都韜任

(龍煤雞西礦業(yè)有限責(zé)任公司新發(fā)煤礦 黑龍江 雞西 158100)

淺談煤礦沿空留巷支護技術(shù)

都韜任

(龍煤雞西礦業(yè)有限責(zé)任公司新發(fā)煤礦 黑龍江 雞西 158100)

針對礦井煤炭資源日趨緊張的實際情況，為最大限度回收煤炭資源，延長礦井開采壽命，煤礦推行科技興企戰(zhàn)略，采用沿空留巷工藝，進一步解放了呆滯煤量，提高了煤炭資源回收率，提升了企業(yè)效益。沿空留巷技術(shù)就是煤礦開采技術(shù)的一項重大改革，它對提高煤炭回收率，降低掘進率，緩解采掘接替的緊張狀況，提高礦井的經(jīng)濟效益都有十分重要的意義。

煤礦;沿空留巷;切頂卸壓

一、沿空留巷原理

沿空留巷在采動高應(yīng)力作用下，圍巖發(fā)生大變形，破裂區(qū)、塑性區(qū)范圍大，巷內(nèi)支護通常采用既能起到主動支護，又能適應(yīng)于圍巖大變形的高強度錨桿作基本支護。支護目的是提高并發(fā)揮圍巖的自承能力，實現(xiàn)支護體與圍巖共同承載。Gramberger該準(zhǔn)則是，脆性巖石的初始破裂總是拉應(yīng)力所致，而且初始破裂面總是垂直于拉應(yīng)力方向;或者說初始破裂面總是平行于最大主應(yīng)力和中間主應(yīng)力，垂直于最小主應(yīng)力。該準(zhǔn)則對于判斷巖石初始破裂面方向是十分有效的。如果發(fā)現(xiàn)巖石的初始斷

面發(fā)展方向，該準(zhǔn)則可以判斷巖石的主應(yīng)力方向及其大小。因此，Gramberger準(zhǔn)則對于研究地下工程的支護前期作用是很有用的［1］。

二、預(yù)裂爆破基礎(chǔ)理論

堅硬頂板的基本物理力學(xué)特性具有巖石彈性模量大、抗壓強度高、巖層節(jié)理裂隙和斷裂構(gòu)造不發(fā)育、巖層整體性強以及分層厚度大等特點。初釆期間，為了讓堅硬頂板提前斷裂垮落，必須采取一些措施改變堅硬頂板的物理力學(xué)特征，其中改變巖石的彈性模量和抗壓強度比較難。但是，用爆破的方法可以改變巖石的整體性，增加巖石的裂隙，從而弱化頂板，促使頂板提前跨落。爆破是目前破碎巖石最常用的一種手段，由于具體爆破時的工程地質(zhì)條件、巖體的不均質(zhì)、爆炸的高溫、髙壓等特點，世界各國學(xué)者經(jīng)過長期的現(xiàn)場實踐，并借助了一些髙科技手段對爆破的各種現(xiàn)象進行觀測和解釋，并提出了各種假說和理論［2］。巖體爆破破碎的原因主要有三種:

(一)爆生氣體膨脹壓力理論

該理論認為巖體的破壞主要是由于爆生氣體的壓力，炸藥爆炸后，爆生氣體膨脹并對炮孔壁產(chǎn)生壓力場。這種應(yīng)力導(dǎo)致巖石質(zhì)點的徑向位移，從而產(chǎn)生徑向裂隙。不同方向上的阻力不等，爆炸后引起的質(zhì)點位移也不同，最小抵抗線方向離自由面最近，因此阻力也最小，質(zhì)點在該方向的位移最大。各方向質(zhì)點位移的不同導(dǎo)致剪應(yīng)力，剪應(yīng)力超過巖體抗剪強度導(dǎo)致巖體剪切破壞。如果還有剩余能量，爆生氣體將對巖體產(chǎn)生拋擲作用。

(二)應(yīng)力波反射理論

該理論認為巖體的破壞主要是由于應(yīng)力波反射造成。爆炸后爆轟波沖擊炮孔，之后轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)力波，應(yīng)力波遇到自由面反射轉(zhuǎn)變?yōu)槔鞈?yīng)力波。反射的應(yīng)力波超過巖體的抗拉強度時，巖體發(fā)生拉伸破壞。巖體的

破壞是從自由面向爆心擴展的，爆生氣體的膨脹壓力比應(yīng)力波小得多，并且?guī)r體的抗壓強度比抗拉強度大得多，因此巖體破壞的主要原因是應(yīng)力波反射的拉伸應(yīng)力波。

(三)爆生氣體膨脹壓力和應(yīng)力波反射共同作用理論

該理論認為巖體的破壞是爆生氣體膨脹壓力和應(yīng)力波反射共同作用的結(jié)果，它們分別在爆破的不同階段發(fā)揮作用。爆炸產(chǎn)生的爆轟波傳播到炮孔壁后在巖體中迅速衰減為應(yīng)力波，應(yīng)力波在炮孔周圍造成巖體的“壓碎”，并且在壓碎區(qū)域的外圍造成徑向裂隙，之后爆生氣體滲入裂隙并不斷沿徑向擴展，使得裂隙進一步擴張，直到能量耗盡，裂隙停止擴展，沖擊波在巖體破壞中占有非常重要的作用。

三、切頂卸壓沿空留巷技術(shù)

