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摘 要： 通过对特定地质条件下沿空掘巷应力分析，科学合理确定煤柱尺寸及复合支护工艺，并对掘进期间巷道支护效果进行了监测分析，努力探索适合三软突出煤层条件下沿空掘巷掘快速掘进工艺。
关键词： 三软煤层；沿空掘巷；支护；快速掘进
【中图分类号】 P618.11
【文献标识码】 B
【文章编号】 2236-1879（2017）15-0220-02
1 沿空掘巷技术背景及其特点
长期以来，我国大采深三软突出煤层矿井，由于防突工程量大、支护难度高，普遍面临矿井接替紧张、煤巷施工进度慢、消突成本高等因素制约，影响了矿井高效安全、可持续发展。通过对影响巷道掘进速度及工作面回采效率的主要因素进行了归集，针对沿空掘巷最佳煤柱尺寸确定、托顶煤快速掘进、沿空掘巷支护工艺、巷道变形规律、采空区瓦斯防治等技术难题开展了分析研究及探索性工作，解决了施工过程中遭遇的各种技术瓶颈，努力探索出一条适合三软突出煤层条件下沿空掘巷快速掘进工艺。
沿空掘巷时临近采空区岩层活动已相对停止，回采期间引起的应力重新分布现象已趋于稳定，通过沿采空区边缘稳定区域掘进，巷道处于应力降低区，有利于巷道支护及断面维护。沿空掘巷巷道围岩压力显现规律与正常掘进巷道相比有其自身的特点：①巷道布置于应力降低区，有利于巷道支护及断面维护；②巷道掘进后围岩压力重新分布，矿压显现不强烈；③沿空掘巷破坏了围岩原有平衡，支撑压力向煤体深部傳导，通过研究压力传导距离确定煤柱宽度，以达到减小应力场扰动的效果，一般经过20d，巷道变形速度趋向稳定。
2 工作面概况
12021工作面是矿井西翼第二个采面，南侧为广场保安煤柱，北侧有煤柱线，东侧和西侧分别为12011与12031工作面。巷道布置在二1煤层中，设计全长771m，可采长度692m，巷道与采空区保持留设1m的煤柱，以N327°方位角沿煤层底板托顶煤掘进。
2 地质概况
根据勘探钻孔资料和已揭露地质资料，该工作面煤层厚度4.1m～8.4m，平均为6m，受褶皱控制煤层产状及厚度变化较大，煤层倾角3～10°，平均为4°；煤层多呈粉末状，组织疏松，局部含夹矸，煤尘具有爆炸性，为不易自燃煤层；煤层直接顶为砂质泥岩，层理明显，局部发育厚0～0.7m，老顶为灰色-浅灰色中粒石英砂岩（大占砂岩），；顶板发育平整，相对比较稳定；直接底为泥岩，厚度0.47m，老底为泥岩夹细砂岩。
3 确定沿空掘巷最佳煤柱尺寸
小煤柱沿空掘巷的关键是合理确定煤柱的宽度，合理的小煤柱宽度可以从工程实践、数值模拟、理论分析三个方面综合考虑。由于数值模拟时需要的一些资料未进行实测，此处确定煤柱尺寸主要从理论分析和工程实践确定。小煤柱沿空掘巷可明显提高煤炭采出率，但煤柱留设过小或不留，采空区内瓦斯难以控制，留设宽度过大，易形成孤岛效应，可能诱发突出事故。对比研究不同沿空掘巷煤柱宽度及巷道支护方式条件下，煤柱的应力及位移场产生的变化，提出沿空掘巷小煤柱的合理宽度的留设方法。
研究发现，沿空巷道支护效果的好坏，合理的小煤柱宽度至关重要，确定小煤柱尺寸应遵循以下原则：①相对有利的应力环境，使沿空掘巷处于应力降低区内。②保证良好支护效果的原则，巷道应布置在围岩性质较好区域内，不能布置在上个工作面开采后引起的破碎的区域中。③巷道围岩变形的原则，围岩的变形量应能满足生产过程中对断面的使用要求。④煤量损失小的原则⑤工程实践结合理论分析。
根据以上分析，确定小煤柱的净宽度取为1m。
4 沿空掘巷支护方式
