沿空掘巷应力动态变化规律研究
(完整版)沿空留巷
【2012】山西灵石华瀛天星柏沟煤业有限公司090101回风顺槽沿空留巷设计说明书设计人：审核：总工程师：时间：柏沟煤业090101回风顺槽沿空留巷设计说明书无煤柱开采技术是煤矿开采技术的一项重大变革，在矿井的开拓成本、缩减接续时间及提升回采效率上均比原有的留设煤柱开采有较大的优势。
为缓解我矿采掘工作面接替紧张的压力，实现无煤柱开采，提高回采率，减少资源损失，提升经济效益，根据我矿实际情况，经集团公司领导与矿相关领导研究决定，为090101回风顺槽进行沿空留巷。
第一章沿空留巷巷道基本情况第一节地面相对位置及邻近采区开采情况井上下关系对照表第二节煤（岩）层赋存情况一、煤层特征表二、煤层顶底板状况9号煤层顶板为K2石灰岩，局部为薄层的泥岩伪顶，底板为泥岩或砂质泥岩。
目前开采的090101工作面为本矿9号煤层首个回采工作面，使用全部跨落法管理顶板。
顶板：为K2石灰岩，岩性坚硬，抗压、抗拉强度大。
岩层单向抗压强度32.1-63.2Mpa，平均44.4 Mpa，单向抗拉强度1.63-4.56Mpa，平均2.71 Mpa，抗剪强度1.73-6.11Mpa，平均4.05 Mpa。
稳定性好，属稳定-较稳定型顶板。
底板：为砂质泥岩，节理裂隙不发育。
属不稳定-较稳定型底板。
第三节地质构造总体为一轴向近南北方向的向斜构造。
第四节水文地质井田范围内没有大的地表水体。
矿区位于交口河上游支沟，井田内发育冲沟，各沟谷基本常年无水，仅在雨季汇聚短暂性洪流，属季节性沟谷河流。
第二章沿空留巷专项设计第一节设计目的及依据在煤矿原有的生产体系中，长期以来一直沿用留设煤柱的方法维护。
无煤柱护巷技术是煤矿开采技术的一项重大改革，无煤柱护巷支护技术中的沿留空巷技术曾经历了堆砌矸石、密集支柱、木垛、金属棚、高水材料垛式充填等留巷方式的无煤柱护巷的发展过程，积累了宝贵的生产技术经验。
我矿为资源整合后建设矿井，主副井筒及井下巷道均为新建，原开采的2#、4#煤层均已开采殆尽，090101是我矿在9号煤层布置的首个回采工作面。
窄煤柱沿空掘巷围岩支护技术研究
帮煤 体强 度较 小 ， 受采 动影 响 ， 采空 区边 缘煤 体受 到
一
顶板 采用 高强 度螺 纹钢 锚杆 支 护 ，配合 菱形 金
定 程度 破 坏 ， 须加 长锚 固长 度 。 是左 旋无纵 筋 必 二
属 网和 Ｍ 型 钢带 ， 用小 孔 径 预应 力锚 索 作 加 强支 采 护 。 护设计 主要 考虑 以下 因素 ： 支 一是顶 板 锚杆 通过 Ｍ 型钢 带和 金属菱 形 网形 成一 个整 体 ，共 同约 束锚
（ ）７ ４—７ ９ ６ ：３ ３．
高支柱 实 际初 撑力及 工 作阻 力 ，使支 架及 支 柱保 持
正确 的位态 ， 以保证 实 现对顶 底 的有效 支 撑 。 （ ）支架 的整 体 稳 定 性 有 待 提 高 ， 进 支 架 组 ４ 改
［ ］ 侯 锦强 ， ４ 侯保 良． 滑移顶 梁液 压支架 在“ 软” 层中 的应 用 三 煤
［ ］ 矿业 安全 与环保 ，０ ８３ （ ）５ Ｊ． ２ ０ ，５ １ ： ０—５ ． １ ［ 艾德生 ， 新河 ， ５］ 刘 张顶立 ． 滑移 支架放顶煤 工作面煤 岩活动特 点及其控制【１河北煤 炭建筑工 程学 院学报 ， ９ （）２ —２ ． Ｊ ． １ ６２： １ ５ ９
