深煤层无煤柱沿空掘巷支护方案研究

深煤层无煤柱沿空掘巷支护方案研究

高翔

陕煤集团神南产业发展有限公司陕西榆林719000

摘要：阐述了无煤柱沿空巷道开采在我国应用的优越性，分析了无煤柱沿空巷道围岩变形破坏的发生、发展的特点，在此基础上着力分析深煤层无煤柱沿空开采的可行性、给出了支护设计方案。

关键词：深煤层；无煤柱开采；沿空巷道；支护设计

1.引言

煤炭在我国能源结构中占有主体地位，随着现代经济的高速发展，社会对煤炭的需求量也越来越大。根据全国煤炭预测结果显示，我国深埋在1000m~2000m之间的预测资源为3万亿吨，占全国预测资源的近50%，预计在未来年我国多数煤矿将进入至1000m~1500m的开采深度。随着矿井进入深部开采，巷道围岩的强度特征及地应力特征发生了很大变化：

垂直地应力呈线性增长，而水平应力则变得更加复杂；同时，围岩的强度有所提高，在高地应力作用下，岩石也由脆性转化延性。

沿空掘巷就是沿着已稳定的采空区边沿或者留小煤柱开掘回采巷道、布置工作面进行采煤的一种方法。该方法与传统的留区段煤柱方法相比，使采区采出率提高。无煤柱掘巷为完全沿空掘巷，即在上区段原废弃巷道位置下方开挖为下区段工作面服务的巷道。无煤柱掘巷可以最大限度地减少工作面“两巷”煤损，其位置处于悬臂平衡岩梁保护之下的免压区内，掘进、采放的人为扰动对巷道的影响很小，因而巷道受力、变形亦很小。在深煤层进行无煤柱开采对于资源的有效利用意义重大，其支护是面临的最主要问题。

2.无煤柱沿空掘巷开采的优越性

（1）无煤柱开釆可以减少自然发火：无煤柱幵采可以杜绝煤柱的自然发火；无煤柱开釆可以减少巷道高冒的自然发火；无煤柱开采虽有漏风现象，但一般不易引起采空区自然发火；

（2）无煤柱开采可以减少瓦斯涌出量：沿空掘巷可以减少瓦斯涌出量；上区段采空区的瓦斯一般不宜涌出；

（3）无煤柱开采便于通风管理：沿空掘进和无煤柱回釆时，瓦斯的涌出量均大大减少，很少超限，因此方便了通风管理；沿空巷道变形量小，易于维护，能保证回风巷道有一定的断面，有利于通风管理工作；

（4）无煤柱开采有利于回采工作面的顶板管理：生产实践证明，初次放顶容易发生重大事故。初次放顶是顶板管理中的一个重要问题。取消隔离煤柱布置切眼时，回采就无需木操、密集等特殊支架，去掉了初次放顶这个工序，保证了安全生产；

（5）无煤柱开采有利于巷道维护，保障了安全出口的可靠性：无煤柱开采的沿空巷道处于减压区，所以巷道易于维护很少发生顶板事故；

（6）无煤柱开采大大减少矿井冲击地压灾害，解决小煤柱的沿空掘巷易发冲击地压的难题；

（7）无煤柱开采完全消除了区段煤柱损失，最大限度提高煤炭资源回收率。

3.无煤柱沿空巷道围岩变形破坏分析

巷道开挖后，原有的应力平衡状态遭到了破坏，当围岩运动稳定后应力重新分布，会在巷道围岩内形成一个塑性区和弹性区。对巷道采取支护手段就是为了限制塑性区的发展。无煤柱沿空巷道与普通巷道不同，其一侧为釆空区，巷道围岩应力分布不均，因而支护困难，容易发生变形破坏。

无煤柱沿空巷道的围岩变形破坏特征主要有以下几个特点：（1）无煤柱沿空巷道易受采动影响，由于受工作面超前支承压力的影响，巷道围岩会产生较大变形，其变形量比普通实体煤巷道要大；（2）无煤柱沿空巷道易受各种压力影响，其矿压显现比较明显；（3）无煤柱沿空巷道沿采空区边沿掘进，巷道围岩稳定性差，其一侧为实体煤另一侧为采空区，巷道两侧受力不均，必须采用合理的支护形式来维护巷道的稳定。无煤柱沿空巷道破坏类型主要分为顶帮破坏型、底鼓破坏型和整体破坏型三种。顶帮破坏型主要是因巷道开挖过程中造成巷道围岩松动，破坏其整体结构，因而在支护过程中因注重加固巷道围岩使之重新形成整体，充分发挥巷道的自承能力。底鼓破坏性主要是巷道两侧应力向巷道底部转移，底板岩层较软弱即易发生底鼓，针对这种情况可以采取转移巷帮应力或打底板描杆铺索。整体破坏性是因巷道整体强度较差，一般发生在三软巷道。

4.无煤柱沿空巷道支护设计

（1）巷道主要采用U型棚架棚支护，U型钢搭接部分长度不少于500mm，卡缆间距为400mm，卡缆螺母扭紧力矩不低于150N.M，U型钢卡缆要保持在一条直线上，严禁使用单卡缆。

（2）背板为水泥背板或铁背板，背板间距为400mm，两端必须用木楔刹紧；背板沿巷道轴线方向前后交替布置成一条直线，且均匀布置，不得松动。空帮空顶部分采用老料或板皮呈“井”字型接顶背实。支棚间距为1000mm，腿窝深不少于200mm，并栽至硬底。遇软底时需穿规格为250mm*200mm*50mm的木鞋。

（3）巷道顶部有淋水时使用一片规格为5000mm*1100mm单层双抗布网；（无淋水时全断面使用金属菱形网）两帮铺设10#铁丝编制的金属菱形网，网片之间要对接的搭接长度不小于500mm，网与网之间采用长1000mm螺旋穿黃逐孔联牢。

（4）支架支设后要端正，两帮无扭斜，扭距不超过50mm，棚距合格，接口严密，卡子齐全，支架前倾后仰、扭距符合新质量标准化有关规定。

（5）为增加型棚的稳定性，迎头棚10m范围内，棚腿采用Φ20螺纹钢锚杆制作的联棚器联锁加固，联棚器设在底板以上1000mm处，沿巷道走向上下交错布置呈一条直线。采用描棚的方法固定U型棚。在每帮巷道底板以上1200mm的位置锚腿，锚杆锚固力不低于70KN。下帮煤体打设三根护帮铺杆护帮，锚杆间排距1000mm*1000mm，预紧力不低于150N.M。

5.结语

根据实测数据，无煤柱段顶底板移近量、两帮移近量较留小煤柱段明显减小，巷道支护改为型棚支护后能够起到有效控制巷道整体位移量变形，满足巷道支护设计要求；在巷道顶板下沉基本稳定后，顶底板移近量仍继续上升，底鼓量较大，应对巷道底板采取让压措施，对顶底板实施断顶断底，使顶板应力向煤层深部转移，另一方面要保证底角锚杆的支护质量，控制底鼓。

参考文献：

[1]尤春安.U型钢可缩性支架的缩动分析[J].煤炭学报，1994,19(3):270~277

[2]周俊帆.柔刚性型钢支架控制宁庄井软岩巷道变形应用研究[D].河南河南理工大学.2010

[3]柏建彪.沿空掘巷围岩控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006

作者简介：高翔，男，汉，（1983—）陕西子州人，现就职于陕煤集团神南产业发展有限公司，掘进中心主任，党支部书记，助理政工师，主要从事巷道掘进相关的生产和科研工作。