由于我矿二1煤层，煤质松软呈粉状，前期消突工程中水力冲孔对煤体结构破坏较大，沿底掘进支护难度大，针对矿井实际情况，采用减小循环进尺、留设象鼻子、撞楔木钎板或管缝锚杆超前支护等方式控制煤体，采用侧装机落煤、手稿修正巷道轮廓的方式，保证了巷道成功实现沿底掘进，相比之前巷道沿顶掘进，避免了煤量损失约6万吨，显著减少了回采过程中压架工程量。
由于巷道采用托顶煤掘进，煤质松软呈粉状，为有效控制巷道变形，通过理论分析配合工程类比法确定了12021轨道顺槽采用梯形12#工字钢对子棚支护，掘进断面16.17m2，净断面14.18m2。梁长×腿长=4200mm×3300mm，下扎角72°，腿埋深200mm，支架间距700mm。采取防倒棚措施，加装6道梯形棚连接板，支架后两帮及顶部禙设荆芭、编织网及双椽子棍，间距300mm，配合36U可伸缩点杆加强支护。
利用十字布线法及安设矿压监测仪器，对巷道掘进期间，巷道变形规律数据进行了收集分析研究，发现巷道掘进初期，外段巷道因采空区压力重新分布过程未结束，造成巷道沿采空区侧顶板压力较大。掘进至距开口位置80m（2#观测点）时，巷道围岩变形量明细减弱，支护效果良好，符合设计要求。
5 小煤柱隔离有害气体的可靠性
沿空掘巷期间，煤层内瓦斯赋存的平衡状态会遭到破坏，受采动影响的区域内的煤层、采空区中的瓦斯就将涌入掘进巷道，一旦超限，就会导致瓦斯事故，因此有必要对沿空掘巷的瓦斯来源及其涌山规律进行探测分析。通过研究发现，沿空掘巷瓦斯涌出主要由煤壁涌出瓦斯，落煤涌出瓦斯和采空区渗漏瓦斯3部分构成，煤层内瓦斯总是从高压瓦斯区流向低压区，通过分析3部门瓦斯涌出的规律，采取通风系统调整控制风压、棚后褙设彩条布、积极封堵、煤体注水、瓦斯抽放、超前探、加强施工管理等多项措施，有效控制了掘进期间瓦斯涌出及采空区漏风现象。
6 结论
1.结合应力场分析及现场实际，研究不同尺寸的煤柱对巷道变形的影响，确定沿空掘巷留设煤柱的合理宽度为1.0m，由于巷道临近采空区，瓦斯得到充分释放，防突工程大幅度降低，减少防突工程投入101.4万元；
2.运用理论分析与工程类比等手段相结合，科学合理确定支护方式，分析不同支护参数对围岩稳定性的影响程度，开展多方案优选，相比原方案36U型棚+锚网索支护，工效平均提高25%，每米节约成本3305元，有效提高了生产效率；
3.巷道采用托顶煤沿底掘进，采用有效措施控制松软顶煤，相比之前巷道沿顶掘进，避免了煤量损失约6万吨，显著减少了回采过程中压架工程量；
4.通过优化施工组织及支护方式，实现12021轨道顺槽外段及里段双头同时掘进，单进水平大大提高，掘进进尺最高达到了210m/月，缩短施工工期3个月；
5.通过矿压监测数据分析总结巷道掘进前进的变形规律为巷道支护效果提供了准确评价，进一步指导实际施工、优化支护设计；
6.为有效控制掘进期间瓦斯涌出及采空区漏风现象，研究了沿空掘巷采空区瓦斯涌出规律，采取多种复合措施，有效控制了掘进期间瓦斯涌出及采空区漏风现象。
通过本项目的实施，成功实现了三软突出煤层条件下，托顶煤沿采空区快速掘进施工工艺，有效减少了我矿防突工程及支护成本投入，提高了巷道单进水平，同时尽可能的降低了工作面煤量损失，缓解了采掘接替紧张的局面，为今后我矿顺利采掘接替，提供了有力的技术保障。沿空掘巷快速掘进技术的应用，在提高巷道掘进速度的同时，保证了巷道安全低成本掘进，经济效益显著，为今后类似地质条件的兄弟矿井在沿采空区快速掘进方面，提供了很好的借鉴意义。
参考文献
[1] 钱鸣高， 刘听成.矿山压 力及其控 制[M].北 京： 煤 炭 工业出版社， 1991.
[2] 吕兆恒.半煤岩巷快速掘进参数优化及施工组织技术研究[D].河南理工大学，2012.
[3] 魏敬喜.大断面复合顶板煤巷快速掘进技术研究[D].安徽理工大学，2011.