间 连 接 ， 高 支 架 承 受 水 平 推 力 的 能 力 ， 善 顶 梁 提 改
学 采 矿 工程 专 业 硕 士 在 读 ， 事 矿 山压 力 与岩 层 控 制 方 面 的 从 研 究。 （ 收稿 日期 ：０ ０ ０ — ７ ２ １— ７ ２ ）
４
煤
炭
科
技
２１ ０ ０年第 ４期
道维 护较 困难 。另外 ， 到本工 作面采 动影 响后 ， 受 普
沿空掘巷支护技术研究与应用
煤 线 砂 质泥 岩 细 砂岩 粉 砂岩
５４ ：ｎ
１ ４ ． ５ ２ ４ ２ ６ ２ ５
＝４ ５ ａｍ ｒ
．
０ ． ４ ９ ３ ． ４ ４ ３ ６ ５ ５
１ ０ ． ３ ９ ２ ４ ． ７ ９ ７ ０ ６ ０ ． ０ ５
１ ２ ． ５ ． ７ ６
６ ５ ｘ ２ ． ５ ＝ 。 ６
．
ｍ
因 为 ～（ ‘ 故 第 ３层 不 是承 载 层
２ ． ５ ６ １ ５ １ ５
２ ０ ３ ０ ３ ５ ３ ５
层所能承 受的最大均布 载荷 ：
因 一（ 。 故 第 １层 不
第 ４层所释放 的形变压力：
… ＝０ ， １ ５ ４ 一
是承 载层
同理计算第 ２层，第 ２层所能承受的最大均布载荷：
【 关键词 】 孤 岛面 ； 岩 空掘巷 ；巷道 支护
１ 工 作 面 概 况
某矿 ８ ＃ 煤北一采 区 ７ ２ ３ ８孤 岛面工作面南北侧分别为 ７ ２ ４ ８（ ｗ ） 面采空区和 １ ７ ２ ２ ８面采空 区，轨顺沿 空掘巷保 护煤柱 ７ ｍ 。８煤属于 半暗 、半光亮型 ，煤厚介于 ２ ． ５ ４ ． ０ ｍ之 间，平均厚度为 ３ ． ０ ｍ ， 煤层倾角 ２ ０ 。 ５ Ｏ 。，平均 ３ ０ 。，且倾角浅部稍缓于深部 ， ８煤 顶板多为灰黑色泥岩 砂质泥岩，局部区域直接顶为灰 白色细砂岩， 老顶为中粒砂岩 。在初期 的掘进过程 中矿压 显现明显，巷道变形量 大，两帮移近量尤为明显 ，两帮移近最大为 ２ ９ ０ ｍ ｍ ／ ｄ ，稳定时两帮 累计移近量达 １ ． ０～ １ ． １ ｍ ，顶底板移近量在 ０ ． ７ ｍ左右 。为满足 安全生产需要和避 免再 次出现 ７ ２ １ ８ 工作面轨顺沿空掘巷因压力大 变形显著造成边掘边刷 的被动局面， 决定在 ７ ２ ３ ８轨顺引入强力锚杆 支护 。 ２ 沿空巷道支护技术难点 分析 根据 ７ ２ ３ ８轨顺采矿地质 条件分析 ，在 ７ ２ ３ ８轨顺采用锚梁网支 护 主 要存 在 以下 技 术 困 难 ： （ ｉ ）巷道顶板岩性相变较大，巷道外段为复合顶板 ，其中巷道 中部区域 伪顶厚度达 ２ ｍ以上，而这种泥 岩伪顶极易离层 冒落；
综放沿空掘巷合理位置研究
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ｌ ８
潘 二 军等
综放 沿空 掘 巷合理 位 置研究
２０ 第 ５ ０ ６年 期
／ 为 屈 服 区与 核 区界 面处 的 侧 压 系数 ，￣ａ１ ， ３ ／ｑ （ ３． 为 泊松 比 ； 为煤 体 与顶底 板 接触 面 的摩擦 角 ，
