史俊伟

（山西介休义棠倡源煤业有限公司， 山西 晋中 032000）

沿空留巷是指采煤工作面回采后沿采空区边缘维护原回采巷道，为了回收留设的保护煤柱而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，做法是沿着采空区边缘在原顺槽位置保留，有助于提高煤炭回收率和减小掘进工作量，通过支护可以避免有毒有害气体进入，减少巷道进水，另外不仅保护巷道，同时还能降低发生巷道变形量的现象，有力地防止自然灾害对巷道的破坏作用。

1 综采过程中沿空留巷的技术概述

对于巷道设置，早期主要采用留设煤柱法，其实用性和可靠性比较高，但是随着采煤技术的发展，煤层贮存条件的复杂程度的升高，也出现了许多问题，留设煤柱法对于环境的适应性较差，不易调节，不利于安全生产的管理和作业人员的安全，所以在工作面巷道布置的初期时刻，尤其是初次来压时，一定要对矿压、开采方案、开采效率、安全性等相关技术不断的进行研究，促使其对安全生产进行服务。而如何更好地利用沿空留巷的技术去对巷道进一步进行有效地维护，同时还要提高一定的综合治理能力的问题，采空区支护技术在国内外得到了广泛的应用和推广，在经过实践与理论的高度结合并结合实际进行改进完善之后，从最初的水泥堆砌的砖石，到用密集的支柱和金属网棚，再经发展之后的用高分子水材料进行填剁式的充实，通过在高、低抽巷上使用倾向钻孔来进行替代，实现了真正的无煤柱开采，这样对煤炭资源的回采和煤炭的连续开采有较大的推进作用，同时也是为了实现安全高效的生产，彻底解决对上下隅角瓦斯超限的问题。

2 综采工作面沿空留巷技术中存在的问题及分析

在实际的综采工作面组织生产过程中，沿空留巷技术在其中要有更好的应用，其核心关键是要把矿压的问题彻底解决，在组织生产过程中，综采工作面实际显示的矿压以及沿空巷道的矿压数值，是综采工作面支护方式选择的依据。其中沿空留巷的矿压一般是来源于工作面上部的顶板压力，所以支护的顶板是支护的重点所在，要依据标准进行支护形式的选择和支护强度的设计。在支护设计时，要想实现合理有效，就必须要分析巷道顶板上的矿压，并循求矿压的显示规律，比如巷道的顶板需要承受的矿压比较大，首先要承受巷道上部岩石自重带来的压力；其次还要承受工作面煤层开采过程中超前支承的压力。沿空巷道的矿压与其他巷道的矿压有很大不同，有自己的特点，比如在综采工作面靠近沿空留巷时，巷道矿压表现为动态变化的过程，有明显增加的趋势，但是在远离工作面时，沿空留巷又表现为急剧的降低和稳定，总之沿空留巷的矿压其实是时间和空间上的函数变化，要想沿空留巷技术有效应用，就必须采用合理有效的方法对巷道进行安全防护和支护。

3 综采工作面沿空留巷的技术设计

3.1 目前沿空留巷多采用的支护方式

最初的综采工作沿空留巷采用的多是密集支架支护，矸石堆垛支护和砌体墙支护的方式，但是均已经逐步淘汰，因为支护质量和支护效率不高，并且支护强度也不够，容易造成垮棚和冒顶，支护材料消耗也比较大，另外支护效果不好。其中矸石垛充填和砌体墙支护的具体比较见表1。

表1 沿空留巷的支护方式比较

其中，其他方式的巷道支护技术包括混凝土隔墙支护技术、筒柱支护技术和膏体充填支护技术。这些技术应用于采空区围护施工非常方便，施工效率很高，支护强度可以得到保证，但仍存在支护成本高的问题，亟待解决。

3.2 综采工作面顶板运动对沿空留巷的影响

上覆顶板的运动过程控制着下部留巷工程，是影响沿空留巷围岩稳定的根本诱因。随着直接顶厚度的降低，基本顶破断位置不断靠近充填体，充填体破坏程度依次增加。基本顶回转角、顶板垮落角随直接顶厚度减小而增大，基本顶回转角、顶板垮落角越大，对留巷围岩破坏越严重。因此调控顶板运动状态，是优化留巷区域应力状态，维护留巷稳定的治本之策（见表2）。

表2 工作面顶板后期垮落特征表

在工作面煤层上方10 m 的应力分布，一般侧向应力分布存在“双峰应力”，即侧向支承应力和墙体上集中应力。其中侧向支承应力对工作面的影响是直接顶越薄，应力集中系数越大，老顶直覆时最大；墙上集中应力也是同样如此，这就说明了老顶的施载效应随着直接顶的减小而增强。在工作面煤层上方20 m 的应力分布特点则是侧向应力为“单峰应力”，墙上无集中应力，支撑体不能控制高位岩层，同时侧重向支承应力是直接顶越薄，峰值越靠近留巷，对巷道的影响则越大。由此可以得知，无论顶板条件如何，综采工作面的开采均会造成留巷周围支承应力升高，随着综采工作面的推进，采动应力不断调整，会加快围岩的破坏速度，在采动应力调整阶段，支承应力集中系数随直接顶厚度的减小而增大，支承应力极值位置随直接顶厚度的减小而远离工作面，故此要减缓支承应力集中程度是控制沿空留巷围岩变形的技术核心。

