沿空送巷小煤柱的留设及应用

沿空留巷在煤矿开采中的应用摘要：作为煤矿开采中一项重要的采矿技术，它能有效地提高矿井的生产效率。

但是，在实际操作过程中，制约企业生产效率的因素还很多。

因此，通过对沿空留巷工艺及其在矿井中的应用进行了优化研究，以保证矿井的安全、高效生产。

关键词：沿空留巷；煤矿开采；应用引言在煤矿开采过程中，施工工艺和技术始终是煤炭生产发展的主要驱动力。

只有全面提升施工工艺，才能充分挖掘矿井的改革发展潜能。

目前，沿空留巷已经在很多矿山项目中得到了广泛的应用。

相对于传统的开采方式，本研究提出了一种新的采煤工艺，它能保证煤矿开采的整体性、合理性，保证了煤矿开采的安全性，从而提高了煤炭开采的质量与效率。

为企业创造更多的经济效益与发展空间。

虽然这种方法具有很多优势，但是在实践中还存在着很多的问题。

矿井要继续对沿空留巷技术进行优化与完善，扩大其在矿井中的应用，才能更好地推进矿井的生产。

一、沿空留巷技术概念及应用实际意义1 .基于沿空留巷的技术思想，在满足一定条件下，将采区底板布置在采场巷道的边界上，从而达到对储备煤柱的高效开采。

总体而言，采用水平巷对采空区进行超前支护，是保证上一回采区安全高效运行的重要手段。

在矿井中合理地应用露天矿的采矿工艺，对提高矿井的生产效率和降低矿井的经济损失具有重要意义。

该方法是一种新型的采煤方法，其在采煤工艺方面有其独特的优越性。

随着我国石油化工行业的发展，我国石油化工行业的发展与应用也将越来越广泛。

但是，这一系统存在着一定的不足之处，给煤矿的生产带来了不利的影响。

比如，上覆岩层的移动及左侧采矿区的开采，都会对上一回采区的矿压产生一定的影响。

因此，在采空区治理中，要充分发挥采空区的技术优势，充分发挥侧向支护技术的作用，充分发挥其生产能力。

尤其在煤矿井下还有大量煤的情况下，必须加强支护体系的密封性，以防漏失而发生事故[1]。

1.沿空留巷技术应用的实际意义煤炭是我国重要的能源资源，占比超过75%，而矿井中存在着煤尘、瓦斯、水和火灾等安全隐患，容易引发重大安全事故，如瓦斯爆炸，煤尘爆炸，洪水，火灾，坍塌等致人死亡与意外。

同煤集团小煤柱留设技术单个工作面经济效益上亿元正在开采的8101小煤柱工作面。

大煤柱巷道围岩控制效果小煤柱巷道围岩控制效果大煤柱超前段巷道状况小煤柱超前段巷道状况同煤集团在国内首次研究应用特厚煤层综放工作面小煤柱留设技术，相比大煤柱工作面，在相同走向长度内，每回采一个小煤柱工作面产生经济效益上亿元在特厚煤层开采中，随着开采不断延伸，采空区悬顶面积不断增大，支承应力向矿井深部转移，传统煤柱留设的位置恰好处在高应力区域，导致巷道变形严重，局部地段的变形严重影响安全生产。

这意味着煤矿不得不放弃在回采初期留设的大煤柱，进而损失大量煤炭资源。

不过，山西大同煤矿集团研发的小煤柱留设技术让这一问题得到解决。

“同煤集团塔山煤矿8204工作面特厚煤层小煤柱留设技术试验项目是我们集团‘十二五’收官之年的一个重点科研项目。

本次试验将该工作面原来的38米宽的大煤柱缩到6米，剩下30多米的煤柱全部可以采出。

”塔山煤矿公司董事长宣宏斌说，“对于我们集团来说，小煤柱留设技术应用带来的经济效益和社会效益是不可估量的。

”小煤柱开采好处多塔山煤矿年设计生产能力1500万吨，可采储量30亿吨，于2003年2月开工建设，2008年12月正式通过验收，是同煤集团第一个进入石炭二叠系特厚煤层回采的特大型矿井，也是世界上最大的单井口井工矿井。