锚 杆无 着力 基础 ，锚 固力小 。不 能保持 煤柱 的稳 定 。 因此 。 柱必 须有 一个合 理 的宽度 ， 煤 既能 保证 巷道 支护体 载荷小 ， 又能保证 巷道 围岩完 整 ， 煤炭
成应 力 降低 区 ， 为沿 空掘 巷创造 了有 利条 件 。
可 能送 巷位置 有 ４种 ， 图 １ 如 所示 。 在采 空 区 边 缘不 留煤 柱 的沿空 送 巷ｆ 置 １： 内应 力 场 中 位 ）在 留小煤 柱 的沿空 送巷 ｆ 位置 ２ ： ）在外 应 力场 中的 中 煤 柱 护巷 ｆ 置 ３ ；在原 始应 力 区 的大煤 柱 护巷 位 ） （ 置 ４ 。从 煤 体 上 方 支 承压 力 分 布 规律 可 以看 位 ） 出， 在位 置 ３掘进 巷 道 ， 正处 于支 承 压力 高 峰 区 ，
新 分 布已趋稳 定 。 当右 边工作 面 采放后 。 由于煤层 采 放厚度 大 。 冒落矸 石 和剩余 浮煤 难 以充满 采空
区， 老顶 下沉并 在采 空 区边缘 发生 断裂 ． 煤体 上 的
顶板 弯 曲并 以一定 角度 向采空 区倾斜 ，侧 向支承 压 力 向煤体 内转 移 。 顶板弯 曲下沉 、 在 支承压 力转
降低区、 应力稳 定 区＿。沿空 掘 巷时间掌 握 的原则 ２ ］
是 ： 空区岩 层活 动 已经 终止 。 采 回采 引起 的应 力重
３ 煤 柱 宽 度 的 合 理 确 定
沿空掘巷施工应用分析
抗 压 强度 ， ｃ５ＭＰ ； 为煤 层 倾 角 ， ＝ Ｍ 为 煤 Ｒ ＝ ０ ａ ６； 层 厚度 ， ３ Ｈ 为开 采深 度 ， ＝ １ｍ。 Ｍ＝ ｍ； Ｈ Ｉ４ 根 据 以上参 数 可 以计 算 得 ：＝ ２１ Ｌ １．ｍ 为使沿倾斜支承压力峰值落在实体煤 内部 ， 巷
承压 力 的垂 直 应 力 分 布 向煤 体 深部 移 动 ， 般 向煤 一 体 深 部 移动 的距 离 约 为新 掘巷 道 的 宽度 。由于应 力
的重 新 分 布 ， 道 的顶 帮会 有 明显 的变 形 。 巷 １２ 留窄 煤柱 沿 空 掘 巷 ． 由上 图 留窄煤 柱沿 空 掘巷 应 力分 布可 知 ，依 据
南上 图可 以看 出完 全 沿 空 掘 巷 ， 空 区边 缘 煤 采 体 是 已卸 载 的松 驰 区 ， 煤体 深处 是 能 够 承 载 的塑 性 区 和 弹 性 区 ，所 以 沿 空 掘 巷 是 在 原 先 的松 驰 区 掘
进 。 在松 驰 区沿 空 掘 巷 又 破 坏 了原 来 平 衡 状 态 ， 支
式 中 ： 为煤 层 坚 固性 系 数 １ Ｒ ｆ ｎ ； ｅ为顶 板 岩石 单 向
煤、 岩性 质 和窄 煤柱 宽 度 的不 同 ， 直应 力 的 高峰 值 垂 也不同， 当窄 煤柱 宽度确 定不合 理 为 １ ２ ｍ 时 ， ５～ ０ 有 可 能使新 掘 的巷 道处 于原支 承压 力高 峰之下 ， 原来 的 松 驰 区为窄煤 柱宽 度 ， 而布 置 的掘 进 巷道则靠 近极 限
沉 和底板 膨起 。所 以 留窄煤柱 沿空 掘巷 ， 若煤 柱尺 寸 选 择不 当 ， 不仅 在掘 巷时 围岩 有 明显变 形 ， 时 由于 同 煤 柱破 坏 后处 于 塑性 蠕变 状 态 ， 道掘 进 后 ， 较 长 巷 在