4 综采工作面沿空留巷技术优化应用及效果分析

以笔者所在综采工作面为例进行沿空留巷设计的优化。首先进行沿空留巷的设计，具体工艺流程如下图1 所示。

图1 沿空留巷设计工艺流程图

根据工作面的自然条件来合理选用沿空留巷技术，在采用巷道保护技术对其相邻层内的瓦斯进行抽采降压后，可在井下抽采的时候对工作面上采空区消除瓦斯安全隐患，以能够进行创造一个安全高效的开采条件。在既有工作面巷道旁支护时，需要准确选择和合理计算强度合适的充填材料。如图2 所示，其中充填材料选用混凝土膏体材料，巷道煤侧至顶切线悬空顶板宽度为预留巷道充填体宽度的1.2 倍。当主顶板承压时，应充分考虑下一层和回填的动荷载系数。另外，回填材料的强度必须满足承载要求，在开采支护应力的作用下，一般可以采用一些收缩性较强的回填物来选择回填物进行巷道支护，从而更好地避免巷道变形和压缩，对巷道维护也具有重要意义。

图2 沿空留巷旁墙体位置图

同时，在巷道下侧设置密集的木桩，立桩后再堆放沙袋或煤袋；也可以将废石破碎后装入专用塑料袋中，将装满废石的塑料袋堆放在巷道下侧，使废石塑料袋相互压紧进行基础和顶板连接。采煤工作面采用的核心作业是随着工作面的推进，将矸石墙堆放在宽度为1.5 m 的巷道下侧，具体操作方法是在巷道下侧设置两排行距为1.0 m×1.5 m 的圆木点柱，圆木点柱必须铺设在硬底上并紧固牢固，使其规整牢固，然后钉上30 mm 厚的发冠板。巷道一侧的预留空间呈线形，使预留巷道能够正常使用。最后，将预留巷道空间与矸石形成线性形状，使预留巷道能够正常使用。最后，用矸石拱起预留巷道空间。工作面每三到五个周期拱一次，在拱起时，将竖立的支架与矸石墙之间的单体逐渐去除，同时填充矸石和水泥砂浆，每次堆砌一层矸石时填充一层水泥砂浆，直到砌碹体接至顶板。

经过大量的现场实测表明，采场与采场具有相似的边界条件、应力特征等共性。因此，地压产生的机理是相似的。通过此次沿空留巷的技术优化后，工作面的各项技术指标均优于国内外同类技术指标，具体参见下页表3。

另外，采空区留巷与工作面采场有不同的采空区边界，留巷为固定边界，采场为移动边界，其岩层活动和岩层行为有一定的相似性和特殊性。与工作面连续推进, 在低端的工作面, 板固定在直角的角落, 导致“角”效应,使得该地区弧形失败,形成“弧形三角形板”“弧三角”的稳定性有很大的影响。巷道的性能和早期支护参数也应采用圆弧三角形结构进行计算。在设计沿空留巷支护阻力时，一般考虑极限状态，即取顶板达到危险状态的截面作为截面，得到弹性地基梁模型。在采空区保留期间，综采工作面后方变形大多具有明显的分区性，可分为严重变形区（-10～50 m）和中度变形区（-50～80 m）。重度变形区巷道两侧最大变形速度约为35 m/d，中度变形区巷道两侧最大变形速度约为15 mm/d。根据矿压实测结果，空边支护巷道顶板和底板平均变形为680 mm，两帮平均变形约为500 mm。顶板和底板变形的现场分析表明，顶板和底板变形主要为底鼓变形，平均底鼓变形在500 mm 左右。在采空区留巷应用过程中，发现工作面前方50～80 m 范围内顶板和底板的变形速度相对较小，平均变形速度仅为5 mm/d。在工作面前方50 m 范围内，巷道变形速度逐渐增强，在工作面前方10 m 范围内，巷道变形速度急剧增加，达到30 mm/d 左右。通过矿压观测，可以看出采空区留巷技术作用非常明显，变形量明显减小，巷道无大的变化。

5 结论

在引入了沿空留巷技术后,合理精准设计支护形式，可大大提升了煤炭的回收利用效率，减少了掘进施工量，同时就地取材，将矸石资源得到充分合理的利用,同时还能减少对周围环境的污染，在综采工作面的经济效益和社会效益上产生巨大的收益，同时也实现较好的安全效益，为发展提供坚实的动力和基础，所以说沿空留巷的技术在综采工作面的成功应用，不仅仅可以使矿井煤炭的回采率得到有效提升，同时也会有效降低巷道的掘进工程量，大幅度地减少综采工作面的接替时间，为矿井激发潜在的价值，创造巨大的经济效益。