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[摘要]沿空掘巷技术对合理开发地下资源，提高煤炭采出率，延长矿井开采期限具有重要意义，是支护技术改革的关键技术之一。本文首先介绍了沿空掘巷围岩活动规律，然后对沿空巷道支护技术进行了分析，最后结合工程实践提出相关的支护设计。
[关键词]巷道掘进 沿空掘巷 围岩控制 支护设计
中图分类号：TD322.3 文献标识码：A 文章编号：
0引言
随着人类对煤炭需求量的日益增加，开采规模不断扩大，浅部易采的煤炭资源日趋枯竭，地下矿山向深部开采是必然趋势。巷道支护是煤炭开采中一项关键技术，可靠的支护技术是实现矿井安全、高效的必备条件。巷道之间保留煤柱，以及巷道与回采工作面之间保留煤拄护巷一直是煤矿中传统的护巷方法，对提高煤炭资源的采出率极为不利。近年来，无煤柱护巷技术得到迅速发展，沿空掘巷是我国无煤柱护巷的主要形式，在国内外己获得广泛应用。沿空掘巷技术对合理开发地下资源，提高煤炭采出率，延长矿井开采期限具有重要意义，采用沿空掘巷的方法维护回采巷道的必然趋势，也是支护技术改革的关键技术之一。
1沿空掘巷围岩活动规律
1）沿空掘巷顶板破断规律
上区段工作面回采结束后，采空区上覆岩层垮落，老顶在采空区边缘发生断裂，形成“O-X”破断。工作面不断向前推进，老顶周期破断，在工作面端头破断，形成弧形三角块（如图1所示）。直接顶岩层跨落后，老顶弯曲下沉向采空区倾斜。沿工作面倾向，岩体A、岩块B、岩块C组成铰接结构。岩块B对沿空巷道上覆岩层结构的稳定起重要作用，块体B的回转变形对下方巷道围岩具有重要影响。
2）沿空掘巷矿压显现规律
沿空掘巷中窄煤柱护巷指巷道与采空区之间保留3～5m宽的煤柱，待采空区岩层活动结束，采动应力趋于稳定后掘进巷道，沿空掘进的巷道位置处于残余的支承压力峰值下。掘进巷道会破坏原有平衡，围岩应力重新分布，煤柱强度急剧降低失去承载能力，并向巷道方向强烈位移。围岩应力重新分布，在煤体一侧会出现新的破裂区、塑性区，支承压力向煤体深部转移。因此，掘进巷道时，围岩会产生明显变形，表现为两帮移近、顶板下沉和底板鼓起。
2沿空巷道支护技术
2.1掘进期间支护技术分析
当回采巷道采用小煤柱沿空掘巷时，要保证巷道支护系统具有良好的支护性能，由于窄煤柱沿空掘巷围岩变形剧烈程度与巷道围岩介质属性和上覆岩体结构关系很大，而巷道上覆岩体结构的载荷变化和结构的运动方式决定了巷道在回采期间大变形的必然性，这就要求巷道支护形式能够适应大的围岩变形，实现支护系统的高强可缩，具有这样特征的支护形式只有锚杆支护系统才能满足这些要求。
2.2回采期间支护技术分析
1）合理加强支护范围
合理的超前加强支护对保持沿空巷道围岩稳定性有着重要的作用，一般煤矿都是凭借实体煤巷道超前加强支护的范围来类比确定超前加强支护范围，超前支护的范围为2）30m不等，在巷道遭到支承压力影响破坏后才进行维护、加强支护，所以造成沿空巷道维护难度大、维护成本高、制约回采工作面的安全生产。沿空巷道上覆岩层结构决定了本区段超前支承压力对其影响较敏感，主要是因为受采动影响，上覆岩层在支承压力作用下由静止状态变为运动状态，煤柱本来呈塑性状态，其承载能力较低，在超前支承压力作用下，表现出大的位移，甚至整体向巷道内移。因此沿空巷道超前加强支护范围要和支承压力影响范围一致，确定合理的超前加强支护范围采用理论计算并辅以计算机数值模拟同时进行研究确定。
2）加强支护形式选择
沿空巷道在回采期间，其上覆岩层在支承压力作用下由静止变为运动状态，大结构发生回转变形，而巷道围岩小结构变形与大结构变形不同步，锚索的支护强度不够。同时由于煤柱在支承压力作用下变得更加破碎，承载能力进一步降低，表现出向巷道内大的位移。因此要从根本上解决沿空巷道超前加强支护的问题，必须充分利用巷道围岩的自身承载作用，在超前工作面支承压力影响范围内补打锚索，补强顶板锚固范围的围岩，使其与上覆岩层锚固成一整体，同时在巷道内补架采用单体液压支柱的加强棚。同时在沿空侧煤帮沿倾斜向上方向顶板补打帮锚索，增加煤柱的围压，以限制煤柱向巷道内位移，充分利用煤体的强度支撑顶板。