综放沿空掘巷位置的分析
加 ， 而 使 工 作 面 前 方 巷 道 承 受 更 大 的支 承 压力 ， 从 小 煤 柱 产 生 剧 烈 破 坏 ， 道周 边 的 塑 性 区 、 碎 区 巷 破
的范 围进 一 步 扩大 。
护 技 术 的发 展 和应 用 ， 中厚 煤层 沿 空 掘巷 围 岩控 制 的技 术 已经 比较 成熟 Ｅ 。但 对 厚 煤 层 综放 开 采 ， １ 仍 普 遍 采 用 留设 大煤 柱 护 风巷 ， 这样 不 但造 成 资 源 的
从顶 板 岩 层运 动 角 度来 分 析 ， 回采 巷道 的变 形
为 简化 起见 ， 作 如 下 假定 ： 并
在 生 产 实践 中 ， 空 掘 巷有 沿 采 空 区边缘 掘 巷 沿 和 留 小煤 柱 掘巷 ， 留小 煤 柱掘 巷 时 ， 煤柱 越 宽 ， 当 小
（ ）将 老顶 视 为老顶 为 同性 连续 介 质 ， 单 一 １ 按
收 稿 日期 ：Ｏ ２ Ｏ — １ ２Ｏ 一 ２ ８
中 图分 类 号 ： ＴＤ３ ２ ２
文 献标 识 码 ： Ａ
文章 编 号 ：６１０３（０２０—０００ １７—９２２０）２０１—３
巷 道就 越 靠 近支 承 压力 峰值 。当本 工 作 面 采 动 ， 二
次 采 动 引 起 支 承 压 力 与 一 次 采 动 引起 支承 压力 叠约 束 条 件 既非 力学 上 的 严 格 固 支 、 其
也非简支状态 ， 因此 ， 把 沿 空 掘 巷 上 方 顶 板 简 化 可
０ ７ 内形 成 应 力 降 低 区 ， 沿 空 掘 巷 位 置 的 选 — ｍ） 为
关于矿井沿空巷道支护技术的应用研究
关于矿井沿空巷道支护技术的应用研究[摘要]：了提高煤炭回收率，在综放开采中沿空掘巷技术应用逐渐增多，而如何确定合理的沿空巷道位置，有效控制其围岩应力，并选择合理的支护方法与支护参数，已成为保障沿空巷道围岩稳定性的关键所在，也是目前巷道围岩控制及支护技术研究的热点。
本文深井沿空巷道的支护原则、巷道围岩主要控制方法及巷道锚杆支护技术等做了研究探讨，对同类工程具有一定的参考价值。
[关键词]：沿空巷道支护技术围岩中图分类号：tu94+2 文献标识码：tu 文章编号：1009-914x（2012）26- 0468 -01 1深井沿空巷道支护原则沿空巷道围岩比较松软，在采动影响下巷道围岩变形十分剧烈。
在使用金属支架时，顶底板相对移近量一般均在300～500mm，少则100—200mm.严重时超过l000mm。
巷道围岩变形量极大，其变形特点是（1）底鼓量很大，占顶底板移近量的比重高达70—80%（2）两帮移近量很大，可达顶底移近量的0.6 ～1.0倍。
巷道围岩进入软岩状态前，巷道支护应努力改变围岩属性，改善围岩受力状态，增强围岩岩石力学性质以提高岩石的软化临界载荷，保持围岩的硬岩变形特征。
巷道围岩进入软岩状态后，不可避免出现塑性区。
塑性区改变了围岩的应力分布，应力集中向深部转移。
深部岩石在三轴应力作用下、，其破坏可能性显著减小。
为了保持稳定塑性区，限制非稳定塑性区的扩展，深井沿空巷道支护应具有以下特点：1.1围压大小不仅对巷道围岩蠕变特性.有影响，而且对其自稳时间有显著影响。
