大湾煤矿复杂开采条件下沿空留巷与协同控制技术研究

大湾煤矿复杂开采条件下沿空留巷与协同控制技术研究
发布时间：2022-08-10T01:00:52.133Z 来源：《中国电业与能源》2022年6期作者：莫兴
[导读] 复杂开采条件下沿空留巷与协同控制技术研究—这种技术在提高煤炭回收率、减少煤柱塌落避免煤层着火
莫兴
贵州水城矿业股份有限公司大湾煤矿贵州六盘水 553001
摘要：复杂开采条件下沿空留巷与协同控制技术研究—这种技术在提高煤炭回收率、减少煤柱塌落避免煤层着火、降低应力集中减少动力灾害等方面有明显优势。

关键词：沿空留巷协同控制技术
大湾煤矿由于受到瓦斯治理、巷道掘进与围岩控制等主要因素的影响，在生产过程中出现煤岩巷道变形严重、瓦斯治理难度大、采掘接续紧张等情况，严重制约了煤矿的可持续发展，需要从根本上来解决这两大方面的问题和难题。

目前，国内外用于解决瓦斯治理和采掘接续紧张的一项重要技术，就是推行沿空留巷。

同时，为了给井下提供安全可行的作业空间，还需要推选新技术，有效改进和提升巷道围岩控制效果。

自2015年以来，大湾煤矿一直在探索“沿空留巷技术”的研究与应用。

但在实际的研究试验过程中仍存在沿空留巷巷道受动压影响大、矿压显现剧烈、沿空留巷巷道围岩变形大、不合理的巷旁支护等诸多问题。

特别是由于回采后巷道的加固强度、封闭进度跟不上，造成后期巷道返修量剧增，维护成本升高，给生产准备带来很大难度。

一、项目主要研究（或应用）内容
1.1复杂开采条件下沿空留巷与协同控制，其核心是“切顶卸压自动成巷技术”。

切顶卸压自动成巷技术是目前国内最先进的留巷工艺。

该工艺是将巷道岩体切断，将长臂悬梁转化为短臂悬梁。

没有对顶板处理之前，巷道顶板为长悬顶的一部分，煤柱作为支撑结构。

若煤柱强度不足以抵抗长臂梁的压力，巷道易产生大变形。

复杂条件下沿空留巷与协同控制技术采用爆破超前预裂顶板，形成裂缝线，顶板岩体在周期来压作用下沿切缝线整体切断，碎胀的顶板矸石形成对上覆老顶岩梁支撑结构，控制老顶的回转和下沉变形。

切落的顶板形成巷帮，隔断老塘，从而保证工作面上（下）顺槽，实现单面单巷采掘模式。

由于长臂梁转化为短臂梁，可在一定程度上减小悬臂梁荷载，有利于巷道的稳定。

1.2回采后留巷段的瓦斯治理问题。

沿空留巷与采空区连通，下覆邻近煤层瓦斯涌出等原因，造成沿空留巷修复治理期间瓦斯涌出量较大，若不采取有效的瓦斯治理措施，将给沿空留巷修复治理造成很大的困扰。

为克服瓦斯治理方面的难题，我们制定了一系列的瓦斯治理技术措施。

如采空区埋管抽放；采空区侧砌筑隔离挡墙并进行喷浆封闭，阻断瓦斯涌出通道；施工底板拦截钻孔抽放下邻近煤层瓦斯；配备合理的风量等。

通过采取以上措施有效的治理了沿空留巷修复治理期间的瓦斯治理难题。

二、大湾煤矿沿空留巷和协同控制存在以下问题和不足：
沿空留巷的主要生产环节包括巷道围岩松动圈探测、围岩结构与力学性能分析、巷道新掘进时加强锚固、采面一次回采前关键部位加固、采面一次回采时巷内有效支护、爆破切顶卸压、采空区侧挡矸支护及密闭控制、采面二次回采时巷内补强支护以及各项工序工艺科学管理与高效施工等，这些环节相互关联、相互作用和相互影响，成为一个整体的系统工程，不能分段或孤立地进行设计和施工。

但由于对这些方面的认识不够清楚，在选择留巷时缺少系统性的思维、设计、施工和管理，不是从头做起，而是中途开始，从而大大影响留巷效果。

对巷道围岩控制与沿空留巷的内在关系认识不清或不够重视，沿空留巷缺乏以高强度、高承载能力和抗变形能力的巷道控制作为基础，甚至认为采取普通控制方式也可以很好留巷，从而带来巷道新掘进时锚固强度明显不足，在巷道使用的中、后期产生显著变形和破坏，导致顶板下沉、帮部缩进和底鼓量都比较大，拟留巷道的残余空间很小，不得不投入大量的人力物力财力来进行修巷、护巷。

对巷道爆破切顶机理及技术的研究不足，装药结构、装药量、钻孔质量等不符合要求，通常采用孔底装药爆破，而非全长爆裂，导致两个炮眼之间不能形成贯穿裂隙，而且缺乏有效检测方法和进行参数优化，切顶效果不理想，最终严重影响到巷道稳定性及留巷效果。

