材料及集团公司提出的降本增效机制，并充分考虑了U型钢良好的力学性能，较高的抗拉强度、抗压强度、初撑力，且当作用于U 型钢支架上的围岩压力值达到一定值时，支架就会产生压缩，使围岩作用于U型钢支架上的压力下降，从而避免围岩压力大于U型钢支架的承载力而使支架破坏。

基于以上考虑，最终确定下副巷仍采用原有支护材料并每间隔两棚补打一根伸缩梁配合2.4m坑木进行加强支护的方式进行沿空留巷。

4、沿空留巷的实施工艺流程3月上旬，根据我矿32采区接替情况，经相关工程技术人员反复研究，开始对32101工作面下付巷试行完全沿空留巷技术。

即32101工作面下付巷不再进行超前替棚回收，工作面回采期间采用摘上帮支架腿、站单体柱、补站支架腿的形式保留原有巷道。

为保证留巷段巷道稳定性，减小巷道围岩变形量，特保留原下付巷下帮及顶帮连锁杠进行连锁加固，在补站支架腿后在上帮继续补打连锁杠进行加强支护，以达到受压均匀的目的；而为防止采空区老顶来压期间冲垮下尾巷，在原U型钢支护的基础上，及时在上帮联锁杠下方打设高为1.2m 坑木作为戗柱，戗柱间距0.8～1.2m，并每间隔两棚补打一根伸缩梁配合2.4m坑木进行加强支护，达到加强支护的效果。

沿空留巷工艺流程：每回采一排巷超前煤壁2棚摘除上帮柱腿→在梁头下方站单体柱支撑临时加固→工作面采通后，推移刮板输送机机头→将舍帮侧两棚支架重新站柱腿、上卡缆、拧紧螺丝→挂网、风布、竹笆、椽子闭帮挡门→打上帮联锁杠→上帮联锁杠下站坑木戗柱→打伸缩梁加固巷道。

为提高沿空留巷段围岩自我承载能力，减小留巷巷道围岩变形量，根据2014年5月15日集团公司张明剑总经理及主要部室领导现场调研提出的要求，我矿对32101工作面下付巷扩修段采取了超前加固措施，即沿实体煤帮顶部打设2根锚索，帮部打设3根锚杆。

锚杆的打设能加固煤帮，增强煤帮对顶板的支护强度和煤体的残余强度，提高巷帮煤体对顶板岩层的支承力，进而减小巷旁支护切顶阻力；而锚索的打设能将顶板岩层锚固起来，使巷道围岩的自我承载能力及顶板抗弯变形能力得到提高，形成支护—围岩的共同承载体系，避免造成顶板过早地沿巷道煤帮垮落。

5、沿空留巷的实施效果分析及施工过程中遇到的技术问题（1）沿空留巷的实施效果分析由于我矿没有矿压监测设备，目前主要采用“十”字布控法对留巷段巷道围岩变形量进行观测，即在靠近采空区侧顶底板各设一基点，用卷尺测量上帮顶底移近量；在靠近实体煤侧顶底板各设一基点，用卷尺测量下帮顶底移近量；在两帮各设一基点，用卷尺测量两帮移近量。

经过两个多月试行，32101工作面下付巷目前已成功留巷130m（260棚），巷内支架完好，巷道高度基本保持在1.9～2.5m，巷道下宽达到3.8～4.0m，基本达到预期效果，从而取得了较好的安全和经济效益。

（2）沿空留巷实施过程中遇到的技术问题①对工作面前方巷道围岩变形量较大的区段，进行摘除上帮柱腿推移刮板输送机时，由于顶梁下压量较大，一定程度上影响刮板输送机的推移，需人工将顶梁锯断一段长度，而在重新进行站柱腿、上卡缆、拧紧螺丝时，由于顶梁长度不够，造成卡揽绑定宽度不够，进而造成U型钢可缩性支架受力不均匀，影响整体支护质量。

②32101工作面下副巷进行沿空留巷，一方面为了疏排32101工作面底板涌水，另一方面作为下一区段回风巷，但在32101工作面回采结束时，能然按照跳采的回采方式进行接替，从而增加了留巷段的扩修次数，不能完全体现沿空留巷降低巷道掘进率、减少掘进费用、降低巷道准备费用、缓解工作面接替紧张、改善巷道的维护情况、减少掘进队伍及支护材料的投入使用等优点。

③由于我矿属典型的“三软”煤层，煤层坚固性系数较低，在进行超前打顶板锚索时，由于顶煤厚度保持在2～3m左右，施工过程中顶煤呈碎粒状，不易进行锚固，从而偏离设计要求，达不到预期效果。