“行业内将3米到8米的煤柱统称为小煤柱。

小煤柱留设技术就是把工作面的回风顺槽布置在采空区的边缘，通过数值模拟及试验分析，布置小煤柱。

这样不仅维护巷道简单了，还能有效降低支护成本，保证安全回采。

”塔山煤矿总工程师匡铁军介绍说，“以前很长一段时间内，同煤集团各煤矿大部分留了38米的大煤柱，估算每1000米煤柱损失煤炭资源达50万吨至100万吨。

”2015年6月，同煤集团在塔山煤矿试验性地运用小煤柱留设技术，并于同年11月成功完成了8204工作面的回采工作，共计多回收煤炭资源68万吨。

2016年11月，该集团开始在总结前期小煤柱回采成功经验的基础上，继续在塔山煤矿深入研究小煤柱留设技术。

1 煤矿开采沿空留巷技术相关概述在现阶段的煤矿开采巷道支护领域中，沿空留巷技术当属较为先进的一种，被广泛应用于煤矿巷道的无煤柱开采过程中。

沿空留巷技术的应用指的是在巷道支护以顺着采空区域边缘的方式采用保留原有巷道的支护方式，并且在采煤工作面上采用相应技术沿着采空区域边缘来对回采巷道进行维护。

沿空留巷技术在应用过程中，现实对传统采矿中的保安煤柱进行回收，接着是重新支护上个区段巷道，以为下个区段使用，尽量实现对资源的回收利用，避免出现较大煤体损耗。

沿空留巷技术在煤矿开采过程中有着重要利用价值，因此，国内国外对这一技术的应用研究都较为重视，并且应用水平越来越成熟。

2 煤矿开采沿空留巷技术应用主要问题2.1 缺乏先进的支架技术传统的煤矿开采工艺中，一般会采用支架保护技术对井下巷道进行加固维稳，为采煤作业顺利开展提供保障。

但是，这种支架保护形式对于浅矿井开采的适用性不佳，矿井深度不足极易使支架受力过大。

而若是矿井埋藏过深也会使得支架可靠性、安全性大幅降低。

矿井的规模越大，其需要的支架数量也就越大，因此，在大规模矿井开采过程中，支架保护技术的应用安全性会受到较大影响。

除此之外，在科技水平不断提升进步的推动作用下，传统支架保护技术应用问题越来越多，如施工量大、施工类型复杂等，难以充分满足现阶段的采煤要求。

2.2 煤矸石堆法开采效率不高较低的生产成本、较为简单的操作方式等是煤矸石堆法的显著优势，也因此使得这一方法在矿井顶板支撑中得到较为广泛的应用。

然而在煤矿矿井中煤矸石的隔离可靠性相对不足，在采煤过程中顶板下沉现象较为常见，难以充分保障采煤安全，对采煤效率与采煤质量造成较大影响。

除此之外，煤矸石堆法缺乏一定的先进性，在实际应用过程中会对人力、物力造成较大消耗，严重影响了我国煤矿开采的稳定、有序发展。

2.3 砌墙法支护效果较差在进行煤矿开采过程中，许多煤矿企业采用预制块砌墙的支护方式来弥补矿井隔离中煤矸石堆法和密集支架存在的不足。

沿空掘巷区段煤柱尺寸留设研究摘要：针对某矿1726工作面回采期间巷道变形量大，矿压显现剧烈等问题，采用理论分析与FALC3D对不同煤柱尺寸应力场分布规律进行了研究，得出了1726面与1728工作面区段煤柱的合理尺寸，为矿井煤层开采沿空掘巷窄小煤柱合理留设提供了理论和数据支持。

关键词：沿空掘巷区段煤柱合理尺寸煤柱留设一直是煤矿中传统的护巷方法，为使下区段平巷避开固定支承压力峰值区，在上区段运输平巷和下区段回风平巷之间留设一定宽度的煤柱，是传统的留煤柱护巷方法.大量实践表明，煤柱尺寸的大小关系到回采巷道受动压破坏的程度。

合理的煤柱尺寸不仅减小巷道的变形，而且可以减小巷道维护工程量，同时还可以节约煤炭资源。

国内外学者对煤柱合理尺寸确定的方法进行了很多研究，主要集中在：1）通过运用经验公式结合矿山压力特点，对煤柱合理的尺寸留设煤柱尺寸的方进行研究；2）运用现场实测煤柱支承压力分布规律确定区段煤柱合理宽度；3）根据煤岩体的极限平衡理论，推导出护巷煤柱保持稳定状态时的宽度计算公式4）用有限元计算软件对煤柱护巷的围岩变形进行计算分析，确定煤柱合理尺寸；5）从采用极限平衡理论和弹塑性力学手段估算推导煤柱塑性区宽度的公式。

本文以某矿1726工作面与1728工作面沿空掘巷区段煤柱为研究对象采用数值模拟与理论分析得出区段合理煤柱尺寸。

1工作面概况某矿1728工作面上方地表位于井田北部，工业广场东南侧约600m 。

该工作面为36采区第3个回采工作面，上部为正在回采的1726工作面，下部为17210工作面（正在准备）该工作面采用走向长壁后退式开采方法，一次采全高综采开采工艺。