沿空留巷是為了回收傳統(tǒng)采礦方式中預(yù)留的保安煤柱，采用一定的技術(shù)手段將上一區(qū)段的順槽重新支護留給下一個區(qū)段使用，對原順槽位置進行保留的一種技術(shù)方法。但未施工切頂卸壓沿空留巷的下幫會切頂，給恢復(fù)帶來較大的難度，且在回采過程中壓力較大，頂板管理難度大，而施工切頂卸壓的話不僅可以使頂板下沉量小，完整度較好且恢復(fù)方便，同時還可以降低掘進率及生產(chǎn)成本，解決采煤工作面銜接緊張局面，可以說切頂卸壓沿空留巷技術(shù)是目前最先進的一種無煤柱護巷技術(shù)。切頂卸載就是采用各種技術(shù)手段將沿空留巷靠采空區(qū)一側(cè)的頂板切落下來，既消除采空區(qū)內(nèi)的懸頂，又將頂板斷裂線推移到巷道外側(cè)的采空區(qū)內(nèi)，而巷內(nèi)頂板一端以煤璧為支撐，另一端則按巖層斷裂角由下往上斷裂跨落，形成組合式的“懸臂梁”結(jié)構(gòu)，巷道就處于該結(jié)構(gòu)的保護下，巷內(nèi)支護的主要作用是維持直接頂?shù)耐暾裕M量減小直接頂之間和直接頂與老頂之間的離層。

(一)切頂卸壓沿空留巷力學(xué)機理

通過切頂爆破的預(yù)裂切縫改變了沿空巷道上覆懸伸頂板巖體的結(jié)構(gòu)，將巷道上覆巖層形成的懸臂縮短，減輕了沿空留巷巷道內(nèi)支護的壓力。留巷支護體只需承擔(dān)巷道寬度上方一定范圍內(nèi)的巖體產(chǎn)生的重力及扭力即可，切頂將明顯改變留巷只護體所承受的壓力，使留巷更加容易。通過錨索的懸吊作用及巷旁只護體的支撐作用將回采工作面回采運輸巷頂板對下鄰工作煤柱的懸臂梁改變?yōu)閮啥酥С辛?，降低了煤柱的壓力。在采場頂板周期來壓作用下，懸伸巖層在上覆壓力擠壓下沿預(yù)裂面切落，極大消散了回采工作頂板對沿空留巷的壓力影響。將沿空留巷視為一項系統(tǒng)工程，對需要保留的巷道掘進前預(yù)先考慮后期沿空留巷技術(shù)的需要，增加錨索支護，使沿空留巷后的巷內(nèi)支護體強度滿足采動影響的要求［3］。

(二)切頂卸壓沿空留巷的優(yōu)勢

切頂卸壓在沿空留巷中的施工技術(shù)應(yīng)用表明，與傳統(tǒng)護巷技術(shù)相比較，沿空留巷在技術(shù)上和經(jīng)濟上都其有很大的優(yōu)越性，不僅可使采區(qū)回采率提高，使采區(qū)巷道的掘進率降低，避免了工作而接替緊張的局面;而且可以使護巷成本降低，節(jié)約掘進費支護，其有很高的社會和經(jīng)濟效益但同時此種方法也存在著諸多問題，如炸藥在聚能爆破管內(nèi)的防滑措施未很好解決，沿空留巷支護時安全很難保障，這些都需要我們根據(jù)不同的頂板結(jié)構(gòu)和頂板巖性設(shè)計鉆孔的間距及裝藥系數(shù)，利用最佳的施工效果來對沿頂板掘進未破頂?shù)腻^桿巷道進行支護施工，并且往前推進的過程中，必須加強端頭的支護，及時拉架，以保障施工人員的安全，同時可以保證支護施工的質(zhì)量。只有做到這些，我們才能真正實現(xiàn)無煤柱開采，不僅可以最大限度回收資源，避免煤體損失，而且可以保障施工的安全和質(zhì)量，最大限度地帶來更多的社會和經(jīng)濟效益。

對有沖擊地壓的采空區(qū)四周進行切頂卸壓 (開采前對開切眼切頂，回采過程中對兩巷切頂，根據(jù)推進距離進行工作面的切頂)，減小來壓范圍和來壓強度，防止工作面大面積頂板來壓形成沖擊地壓。對堅硬直接頂進行定期切頂卸壓，減小直接頂來壓步距和來壓強度，讓直接頂垮落后充填采空區(qū)，防止老頂?shù)拇竺娣e來壓對工作面支架造成的損壞。

四、結(jié)束語

綜上所述，在對沿空留巷理論進行分析，結(jié)合深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，提出了切頂卸壓沿空留巷支護技術(shù)，通過深孔爆破人為在沿空留巷頂板切縫，利用工作面頂板的來壓切斷頂板，減少頂板懸臂長度，降低沿空留巷頂板壓力，改變圍巖應(yīng)力環(huán)境，有利于沿空留巷頂板支護及穩(wěn)定。

［1］賈世林.近距離煤層下沿空留巷支護技術(shù)研究 ［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2017，(10):58－59.

［2］楊富強，相嘯宇，張玉寶，等.堅硬頂板沿空留巷巷旁支護技術(shù)及工程應(yīng)用 ［J］.煤炭工程，2017，(08):78－81.

［3］黃士輝.沿空留巷巷旁充填支護技術(shù)研究與應(yīng)用 ［J］.山東煤炭科技，2017，(01):1－3.

都韜任 (1989－)，男，漢族，黑龍江雙鴨山人，新發(fā)煤礦安全監(jiān)察部副部長，助理工程師，大學(xué)本科，龍煤雞西礦業(yè)有限責(zé)任公司新發(fā)煤礦。