对锚杆、锚索锚固机理及技术还停留在经验设计上，导致锚固结构设计、锚固参数不合理，巷道锚固强度、承载能力和抗变形能力达不到基本要求，加上巷道成形、锚杆施工质量等存在“先天”不足，以及对留巷各个环节、工序、工艺的认识和管理不到位，严重影响巷道围岩控制和沿空留巷效果等等。

三、大湾煤矿在沿空留巷和协同控制采取的措施
3.1提供巷道围岩控制的科学依据。

通过对煤矿巷道围岩松动圈、围岩压力、锚杆（索）受力等情况的监测与研究，掌握和了解煤矿巷道围岩结构分布、破裂范围及分类、围岩来压等情况，为锚网索控制提供科学依据，尤其为今后巷道围岩控制打好基础。

3.2建立煤矿巷道围岩锚护技术体系。

通过研究和实践，建立包括锚杆(索)高预紧力技术、锚杆(索)高锚固力技术、锚杆(索)连锁锚固技术、锚杆(索) 施工配套设备及施工技术、锚固岩体高强度技术、锚固岩体高刚度技术等先进适用技术在内的协同锚护技术体系。

3.3建立锚杆（索）锚固质量检测与稳定性监测技术体系。

通过锚杆（索）预紧力检测、锚固力检测、安装角度检测、外露长度检测、锚固剂凝结速度检测、锚网安装质量检测、组合构件安装质量检测等综合检测方法的应用与优化，建立煤矿巷道围岩锚固质量检测体系。

通过矿压规律监测、巷道围岩表面位移监测、巷道围岩深部位移监测、协同锚固效应监测等多种监测方法的应用与优化，建立巷道围岩稳定性监测体系。

3.4建立沿空留巷技术体系。

通过巷道掘进一次锚固、二次锚护、爆破切顶、成巷维护等多项新技术的研发、应用和完善，建立适合于大湾煤矿的沿空留巷技术体系，以解决瓦斯突出、采掘接续紧张等重要难题，实现可持续开采。

3.5建立适合于大湾煤矿的高效爆破切顶技术。

通过研究和实践，建立包括聚能爆破设计、聚能管设计、装药结构及装药量设计、爆破工艺设计等在内的高效爆破切顶技术。

3.6分类进行沿空留巷与协同控制方案设计及实施。

针对复杂力学环境，基于协同锚固机理和“高强度、高刚度、高预紧力、高锚固力”的设计理念，结合不同类别巷道及围岩条件分类进行协同控制技术方案设计。

针对新掘巷道、已掘巷道的不同情况和要求，分类进行沿空掘巷方案设计。

将各类方案应用于井下工程实践，全面做好施工质量及效果监测，并不断优化和完善各项参数及技术，系统解决沿空留巷及围岩控制所遇到的问题和难题。

如：如何对留巷段的顶板采取有效支护，保证采空区顶板切顶下沉后，巷道顶部锚索能拉得住上覆岩层基本顶；可采取对巷道支护质量进行观测，在原有巷道顶板支护的基础上，确定出最佳的加固支护方案，保证留巷段顶板不随采空区下沉；如何施工钻孔预裂爆破，达到完全切割顶板的效果；对施工钻孔的方式及方法进行观测，利用钻机施工爆破钻孔，采用聚能爆破装置，全部炮眼统一采用反向连续柱状装药，装药后充填水炮泥，再使用黄泥对炮眼进行封堵，使爆破时能够在顶板形成定向裂缝，保证沿采空区巷帮上覆的岩层在工作面推采前完全裂开，以便于后期采空区顶板达到预期下沉效果；如何封闭采空区，防止有害气体进入留巷段；如何防止采空区煤层自燃；使用工字钢配合单体，加花油布和钢筋网对采空区矸石进行挡矸，防止采空区矸石往留巷侧流入，然后在利用喷浆的方法对顶部、采空区帮进行封闭，保证采空区有毒有害气体不涌入巷道，也可使新鲜风流不向采空区漏风进而引发采空区自燃发火。

三、总结
通过巷道掘进一次锚固、二次锚护、爆破切顶、成巷维护等多项新技术的研发、应用和完善，留巷成功留巷，后期修复、维护巷道工作量明显降低，确保沿空留巷作为下一个采面的回风巷是切实可行。

大湾煤矿沿空留巷及协同控制技术自2015年开始应用至今，相继完成了120205运输巷、120703运输巷、120204运输巷、X10901-3运输巷、120704运输巷的沿空留巷工作，为缓解矿井采掘压力做出了贡献，并积累了一定的经验。

实践证明做好沿空留巷及控制技术，在提高煤炭回收率，改善巷道维护，减少巷道掘进工程量，缓解采掘接续关系、改善矿井经济技术指标和延长矿井生产年限具有长远的现实意义。

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