3工程实践
某矿沿空机巷采用锚网索支护，矩形断面，净高×净宽=4.2m×2.3m（轨面以上高度），净断面积10.5m2，，掘进断面积11.5m2，。沿空机巷异常带锚网索支护不能满足支护要求时采用U29型梯形棚支护，净高2.3m（轨面以上高度），腰扎3.7m，棚距700mm，如压力较大，可缩小棚距至500mm，净断面积8.2m2，掘进断面积l0.4m2。
沿空机巷采用锚网索支护作为永久支护，顶部锚杆采用20mm，L=2000mm树脂锚杆，间排距750mm×700mm，铺设菱形金属网配合钢带支护，菱形金属网的规格为长×宽=5.0m×0.9m，钢带为长4.2m钢带梁。帮部采用20mm，L=2000mm的树脂锚杆，间排距750mm×700mm，铺设高强塑料网配合木托盘进行支护，高强塑料网规格为长×宽=3m×l.3m，网与网之间顺茬搭接，压茬100mm，压茬处每隔0.4m用双股10#铁丝扎紧，木托盘规格为350mm×250mm×50mm。为加强顶板管理，在巷道内施工两排锚索，间排距为2m×5m，如顶板条件不好时，及时缩小锚索间排距为2m×3m。锚索长度根据实际顶板岩性进行选择，要求锚索生根于坚硬岩石中长度不少于lm，但其最小长度不得小于5.5m。具体支护参数如图2所示。
4结论
沿空掘巷开采技术减少了传统区段间留设宽煤柱造成的煤炭损失，采用锚网索高强度预应力支护体系，可提高巷道围岩承载能力，有效地减小巷道围岩变形量，取得了良好的支护效果。现场观测表明，沿空掘巷变形量较小，在工作面回采期间巷道围岩整体稳定性较好，顶板离层量控制在要求范围内，顶板围岩内部破碎程度低，能够满足安全生产的要求。
参考文献：
[1]侯朝炯，郭励生，勾攀峰等.煤巷锚杆支护[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.
[2]陈乐团，常玉林.沿空掘巷锚杆支护设计与应用[J].煤炭工程，2003（5）：35-36.
作者简介：徐澎（1986.10），男，安徽省淮北市人，现供职国投新集能源股份有限公司刘庄煤矿地测科.
[关键词]巷道掘进 沿空掘巷 围岩控制 支护设计
中图分类号：TD322.3 文献标识码：A 文章编号：
0引言
随着人类对煤炭需求量的日益增加，开采规模不断扩大，浅部易采的煤炭资源日趋枯竭，地下矿山向深部开采是必然趋势。巷道支护是煤炭开采中一项关键技术，可靠的支护技术是实现矿井安全、高效的必备条件。巷道之间保留煤柱，以及巷道与回采工作面之间保留煤拄护巷一直是煤矿中传统的护巷方法，对提高煤炭资源的采出率极为不利。近年来，无煤柱护巷技术得到迅速发展，沿空掘巷是我国无煤柱护巷的主要形式，在国内外己获得广泛应用。沿空掘巷技术对合理开发地下资源，提高煤炭采出率，延长矿井开采期限具有重要意义，采用沿空掘巷的方法维护回采巷道的必然趋势，也是支护技术改革的关键技术之一。
1沿空掘巷围岩活动规律
1）沿空掘巷顶板破断规律
上区段工作面回采结束后，采空区上覆岩层垮落，老顶在采空区边缘发生断裂，形成“O-X”破断。工作面不断向前推进，老顶周期破断，在工作面端头破断，形成弧形三角块（如图1所示）。直接顶岩层跨落后，老顶弯曲下沉向采空区倾斜。沿工作面倾向，岩体A、岩块B、岩块C组成铰接结构。岩块B对沿空巷道上覆岩层结构的稳定起重要作用，块体B的回转变形对下方巷道围岩具有重要影响。
2）沿空掘巷矿压显现规律
沿空掘巷中窄煤柱护巷指巷道与采空区之间保留3～5m宽的煤柱，待采空区岩层活动结束，采动应力趋于稳定后掘进巷道，沿空掘进的巷道位置处于残余的支承压力峰值下。掘进巷道会破坏原有平衡，围岩应力重新分布，煤柱强度急剧降低失去承载能力，并向巷道方向强烈位移。围岩应力重新分布，在煤体一侧会出现新的破裂区、塑性区，支承压力向煤体深部转移。因此，掘进巷道时，围岩会产生明显变形，表现为两帮移近、顶板下沉和底板鼓起。
2沿空巷道支护技术