该工作面回风顺槽与上区段1726工作面间的区段煤柱宽度为5m。

两巷在工作面回采过程中，变形量非常大，给回采和巷道维护工作带来很大困难。

2沿空掘巷煤柱理论分析地下工程的开挖，煤柱周边就会出现不同程度的塑性破坏。

对于区段平巷的护巷煤柱，采空区侧和回采巷道在煤柱两侧分别形成一个宽度为R0与R的塑性变形区，当煤柱两侧形成的塑性区宽度R0与R之和大于煤柱宽度B时，也就是煤柱两侧形成的塑性区相贯通时，煤柱将失稳并发生破坏。

煤矿开采中沿空留巷技术的应用沿空留巷技术能够使无煤柱护巷实现，属于采掘煤矿技术的一个大变革。

煤矿开采中沿空留巷技术的应用，不但可以提升回采效率、科学地开发煤炭资源、减少掘进巷道工作量、解决采掘接替之前存在的矛盾，而且能够实现采煤技术的创新。

标签：煤矿；开采；沿空留巷；应用0 引言在开采煤矿的过程中，应用沿空留巷技术可以借助支护技术对固有的巷道进行保留，进而保障运输巷的稳定和安全，从而确保下一个采面的顺利开采与回风。

所谓的沿空留巷是指应用支护技术支撑固有的顺槽位置，进而确保采空区不会出现塌陷的情况。

科学地应用沿空留巷技术能够使采掘煤矿过程当中出现的浪费情况减少，并且实现煤矿开采效率的大大提升。

1 煤矿开采中支护技术的应用现状1.1 支架技术不够先进在之前非常长的一段时期之内，为了使煤矿开采过程中回采工作面缺少煤柱采煤的情况解决，常常借助一般的支架方式来支撑煤矿的沿空留巷。

如此的支架方式实现了相应的成效，可以从某种程度上确保煤矿采掘过程当中的安全性，其被沿用到今天，我国不少的煤矿企业都应用如此的支架技术。

在不断发展的煤矿事业影响下，一般的支架方式业已难以适应开采煤矿的要求，特别是在开采一部分规模较大的煤矿的情况下，因为受到瓦斯含量高、开采煤矿困难、地质环境复杂等要素的制约，类别较多的一般的支架技术不但要求较大的施工量，而且难以实现理想的施工成效。

这样，滞后的支架技术较难适应开采煤矿的实际要求。

1.2 支护技术缺少可靠性和安全性当前时期，我国绝大多数的煤矿企业在开采煤矿的时候应用巷帮充填体支护的矿井巷道支护技术，如此的支护技术的特点是可以实现支护范围的扩大化，然而，应用的支护性材料大都是低强度，较难有效地支撑煤矿矿井顶板，进而难以保证开采煤矿过程中的可靠性和安全性。

1.3 开采煤矿的效率不高受到之前滞后发展的煤矿经济与社会经济的制约，一部分煤矿企业在处理顶板支撑这个问题的时候，都会借助煤矸石堆垛技术，如此的技术的特点是成本小、便于操作。

2021年第1期煤矿支护19天$♦■振华杯参评论文®兩沿空留卷鈦术4、祈氡在鲁函嫖矿裘用嗡孑蚵究李彦启(山东里能鲁西矿业有限公司，山东济宁272000)摘要沿空留巷顾名思义是采煤工作面后沿采空区边缘维护原回采巷道。

为了回 收传统采矿方式中留设的保护煤柱。

采用一定的技术手段将上一区段的顺槽重新支 护留给下一个区段使用。

这种留巷的做法是沿着采空区边缘在原顺槽位置保留故称 为沿空留巷。

沿空留巷可以最大限度回收资源，避免煤体损失。

关键词沿空留巷；优缺点；应用前景1引言推行无煤柱开采，不仅对生产矿井技术 改造、缓和采掘关系和延长矿井寿命具有现 实意义，而且也是使煤炭企业改善安全条件 和技术经济指标，增产、增效减亏的主要途 径之一。

根据我国的实践经验和当前的技术 水平，目前推行的无煤柱开采护巷分为沿空 留巷、沿空掘巷、跨采和预采无煤柱护巷以 及在采空区内形成巷道四种形式，其中沿空 留巷这种无煤柱护巷方式如果实施技术方案 合理的话在技术和经济上有更多优越性.具有广泛意义因而对于条件合适的矿井都应当 优先采用。

2沿空留巷的方式及其优缺点2.1 小煤柱沿空留巷小煤柱沿空留巷即区段之间留设3〜5m 的煤柱护巷，通过施工小出口的方式，形成 通风、辅助运输、行人安全出口，留设下一 区段的一条巷道。

2. 1. 1优点①施工速度快，减少了对工作面生产的 影响，保障了工作面的正常推进②区段间采用小煤柱布置，顺槽刚好避 开了外应力场集中的位置，巷道压力小，变形小，有利于支护。