围压小，蠕变加剧，自稳时间短围压大，蠕变程度降低，自稳时间长。
巷道支护应主动给围岩预紧力。
1.2理论分析和实践都说明，如果一次支护有足够的初撑力和支护阻力，有良好的让压性能和适当的让压限度，最好一次及时完成全部支护。
1.3围岩中的软弱夹层等结构面具有差异性变形的力学特点，必须通过支护方式或辅以注浆加固加以控制，才能出现均匀的塑性区。
2沿空巷道围岩主要控制方法沿空巷道围岩控制主主要从降低围岩应力、提高围岩强度以及合理选择支护方式来考虑。
沿空留巷技术应用研究
１ 沿 空留 巷 围岩 控 制 理论
隅角瓦斯超 限的问题 ， 使得被保护层得 以彻底保护 ， 支护容易也便 于维护。尤其是在此基础上 建立 Ｙ型通风方式 ， 将带来更大的社会 １ ． １ 沿空留巷顶板岩层 活动的分期性 。随着 回采工作面的推进 ， 工 经济效益 。 作面后方沿空留巷 的顶板活动 ， 可大体分为前期活动和后期活动两 此工作面具备实现沿空 留巷 的 自然条件 ， 采用无煤柱 护巷 技 个时期“ 煤层采出 ， 相当于挖出了煤层顶板岩层的支座 ， 导致 了顶板 术 ， 在抽 采本工作面采空区瓦斯 的同时抽 采相邻层面瓦斯及 卸压 岩层应力 的重新分布” 依据应力 （ 载荷 ） 重新分布的集硬效应 ， 岩层 瓦斯 ， 消除瓦斯安全隐患 ， 为安全 开采创造条件 ， 同时提高 矿井 煤 缓解接替紧张 ， 实现连续开采 。沿空 留巷将通过混 应力分布的特征是哪里支护刚度大 ，分布到哪里的载荷就越大 ， 此 炭资源 回收率 ， 留设充填体 隔离采 空 种结果使得在采空区上方顶板岩层 中产生卸载空间， 在采空 区边界 凝土输送泵泵送充填材料 至工作 面留巷处 ， 煤层顶板中形成加载空 间（ 支承压力空间 ） 研究表 明， 通过改变巷旁 区并与原巷内支护共 同承载形成巷道系统 。留巷巷道要在原支护 支护方案能够改变下位岩层的垮落位置 ， 进而改变整个垮落线的位 基础上加强支护强度 ， 以确保 留巷在 采动应力作用下 的稳 定。工 工 置， 这种特点是研究沿空留巷巷旁支护对 顶板岩层前期作用的重要 作面巷旁支护首先要选 择强度合 适的充填体材料并 进行计算 ， 程选用混凝土膏体材料 ， 巷道煤 帮到切顶线 的悬顶宽度 为留巷充 依据 。 保护下 ， 始终处于本区段采空区边缘支承压力相对较小 的低应力区 中， 又加之 ， 其上方赋存 的直 接顶厚度较大 ， 一般都远离大结构 ， 但 煤帮都较破碎 ， 故其在受到第二次采动影响之前 ， 巷道围岩的变形 主要 由软弱破碎围岩的蠕变而引起 并不影 响到其上覆大结构的稳 定 。沿空留巷在下区段工作面超前支承压力的影响下 ， 岩块 Ａ和岩 块 Ｂ将有一定 的回转下沉 ，进而改变 了工作面前方沿空留巷 大结
沿空安全掘进技术及运用分析——以1010机巷为例
沿空安全掘进技术及运用分析——以1010机巷为例摘要：为切实提高煤炭开采质量，做好煤炭资源的优化调配，对采空区问题进行有效的解决，全面提升煤炭开采与利用效率。
本文将以1010机巷为例，对沿空安全掘进技术及运用进行分析与研讨，本文首先对1010机巷进行简单综述，其次对沿空安全掘进施工进行简析，最后对沿空安全掘进技术的运用进行分析，以供参考与借鉴。