2.1掘进期间支护技术分析
当回采巷道采用小煤柱沿空掘巷时，要保证巷道支护系统具有良好的支护性能，由于窄煤柱沿空掘巷围岩变形剧烈程度与巷道围岩介质属性和上覆岩体结构关系很大，而巷道上覆岩体结构的载荷变化和结构的运动方式决定了巷道在回采期间大变形的必然性，这就要求巷道支护形式能够适应大的围岩变形，实现支护系统的高强可缩，具有这样特征的支护形式只有锚杆支护系统才能满足这些要求。
2.2回采期间支护技术分析
1）合理加强支护范围
合理的超前加强支护对保持沿空巷道围岩稳定性有着重要的作用，一般煤矿都是凭借实体煤巷道超前加强支护的范围来类比确定超前加强支护范围，超前支护的范围为2）30m不等，在巷道遭到支承压力影响破坏后才进行维护、加强支护，所以造成沿空巷道维护难度大、维护成本高、制约回采工作面的安全生产。沿空巷道上覆岩层结构决定了本区段超前支承压力对其影响较敏感，主要是因为受采动影响，上覆岩层在支承压力作用下由静止状态变为运动状态，煤柱本来呈塑性状态，其承载能力较低，在超前支承压力作用下，表现出大的位移，甚至整体向巷道内移。因此沿空巷道超前加强支护范围要和支承压力影响范围一致，确定合理的超前加强支护范围采用理论计算并辅以计算机数值模拟同时进行研究确定。
2）加强支护形式选择
沿空巷道在回采期间，其上覆岩层在支承压力作用下由静止变为运动状态，大结构发生回转变形，而巷道围岩小结构变形与大结构变形不同步，锚索的支护强度不够。同时由于煤柱在支承压力作用下变得更加破碎，承载能力进一步降低，表现出向巷道内大的位移。因此要从根本上解决沿空巷道超前加强支护的问题，必须充分利用巷道围岩的自身承载作用，在超前工作面支承压力影响范围内补打锚索，补强顶板锚固范围的围岩，使其与上覆岩层锚固成一整体，同时在巷道内补架采用单体液压支柱的加强棚。同时在沿空侧煤帮沿倾斜向上方向顶板补打帮锚索，增加煤柱的围压，以限制煤柱向巷道内位移，充分利用煤体的强度支撑顶板。
3工程实践
某矿沿空机巷采用锚网索支护，矩形断面，净高×净宽=4.2m×2.3m（轨面以上高度），净断面积10.5m2，，掘进断面积11.5m2，。沿空机巷异常带锚网索支护不能满足支护要求时采用U29型梯形棚支护，净高2.3m（轨面以上高度），腰扎3.7m，棚距700mm，如压力较大，可缩小棚距至500mm，净断面积8.2m2，掘进断面积l0.4m2。
沿空机巷采用锚网索支护作为永久支护，顶部锚杆采用20mm，L=2000mm树脂锚杆，间排距750mm×700mm，铺设菱形金属网配合钢带支护，菱形金属网的规格为长×宽=5.0m×0.9m，钢带为长4.2m钢带梁。帮部采用20mm，L=2000mm的树脂锚杆，间排距750mm×700mm，铺设高强塑料网配合木托盘进行支护，高强塑料网规格为长×宽=3m×l.3m，网与网之间顺茬搭接，压茬100mm，压茬处每隔0.4m用双股10#铁丝扎紧，木托盘规格为350mm×250mm×50mm。为加强顶板管理，在巷道内施工两排锚索，间排距为2m×5m，如顶板条件不好时，及时缩小锚索间排距为2m×3m。锚索长度根据实际顶板岩性进行选择，要求锚索生根于坚硬岩石中长度不少于lm，但其最小长度不得小于5.5m。具体支护参数如图2所示。
4结论
沿空掘巷开采技术减少了传统区段间留设宽煤柱造成的煤炭损失，采用锚网索高强度预应力支护体系，可提高巷道围岩承载能力，有效地减小巷道围岩变形量，取得了良好的支护效果。现场观测表明，沿空掘巷变形量较小，在工作面回采期间巷道围岩整体稳定性较好，顶板离层量控制在要求范围内，顶板围岩内部破碎程度低，能够满足安全生产的要求。
参考文献：
[1]侯朝炯，郭励生，勾攀峰等.煤巷锚杆支护[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.
[2]陈乐团，常玉林.沿空掘巷锚杆支护设计与应用[J].煤炭工程，2003（5）：35-36.
作者简介：徐澎（1986.10），男，安徽省淮北市人，现供职国投新集能源股份有限公司刘庄煤矿地测科.