另外，小煤柱布置能适应所有顶板条件，也解决了沿空留巷遇到顶板破碎管理难度大的问题。

③区段间采用小煤柱后，对上下临近煤 层的煤与瓦斯突出治理工作将大为降低。

2. 1.2 缺点①区段间采用小煤柱封闭采空区不方便，效果比整体混凝土墙体差。

②区段间采用小煤柱留巷后留出口存在 向采空区侧漏风现象，容易出现采空区积水和瓦斯的涌出。

③区段间采用小煤柱留设顺槽虽然巷道 处于原岩应力区，比较容易维护，但煤柱损失比较大。

沿空留巷技术在煤矿开采中的应用摘要：随着技术的进步与社会生产力的提升，煤矿开采行业中的技术手段不断增加，而为了有效降低煤炭损失，提高煤炭资源的回收率，沿空留巷技术一直得到了有效应用。

文章对沿空留巷技术的概念与应用价值进行了分析，并重点分析了该技术在煤矿开采中的应用要点。

关键词：沿空留巷技术；煤矿开采；技术应用1.沿空留巷技术概念分析在煤矿开采中，沿空留巷技术较为常用，并且具有关键的作用，可以最大限度地回收煤炭资源，减少煤体的损失。

并且在沿空留巷技术的应用中，采煤工作面后方的采空区可以设置支撑体，能够将原来的进风巷保留下来，为下一个工作面提供回风通道。

这不仅可以提高空间利用率，也能够保障煤矿开采作业的安全性，推动煤矿业的稳定发展。

沿空留巷技术的应用历史可以追溯到上世纪60年代，一些西方国家通过采用前进式与后退式的工作面沿空留巷技术，使得无煤柱开采方式得到推广与应用。

这一技术在国内也得到了广泛性的应用与深入研究。

在沿空留巷技术的实施中，工程人员采用了多种支护与隔离方法，可以有效地支撑巷道，隔绝采空区中的垮落矸石，实现煤矿资源的有效回收与安全生产[1]。

2.沿空留巷技术在煤矿开采中的应用价值沿空留巷技术在煤矿开采中的应用具有重要的价值与意义，具体可以从以下几个方面分析：2.1有助于提高资源的回收率在煤矿开采中使用沿空留巷技术时，可以回收传统采矿方式中留存的保护煤柱，从而可以提高煤炭资源的回收率，避免煤炭资源的浪费。

2.2有助于节约成本沿空留巷技术在使用中可以将原来的进风巷保留下来，直接作为下一个工作面的回风巷使用，有助于节省一条巷道的掘进，节约大量的人力、物力和时间成本。

2.3有助于提高矿井寿命和生产效率沿空留巷技术的应用可以减少巷道的掘进量，从而降低巷道维护费用。

沿空留巷技术的应用也可以延长矿井的使用寿命，提高煤炭资源利用率，保障煤炭企业的效益和社会效益。

不仅如此，这一技术的使用可以提高煤炭资源的利用率，使煤炭资源得到合理开采，有助于提高矿井的生产效率。

沿空留巷技术研究与应用摘要：目前，综采已经成为煤炭开采的主要工艺，其具有安全高效的优点。

综采工艺的应用使得工作面的产量得到了明显提升，但是也遇到了问题。

由于综采工作面的回采速度越来越快，对煤矿掘进工作面的作业效率提出了较高的要求。

过去，工作面掘进时多采用双巷掘进法，即同时掘进2条巷道，掘进的工作量非常大，这极大地限制了工作面的准备速度。

鉴于此，特提出了沿空留巷技术，即将上个工作面的回风巷保留下来作为下个工作面的运输巷，少掘进1条巷道，减少了掘进的工作量。

与此同时，应用沿空留巷技术还减少了双巷掘进中煤柱的数量，提高了综采工作面的资源回采率。

这项技术有广阔的应用前景，但是还存在许多问题亟待解决。

本文围绕沿空留巷技术存在的问题以及相应的解决方法进行阐述。

关键词：沿空留巷；技术研究；沿空留巷技术引言在煤矿井下生产作业的过程中，运用沿空留巷技术不仅能够大幅缩减巷道掘进作业量，减少保护煤柱留设量，提高矿井煤炭资源的采出率，还能够有效解决上隅角存在的瓦斯聚集现象，规避采空区自然发火，提升矿井作业安全。

