趙忠證

摘 要：該文分析了煤礦開采中沿空留巷開采方式的特點和存在的主要問題，并對當前煤礦生產(chǎn)中常用的密集支柱支護、矸石帶支護和巷旁泵充填支護的主要特點，最后以沿空留巷帶支護設(shè)計為例，討論了采煤工作面的支護問題。

關(guān)鍵詞：煤礦 工作面 支護

中圖分類號：TD8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-01

煤礦采煤工作面的有效支護是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要保障。工作面的支護方式受較多因素的影響，如煤層的存儲條件、礦壓觀測值等，需要對這些因素做綜合分析和計算后才能確定最合理的工作面支護方式。在早期的煤礦開采中，一般采用定性分析的方式來確定開采面的支護，受經(jīng)驗的影響較大，可靠性不高。隨著礦山壓力控制理論的逐步完善，定量計算方法被逐步采用。頂板管理方法在實踐中采用最多，也取得了很多的經(jīng)驗，關(guān)鍵因素是合理確定支護的強度，這和圍巖特性和礦壓控制標準有直接關(guān)系。在確定了支護強度后，就是要選擇合適的支護方式，根據(jù)現(xiàn)場情況的不同可采取常規(guī)的支護或特殊處理的支護方式來完成對巷道和工作面的支護。常規(guī)支護要求能保護頂板即可，在情況特殊時要求支護能夠預防對懸頂、滑動、沖擊等頂板事故。因此對于煤礦支護來說，關(guān)鍵問題就是確定支護強度和支護形式（支護密度）的選擇，該文將就這些問題展開討論。為了提高研究的針對性，該文以沿空留巷的無煤柱護巷方式為例。

1 沿空留巷的特點與主要問題分析

在煤礦開采工藝中，沿空留巷屬于無煤柱開采工藝的一種（另一種是沿空掘巷），這一方式的特點是將已采工作面后方的運輸順槽或回風順槽用一定方法沿采空區(qū)保留下來，作為下一工作面的順槽。煤礦采用沿空留巷的開采方式能夠提高開采效率，對于巷道的維護有利，其優(yōu)點是非常明顯的。多數(shù)煤礦的回采巷道長度都在煤礦巷道總長度占有一半以上的比例，因此以沿空留巷作為維護回采巷道的方式既有現(xiàn)實需求又具有技術(shù)上的優(yōu)勢，是值得深入研究的課題。

從應用的角度來看，沿空留巷方式在各種類型的煤層開采中都有不同規(guī)模的采用，但仍然存在一些問題。這些問題主要表現(xiàn)在對支護進行設(shè)計時考慮不夠全面，往往只考慮一次采動的影響，巷內(nèi)支護體強度不能滿足二次采動的需要，巷內(nèi)支護和巷旁支護不匹配，從而影響到留巷的效果。對于巷內(nèi)支護而言，一般都采用被動金屬支架來完成支護，在保障巷道的穩(wěn)定方面安全保障程度不夠理想，主要體現(xiàn)在支護方式和相應的參數(shù)選擇上不合理，受巷道圍巖變形的影響大，且隨著圍巖變形量的增加，需要大量增加支護的數(shù)量和加密棚距，成本會大幅增加。在計算理論方面，一般也這只考慮頂板巖層和支架之間的相互作用關(guān)系，對煤層和頂板巖層之間的關(guān)系考慮不足。在計算時在力學上的簡化必然導致支護設(shè)計時的不足，間接影響支護參數(shù)的選擇，可能為煤礦的安全生產(chǎn)留下隱患。

2 常用巷旁支護技術(shù)概述

2.1 密集支柱支護方式

密集支柱巷旁支護形式指隨工作面推過之后，在采空區(qū)邊緣新架設(shè)的密集支柱。這類支護方式施工較為方便，架設(shè)支架的工作量小，具有較好的早期支撐性能。但密集支柱在完成架設(shè)后受外界干擾較大，由于巷道沉降不均勻，但隨著圍巖變形，或頂板剛度不足，可能形成頂?shù)匕逍遁d而失去切頂作用。因此密集支柱型的支護方式最大的問題就是穩(wěn)定性問題，能否采用密集支柱支護方式主要取決于頂板巖石的穩(wěn)定程度，對煤層厚度也有一定的要求。