[4] 张卫斌.煤巷快速掘进技术初探[J].采矿技术，2003，03
作者简介：陈海洋，男（1986.09—），汉族，河南义马人，本科学历，毕业于中国矿业大学应用技术学院，工程师。
关键词： 三软煤层；沿空掘巷；支护；快速掘进
【中图分类号】 P618.11
【文献标识码】 B
【文章编号】 2236-1879（2017）15-0220-02
1 沿空掘巷技术背景及其特点
长期以来，我国大采深三软突出煤层矿井，由于防突工程量大、支护难度高，普遍面临矿井接替紧张、煤巷施工进度慢、消突成本高等因素制约，影响了矿井高效安全、可持续发展。通过对影响巷道掘进速度及工作面回采效率的主要因素进行了归集，针对沿空掘巷最佳煤柱尺寸确定、托顶煤快速掘进、沿空掘巷支护工艺、巷道变形规律、采空区瓦斯防治等技术难题开展了分析研究及探索性工作，解决了施工过程中遭遇的各种技术瓶颈，努力探索出一条适合三软突出煤层条件下沿空掘巷快速掘进工艺。
沿空掘巷时临近采空区岩层活动已相对停止，回采期间引起的应力重新分布现象已趋于稳定，通过沿采空区边缘稳定区域掘进，巷道处于应力降低区，有利于巷道支护及断面维护。沿空掘巷巷道围岩压力显现规律与正常掘进巷道相比有其自身的特点：①巷道布置于应力降低区，有利于巷道支护及断面维护；②巷道掘进后围岩压力重新分布，矿压显现不强烈；③沿空掘巷破坏了围岩原有平衡，支撑压力向煤体深部傳导，通过研究压力传导距离确定煤柱宽度，以达到减小应力场扰动的效果，一般经过20d，巷道变形速度趋向稳定。
2 工作面概况
12021工作面是矿井西翼第二个采面，南侧为广场保安煤柱，北侧有煤柱线，东侧和西侧分别为12011与12031工作面。巷道布置在二1煤层中，设计全长771m，可采长度692m，巷道与采空区保持留设1m的煤柱，以N327°方位角沿煤层底板托顶煤掘进。
2 地质概况
根据勘探钻孔资料和已揭露地质资料，该工作面煤层厚度4.1m～8.4m，平均为6m，受褶皱控制煤层产状及厚度变化较大，煤层倾角3～10°，平均为4°；煤层多呈粉末状，组织疏松，局部含夹矸，煤尘具有爆炸性，为不易自燃煤层；煤层直接顶为砂质泥岩，层理明显，局部发育厚0～0.7m，老顶为灰色-浅灰色中粒石英砂岩（大占砂岩），；顶板发育平整，相对比较稳定；直接底为泥岩，厚度0.47m，老底为泥岩夹细砂岩。
3 确定沿空掘巷最佳煤柱尺寸
小煤柱沿空掘巷的关键是合理确定煤柱的宽度，合理的小煤柱宽度可以从工程实践、数值模拟、理论分析三个方面综合考虑。由于数值模拟时需要的一些资料未进行实测，此处确定煤柱尺寸主要从理论分析和工程实践确定。小煤柱沿空掘巷可明显提高煤炭采出率，但煤柱留设过小或不留，采空区内瓦斯难以控制，留设宽度过大，易形成孤岛效应，可能诱发突出事故。对比研究不同沿空掘巷煤柱宽度及巷道支护方式条件下，煤柱的应力及位移场产生的变化，提出沿空掘巷小煤柱的合理宽度的留设方法。
研究发现，沿空巷道支护效果的好坏，合理的小煤柱宽度至关重要，确定小煤柱尺寸应遵循以下原则：①相对有利的应力环境，使沿空掘巷处于应力降低区内。②保证良好支护效果的原则，巷道应布置在围岩性质较好区域内，不能布置在上个工作面开采后引起的破碎的区域中。③巷道围岩变形的原则，围岩的变形量应能满足生产过程中对断面的使用要求。④煤量损失小的原则⑤工程实践结合理论分析。
根据以上分析，确定小煤柱的净宽度取为1m。
4 沿空掘巷支护方式
由于我矿二1煤层，煤质松软呈粉状，前期消突工程中水力冲孔对煤体结构破坏较大，沿底掘进支护难度大，针对矿井实际情况，采用减小循环进尺、留设象鼻子、撞楔木钎板或管缝锚杆超前支护等方式控制煤体，采用侧装机落煤、手稿修正巷道轮廓的方式，保证了巷道成功实现沿底掘进，相比之前巷道沿顶掘进，避免了煤量损失约6万吨，显著减少了回采过程中压架工程量。