有鉴于此，针对矿井井下生产实际设计具有良好针对性的沿空留巷技术，为矿井生产综合效益的提升提供坚实保障，而且对矿井的长久发展意义重大。

1留巷技术概况自从1960年以来，中国包括当时世界其他主要采煤大国为了增加矿井的综合经济收益，都采取了少挖坑道和增加生产的连续性等一系列办法，采用往复式“Z”形来开采地下矿井中的煤矿，留出前进式和后退式两种工作面沿空留巷，实现真正意义上的无煤柱开采，大大增加了人们对天然煤矿资源的利用率。

这种沿空留巷技术在全世界范围内开始推广，其中做的最好的国家是前苏联、德国、波兰和英国等一些西方国家，他们这些国家在能源开采方面的重视程度非常之高，非常能够钻研怎样才能更好的利用这种一次性的煤矿资源，珍惜大自然的馈赠。

加上他们这些国家实力雄厚，又是老牌的工业强国，科技水平较之中国要高出不少，因而在煤炭开采的前沿技术上遥遥领先于全世界。

沿空留巷技术在煤矿开采中的应用摘要：随着煤炭资源的不断枯竭和环境保护的要求不断提高，煤矿开采面临着新的挑战和机遇。

传统的采矿方法已经不能满足现代煤矿开采的需求，因此需要寻找新的技术和方法来提高采矿效率和资源利用率。

沿空留巷技术作为一种新型的采矿方法，具有很大的潜力和应用前景。

本文旨在探讨沿空留巷技术在煤矿开采中的应用。

随着煤矿开采的深度增加，传统的采矿方法面临着越来越多的困难和挑战。

而沿空留巷技术作为一种新兴的采矿方法，具有很大的潜力和应用前景。

本文通过文献研究和分析，总结了沿空留巷技术在煤矿开采中的特点、优势以及应用效果，为相关领域的实践提供有益的参考和指导。

关键词：沿空留巷技术；煤矿开采；应用；特点；优势引言传统的煤矿开采方法通常涉及对地下煤矿进行大规模的掘进和破坏，这可能导致地表沉降、建筑物损害、环境污染等问题。

此外，矿井事故时有发生，对于矿工的生命安全构成威胁。

随着对环境影响和可持续发展的关注不断增加，煤矿行业迫切需要一种能够最小化对周围环境影响的开采技术。

与此同时，提高煤矿资源的有效开采利用也成为一个重要目标。

为了应对传统煤矿开采带来的问题，需要寻找一种既能够确保开采效率，又能够最大程度减少对环境和地表建筑的影响的新型开采技术。

沿空留巷技术的提出正是在这一背景下，为煤矿开采带来了新的解决思路。

本文将通过对沿空留巷技术在煤矿开采中的应用进行深入研究，以期为相关领域的实践提供有益的参考和指导。

一、沿空留巷技术的概念与原理（一）概念解析当谈及沿空留巷技术时，可以理解为一种地下矿井开采技术，旨在确保矿井开采过程中地表和地下结构的稳定性，减少地表沉降和地下巷道失稳的风险。