2.2 矸石帶支護方式

將矸石帶作為巷旁支護的形式在煤層厚度較薄時（厚度在1.5m以下）廣泛采用，由于矸石帶承載面積大，穩(wěn)定性比密集支柱方式更為理想，加之矸石帶具有加大的可壓縮量，壓實后穩(wěn)定性很好。但在巷道中構(gòu)筑矸石帶工程量很大，需要較多的依賴于人力，要大面積構(gòu)筑矸石帶成本也較高，矸石帶巷旁支護在對脆性頂板時效果不理想，可能造成頂板沿煤壁斷裂。和矸石帶支護類似的巷旁支護方式是料石垛巷旁支護，其優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)切頂卸載，巷道內(nèi)的變形控制也較理想，但缺點是料石垛在巷道內(nèi)可能受力不均而出現(xiàn)自身的變形破壞。

2.3 巷旁泵充填支護

前面兩種支護方式都存在著支撐阻力不足，或者工作量大的問題，但巷旁泵充填支護能夠克服這些不足。因巷旁泵充填支護技術(shù)的原理是在巷道內(nèi)連續(xù)填充砌筑密封墻的形式來完成支護，因此支護的連續(xù)性和穩(wěn)定性都要高于前兩種離散型的支護方式。盡管這種支護方式可靠性較高，但其原料一般為硬石膏或硅酸鹽水泥，因此成本會更高。

3 沿空留巷帶支護設(shè)計

沿空留巷的支護需要能夠控制圍巖的變形幅度，支架要能夠較好的滿足圍巖的變形規(guī)律。因此支護的設(shè)計其實就是盡可能的協(xié)調(diào)支架和圍巖之間的相互作用，在設(shè)計時就是要正確估計支柱的垂向力和切向力，并以此為依據(jù)來估計支護的幾何尺寸。現(xiàn)分別簡述如下。

（1）垂向力的計算 這類計算的目的是確定巷旁的支護阻力，考慮因素是巷道的維護寬度、垮落層數(shù)、每層巖層的平均容重和抗拉強度等，具體可按下式計算：

其中，F(xiàn)為支護阻力，參數(shù)a表示巷道的維護寬度，計算時按巷內(nèi)寬度加上支護寬度一同計算，n表示支護的垮落層數(shù)，r為巖層的平均容重，以每立方米的MN計算，h為切頂巖層的分層厚度，a為切頂巖層垮落角的余角，以角度值表示，Ln為垮落頂板巖塊長度。

當留巷上方采空區(qū)頂板懸頂較大時會對支護體造成較大的壓力，為了保證巷道的穩(wěn)定性，如果頂板完整性較好，需要采用切頂墩柱的方式效果往往不夠理想。為了降低沿空留巷帶的荷載，需要采取挑頂卸壓人工強制放頂?shù)姆绞?，降低巷道的維護寬度。

（2）支柱切向力的計算 該部分計算主要是計算巖塊垮落時對頂板造成的沖擊力，由于巖塊對頂板的沖擊屬于動荷載，因此需要計算最大沖擊力和最小沖擊力。在計算時主要依據(jù)的是破碎的巖塊從頂板掉落至工作面后的速度，以及由于擋板的阻擋在擋板上造成的沖擊力。計算過程中的一個重要影響因素是巖塊和擋板的接觸時間，一般可估計為1。在計算出沖擊力的范圍后，在考察不同的支護方式的承受能力來確定具體的支護方式。

（3）頂板支護 頂板支護主要針對工作面運輸巷、回風巷的超前支護，支護的基礎(chǔ)應選在結(jié)實的地面上，頂梁成直線，上方起伏不平處應墊木料接實頂板。在必要時可對運輸巷、回風巷進行加強支護，加強支護的是死后和超前支護類似。

參考文獻

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