关键词：沿空安全掘进；1010机巷；运用引言：随着煤炭开采事业的不断发展与完善，我国煤炭开采深度也在随之不断的增加，为切实提高煤炭开采效率，降低开采成本。
借助安全合理的掘进技术对巷道进行掘进已然成为当前煤炭开采行业的重要工作内容。
1、工程概况分析为切实满足1010机巷沿空安全掘进施工建设要求，施工人员需要对1010机巷作业面进行机械化掘进施工，本次施工1010机巷作业面掘进总长度为2410m。
1010机巷设计为沿空送巷，在附近的1011采空区存在5m的煤柱，在巷道掘进的过程中，需要对机电设备以及频繁的安装与拆卸，同时沿空掘进区域需要穿过地质条件复杂区域，一些外部因素对沿空安全掘进施工建设造成一定的影响，需要施工技术人员注意。
本次掘进施工需要使用锚索、锚固剂、钢带、方木以及顶部锚杆等施工辅助工具，同时，锚杆需要对岩石层面尽肯能垂直，其角度不能高于15度，锚杆需要固定有力，施工人员需要使用风动扳手将其拧紧。
顶部锚杆的锚固力不能低于80KN，锚杆螺母扭力不能低于150N.m。
2、沿空安全掘进施工随着我国矿井开采深度的不断加大，矿井开采范围逐渐变得越来越广，对煤矿采掘技术的要求也越来越高。
沿空掘进作为一种新型的掘进方式，具有着较高的效率，在当前矿井生产过程中被广泛应用。
但是在沿空掘进过程中，存在着诸多的安全问题。
因此，为了更好地确保沿空掘进过程中的安全，必须要加强对沿空巷道掘进技术的研究与分析，结合矿井生产实际情况制定科学合理的安全保障措施[1]。
在煤矿开采过程中，由于受地质构造以及水文地质条件等因素的影响，经常会出现采空区。
窄煤柱沿空掘巷技术在赵庄二号井的应用
拟相结合的研究方法，确定了沿空掘巷窄煤柱的合
2 窄煤柱合理宽度理论计算
理宽度，提出了对应的支护方案，有效控制了沿空
护巷煤柱宽度是影响沿空留巷围岩稳定性的
掘巷围岩变形，为类似工程条件工作面采用窄煤柱
关键因素。上一工作面采动影响导致护巷煤柱一
沿空掘巷技术提供了一定的借鉴。
定宽度范围内塑性区发育，完整性降低。沿空巷道
荷等效上覆岩层重力，模型左右、前后边界固定法
向位移，底部为固定边界。2305 工作面采空区采用
一次性充填材料模拟垮落矸石。3#煤层及其顶底
板岩层物理力学参数如表 1 所示。
表1
岩石名称
砂质页岩
砂质泥岩
煤
泥岩
砂质砂岩
弹性模量
/GPa
11.06
0.27
摩擦角 黏结力 抗拉强度
/°
/MPa
/MPa
4.96
矿山工程，2019，48（4）:65-67.
［8］张汉昌 . 多级带式输送机远程集中控制系统设计
［J］. 煤矿机电，2019，40（4）:28-31.
耗，预计年可降低电费投入约 350 万元，取得较为显
（上接 16 页） 计算和数值模拟分析确定窄煤柱的合
计［J］. 山东煤炭科技，2020（4）:11-13.
［8］郭喜斌 . 孤岛综放工作面沿空掘巷煤柱合理宽度的
确定［J］. 山西能源学院学报，2020，33（4）:19-21.
［9］孟德健，秦广鹏，蒙江波，等 . 白芨沟煤矿区段煤柱内
沿空掘巷窄煤柱留设尺寸研究［J］. 中国矿业，2021，30（2）:
［J］. 山东煤炭科技，2020（7）:63-65，68.
测结果表明：2107 巷顶底板和两帮最大移近量分别