这项技术的核心概念在于通过合理的支护和加固措施，在矿井开采过程中保留一定的空间或结构，以减少地表塌陷或地下巷道塌陷的可能性。

（二）原理阐述在沿空留巷技术的原理方面，其主要侧重于以下几个关键点：首先，结构稳定性考量。

沿空留巷技术在设计和实施时要考虑地下岩层的稳定性和承载能力。

收稿日期:2022 06 12基金项目:内蒙古自治区高等学校科学研究资助项目(NJZY21387)作者简介:陈㊀飞(1988-),男,山西原平人,工程师,从事煤矿开采技术工作㊂doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.02.006孤岛工作面沿空掘巷小煤柱留设及围岩控制技术研究陈㊀飞(山西焦煤霍州煤电隆博煤业有限公司,山西临汾㊀042100)摘㊀要:为了充分提高煤炭资源回收率,保证沿空留巷围岩稳定性㊂文章以2106孤岛工作面沿空掘巷小煤柱护巷及围岩控制为背景,采用FLAC 数值模拟㊁现场实测等方法,确定了2106工作面轨道巷留设8m小煤柱护巷技术,并针对开采技术条件提出了合理的支护方案,经现场实测,采用8m 小煤柱以及与之相适应的支护方案后,巷道围岩变形量控制在较小范围,支护系统能充分发挥作用,完全能够保障巷道的整体稳定性㊂关键词:孤岛工作面;沿空掘巷;小煤柱;巷道支护中图分类号:TD822.3㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1005 2798(2023)02 0025 04Study on Small Coal Pillar Setting and Surrounding Rock Control Technology of Gob -side Entry Driving in Isolated Island Working FaceCHEN Fei(Shanxi Coke Huozhou Coal Power &Longbo Mining Industry Co.,Ltd.,Linfen ㊀042100,China )Abstract :In order to fully improve the recovery rate of coal resources and ensure the stability of surrounding rock of gob -side entry re-taining.Based on the gob -side entry protection with small coal pillar and surrounding rock control of 2106isolated island working face,the technology of 8m small coal pillar protection in track entry of 2106working face is determined by FLAC numerical simulation and field measurement,according to the technical conditions of mining,a reasonable supporting scheme is put forward.After field measure-ment,the deformation of the surrounding rock is controlled in a small range by using 8m small coal pillar and supporting scheme,the support system can fully play its role,and can fully guarantee the overall stability of the roadway.Key words :isolated island working face;gob -side entry drining;small coal pillar;roadway support㊀㊀近年来,越来越多的矿区开始使用小煤柱护巷技术,在提高煤炭资源回采率的同时也带来了一些新的问题,其中最为突出的是煤柱留设宽度的确定和小煤柱巷道围岩稳定性问题[1-3]㊂煤柱留设尺寸太小,会导致巷道围岩出现大变化,增加巷道维护成本[4-5]㊂因此,只有将煤柱留设尺寸与巷道支护有机地结合起来,才能保证小煤柱巷道围岩稳定㊂国内外学者对沿空留巷小煤柱护巷技术也进行了大量的研究,李洪彪等[6]针对大埋深 三软 孤岛工作面沿空掘巷小煤柱巷道支护难题,提出了掘进和回采期间不同的支护方案,有效地降低了巷道围岩变形㊂李俊星[7]对近距离煤层沿空掘巷煤柱合理留设宽度进行了研究,提出了回采期间采用水力预裂技术卸压,有效地保证了巷道围岩稳定性㊂张鹏鹏等[8]基于采空侧基本顶断裂力学模型及围岩极限平衡理论,确定了综放开采沿空掘巷小煤柱宽度范围㊂由于煤矿地质条件的复杂性,不同的地质条件,煤柱留设宽度会出现不同情况㊂文章以某矿2106孤岛工作面沿空掘巷小煤柱留设为背景,运用FLAC 