由于巷道采用托顶煤掘进，煤质松软呈粉状，为有效控制巷道变形，通过理论分析配合工程类比法确定了12021轨道顺槽采用梯形12#工字钢对子棚支护，掘进断面16.17m2，净断面14.18m2。梁长×腿长=4200mm×3300mm，下扎角72°，腿埋深200mm，支架间距700mm。采取防倒棚措施，加装6道梯形棚连接板，支架后两帮及顶部禙设荆芭、编织网及双椽子棍，间距300mm，配合36U可伸缩点杆加强支护。
利用十字布线法及安设矿压监测仪器，对巷道掘进期间，巷道变形规律数据进行了收集分析研究，发现巷道掘进初期，外段巷道因采空区压力重新分布过程未结束，造成巷道沿采空区侧顶板压力较大。掘进至距开口位置80m（2#观测点）时，巷道围岩变形量明细减弱，支护效果良好，符合设计要求。
5 小煤柱隔离有害气体的可靠性
沿空掘巷期间，煤层内瓦斯赋存的平衡状态会遭到破坏，受采动影响的区域内的煤层、采空区中的瓦斯就将涌入掘进巷道，一旦超限，就会导致瓦斯事故，因此有必要对沿空掘巷的瓦斯来源及其涌山规律进行探测分析。通过研究发现，沿空掘巷瓦斯涌出主要由煤壁涌出瓦斯，落煤涌出瓦斯和采空区渗漏瓦斯3部分构成，煤层内瓦斯总是从高压瓦斯区流向低压区，通过分析3部门瓦斯涌出的规律，采取通风系统调整控制风压、棚后褙设彩条布、积极封堵、煤体注水、瓦斯抽放、超前探、加强施工管理等多项措施，有效控制了掘进期间瓦斯涌出及采空区漏风现象。
6 结论
1.结合应力场分析及现场实际，研究不同尺寸的煤柱对巷道变形的影响，确定沿空掘巷留设煤柱的合理宽度为1.0m，由于巷道临近采空区，瓦斯得到充分释放，防突工程大幅度降低，减少防突工程投入101.4万元；
2.运用理论分析与工程类比等手段相结合，科学合理确定支护方式，分析不同支护参数对围岩稳定性的影响程度，开展多方案优选，相比原方案36U型棚+锚网索支护，工效平均提高25%，每米节约成本3305元，有效提高了生产效率；
3.巷道采用托顶煤沿底掘进，采用有效措施控制松软顶煤，相比之前巷道沿顶掘进，避免了煤量损失约6万吨，显著减少了回采过程中压架工程量；
4.通过优化施工组织及支护方式，实现12021轨道顺槽外段及里段双头同时掘进，单进水平大大提高，掘进进尺最高达到了210m/月，缩短施工工期3个月；
5.通过矿压监测数据分析总结巷道掘进前进的变形规律为巷道支护效果提供了准确评价，进一步指导实际施工、优化支护设计；
6.为有效控制掘进期间瓦斯涌出及采空区漏风现象，研究了沿空掘巷采空区瓦斯涌出规律，采取多种复合措施，有效控制了掘进期间瓦斯涌出及采空区漏风现象。
通过本项目的实施，成功实现了三软突出煤层条件下，托顶煤沿采空区快速掘进施工工艺，有效减少了我矿防突工程及支护成本投入，提高了巷道单进水平，同时尽可能的降低了工作面煤量损失，缓解了采掘接替紧张的局面，为今后我矿顺利采掘接替，提供了有力的技术保障。沿空掘巷快速掘进技术的应用，在提高巷道掘进速度的同时，保证了巷道安全低成本掘进，经济效益显著，为今后类似地质条件的兄弟矿井在沿采空区快速掘进方面，提供了很好的借鉴意义。
参考文献
[1] 钱鸣高， 刘听成.矿山压 力及其控 制[M].北 京： 煤 炭 工业出版社， 1991.
[2] 吕兆恒.半煤岩巷快速掘进参数优化及施工组织技术研究[D].河南理工大学，2012.
[3] 魏敬喜.大断面复合顶板煤巷快速掘进技术研究[D].安徽理工大学，2011.
[4] 张卫斌.煤巷快速掘进技术初探[J].采矿技术，2003，03
作者简介：陈海洋，男（1986.09—），汉族，河南义马人，本科学历，毕业于中国矿业大学应用技术学院，工程师。