数值模拟软件对不同煤柱宽度条件下巷道围岩稳定性及应力分布特征,确定合理的小煤柱宽度,并根据实际开采技术条件,确定科学的支护方案,保证矿井安全生产㊂521㊀工程概况㊀㊀某煤矿主采2号煤层,该煤种主要为特低灰-中灰㊁特低硫-中硫㊁中热值-特高热值的焦煤,是国内稀缺的优质煤炭资源㊂经过多年的开采已经接近枯竭,因此决定在开采剩余资源中采用小煤柱护巷技术以提高资源回收率㊂2号煤层全层厚度2.2~3.8m,平均3.10m,煤层倾角3~5ʎ,2号煤层顶板以泥岩㊁细砂岩为主,粉砂岩次之,底板以泥岩㊁细砂岩为主,砂质泥岩次之㊂2106为孤岛工作面,工作面长度为167m,有效推进长度为1360m.决定在该工作面回采巷道采用小煤柱护巷以进一步提高资源回收率㊂2106轨道巷为大巷回收工作面留设小煤柱沿空掘进巷道,断面形式均为矩形,巷道宽为4.5m,巷道高为3.1m.工作面巷道布置示意如图1所示㊂图1㊀2106工作面巷道布置示意2㊀小煤柱宽度合理尺寸的确定2.1㊀模型的建立为了研究不同煤柱宽度下2106工作面沿空掘巷围岩屈服破坏及受力特征,利用FLAC 数值模拟软件建立了数值模型㊂模型尺寸X ˑY ˑZ =260m ˑ180m ˑ86m,模型四周边界施加位移约束,按均布载荷施加在模型边界㊂分别模拟2106工作面回采过程中,煤柱宽度为4m㊁6m㊁8m㊁10m㊁15m 和20m 情况下,分析沿空巷道围岩屈服破坏及受力特征㊂2.2㊀数值模拟结果分析图2为不同煤柱宽度情况下,沿空巷道屈服破坏特征㊂从图中可以看出,随着煤柱宽度的增加,沿空巷道屈服破坏逐渐增加㊂煤柱宽度为4m 和6m 时,明显看出巷道顶板及煤柱帮屈服破坏严重,此时的煤柱承载能力低,受工作面回采的影响,随时面临煤柱失稳的情况㊂当煤柱宽度增加到8m 时,巷道屈服破坏特征明显有所好转,顶板深处破坏基本消失,煤柱帮部破坏也控制在较小的范围内,此时的煤柱宽度已经具备了一定的承载能力,配合合理的支护措施,完全可以保证巷道围岩稳定性㊂当巷道宽度继续增加时,虽然巷道整体屈服破坏有所缓解,但是从提高资源回采率方面来说,8m 煤柱更加合适㊂图2㊀不同煤柱宽度下巷道煤柱帮屈服破坏特征图图3为不同煤柱宽度煤柱内部垂直应力峰值特征,对于煤柱而言,峰值越大越不利于煤柱稳定性㊂煤柱宽度为4m 时,垂直应力峰值为24.2MPa;煤柱宽度为6m 时,垂直应力峰值为25.6MPa;煤柱宽度为8m 时,垂直应力峰值为20.8MPa;煤柱宽度为10m 时,垂直应力峰值为27.2MPa;煤柱宽度为15m 时,垂直应力峰值为29.3MPa;煤柱宽度为20m 时,垂直应力峰值为30.1MPa;显然煤柱宽度为8m 时,有利于煤柱稳定性㊂62图3㊀不同煤柱宽度煤柱内部垂直应力峰值特征图综上所述,考虑在保证巷道围岩控制及煤柱稳定性前提下,最大限度地提高资源回收率,根据数值模拟结果,2106工作面沿空掘巷小煤柱留设宽度应取8m为宜,该结果与理论计算相同㊂3㊀巷道围岩控制技术3.1㊀影响巷道支护因素分析根据2106孤岛工作面轨道巷实际开采技术条件分析,影响巷道支护主要因素为:1)㊀沿空巷道处于非等压应力环境,巷道两帮受到侧向应力无法达到平衡㊂由于轨道巷属于沿空小煤柱掘巷,巷道一帮为实体煤层,另外一帮则是小煤柱,在巷道掘进过程中两帮受力不平衡㊁不对称,巷道处于复杂的应力状态,顶板锚杆㊁锚索会受到强烈的剪切破坏,导致巷道围岩稳定环境变差㊂2)㊀轨道巷位置煤层由于相邻工作面回采的影响,煤体内部受到损伤破坏,产生较多的裂隙,在轨道巷掘进过程中,裂隙会进一步扩展㊁延伸,导致巷道煤帮成型差,稳定性差,甚至巷道局部出现超宽现象,不利于巷道维护㊂3)㊀孤岛工作面影响㊂由于临近孤岛工作面回采完毕后会在煤柱内部集聚较大能量的侧向应力,当巷道掘进开始后,侧向应力快速释放,会导致巷道发生严重的变形破坏㊂3.2㊀巷道支护技术根据影响2106轨道巷支护因素分析,在留设小煤柱条件下,在巷道支护设计时应采取以下对策: 1)㊀巷道顶板采用全长锚固形式㊂为了应对巷道不对称受力导致顶板支护锚杆产生不对称支护,在巷道支护设计时,顶板锚杆应采用全长锚固支护形式㊂2)㊀巷道两帮采用非对称支护㊂为了缓解巷道非对称应力环境,避免煤柱帮发生强烈位移,巷道两帮支护设计时应采用非对称支护形式,实体煤帮锚杆采用玻璃钢支护,煤柱帮应采用金属螺纹钢锚杆支护,且间排距要较实体煤帮更加密集㊂3)㊀顶帮锚杆采用整体组合支护㊂将顶板㊁巷帮锚杆通过钢带和金属网形成一个整体支护结构,不仅可以缓解不对称应力对于巷道围岩影响,而且有利于控制巷帮变形,掘进过程中易成型,提高巷道整体稳定性㊂3.3㊀巷道支护方案根据2106轨道巷开采技术,在对影响巷道支护因素及支护对策分析的基础上,运用巷道围岩支护理论对巷道支护方案进行了设计,如图4所示㊂图4㊀轨道巷支护设计图(mm)具体参数如下:1)㊀顶锚杆:采用HRB335左旋无纵筋螺纹钢锚杆,规格为D22mmˑL2400mm.每排布置6根,由中间向两边均匀布置,锚杆间距为800mm,排距为800mm,靠近两帮的锚杆与帮的距离为250mm.靠近两帮的顶锚杆与顶板垂直方向向外呈10ʎ夹角㊂2)㊀帮锚杆:煤柱帮锚杆采用HRB335左旋无纵筋螺纹钢锚杆,规格为D20mmˑL2400mm,布置5根,间排距为600mmˑ800mm,要求与所在部位巷道轮廓线垂直布置,靠近顶板的锚杆距顶板250mm 呈10ʎ仰角布置,靠近底板的锚杆距底板450mm呈10ʎ俯角布置㊂实体煤帮锚杆采用玻璃钢锚杆,规格为D20mmˑL2400mm,布置4根,间排距为800mmˑ800mm,要求与所在部位巷道轮廓线垂直布置,靠近顶板的锚杆距顶板250mm呈10ʎ仰角布置,靠近底板的锚杆距底板450mm呈10ʎ俯角布置㊂3)㊀锚索:采用D17.8mm的低松弛预应力左旋钢绞线,长度为6300mm.锚索打设与顶板方向垂直,锚索布置在两排钢带梁中间,布置形式为五花型呈三二三布置,排距为1600mm,3根间距为1200mm,2根间距为1600mm.724)㊀经纬网:顶帮均采用5mm钢筋焊接而成,网孔为100mmˑ100mm,经纬网规格为L2800mmˑB1000mm,顶部采用2张经纬网对接,中部搭接100mm,帮部预留400mm,帮部采用1张经纬网进行搭接㊂同1排内金属网搭接采用双股16号铁丝,按间距200mm连接,连接扣必须拧紧,且连接扣不小于3匝,网茬必须统一转向煤帮㊂5)㊀钢带梁:顶钢带均采用W型钢带专用材料,按照锚杆间距通过截割㊁打孔等工序加工制作而成,其中,顶钢带规格为L4300mmˑB200mmˑH3mm,帮采用A3圆钢加工焊接而成,规格为L2800mmˑB55mm.顶帮钢梁必须托压住网,搭接齐整㊂4㊀工程验证为了验证2106工作面沿空掘巷8m小煤柱留设以及支护方案的合理性,特在2106工作面沿空掘巷进行工业试验㊂现场采用 十字布点法 监测巷道表面位移,选用锚杆测力计监测顶锚杆以及煤柱帮锚杆受力情况,监测结果如图5和图6所示㊂图5㊀巷道围岩移近量监测结果图由图5可知,巷道掘进后,随着时间的推移,围岩变形量逐渐增加,最终稳定㊂巷道掘进30d后,围岩开始逐渐趋于稳定㊂稳定后顶板变形量控制在210mm,两帮变形量控制在235mm,帮部变形明显高于顶板,但是巷道围岩变形量控制在较小的范围内㊂图6㊀锚杆受载荷监测结果图由图6可知,随着时间的推移,锚杆载荷逐渐增加,最终也趋于稳定㊂明显可以看出,巷道掘进完成20d后,顶㊁帮锚杆载荷趋于稳定状态,稳定后的顶锚杆承受载荷为106kN,帮锚杆承受载荷为101kN,帮锚杆承受载荷较正常巷道偏大㊂结合巷道围岩移近量和锚杆受载荷特征可知,掘进30d 后,巷道基本能达到稳定状态,巷道围岩变形量小,支护系统能充分发挥作用,在该条件下,选择8m小煤柱护巷和该支护方案能够保障巷道的整体稳定性㊂5㊀结㊀语1)㊀通过FLAC数值模拟不同煤柱宽度下巷道屈服破坏及受力特征,煤柱宽度为8m时,巷道围岩屈服破坏处于合理状态,煤柱受到垂直应力最小,能够保障围岩稳定性㊂2)㊀通过对影响巷道支护因素及支护对策进行了分析,确定了小煤柱沿空掘巷支护方案㊂3)㊀对8m小煤柱留设及支护方案情况下,轨道巷围岩变形量及锚杆受载荷情况进行了监测,结果显示,稳定后顶板变形量控制在210mm,两帮变形量控制在235mm,顶锚杆承受载荷为106kN,帮锚杆承受载荷为101kN,掘进30d后,巷道基本能达到稳定状态,巷道围岩变形量小,支护系统能充分发挥作用㊂参考文献:[1]㊀赵科研.大同煤田特厚煤层小煤柱开采研究与应用[J].煤,2021,30(12):36-37,40.[2]㊀张明鹏.窄小煤柱沿空掘巷围岩控制技术研究[J].煤炭技术,2020,39(5):12-14.[3]㊀张世国,李中伟.特厚煤层小煤柱沿空掘巷支护技术研究[J].煤炭工程,2021,53(7):55-58.[4]㊀高青松.突出煤层小煤柱沿空掘巷的巷道布置研究与实践[J].煤,2021,30(5):61,64.[5]㊀于㊀斌,姚强岭,王少卿,等.侧向支承应力作用下6.0m小煤柱巷道加固技术研究[J].煤炭工程,2021,53(3):73-77.[6]㊀李洪彪,杨㊀睿,焦义伟,等.大埋深 三软 孤岛工作面沿空掘巷小煤柱巷道支护技术[J].煤炭技术,2019,38(5):19-21.[7]㊀李俊星.近距离煤层沿空掘巷煤柱合理留设宽度研究[J].煤,2021,30(4):25-27.[8]㊀张鹏鹏,郝兵元,王㊀凯,等.综放开采沿空掘巷小煤柱宽度留设及支护技术研究[J].煤炭科学技术,2018,46(5):40-46.[本期编辑:路㊀方]822023年2月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈㊀飞:孤岛工作面沿空掘巷小煤柱留设及围岩控制技术研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷第2期。