沿空留巷围岩控制技术分析

沿空留巷围岩控制技术分析

刘锦江

宁夏瑞鸿韦二矿业有限公司  751303

摘要：沿空留巷具有煤炭回收率高、巷道掘进率低、采掘街接合理、技术经济效益显著等优点,并且有利于巷道布置改革,从而为前进式、往复式开采法的应用创造条件。多年来它一直是我国煤炭开采的重要技术发展方向。文章主要对沿空留巷围岩控制技术进行了分析。

关键词：沿空留巷；围岩；控制技术

前言：在矿井生产中，沿空留巷围岩控制技术是一项至关重要的技术。它不仅关系到矿井的安全生产，还直接影响到矿井的经济效益和矿工的生命安全。沿空留巷的围岩具有其特殊的性质，主要表现在岩石的稳定性差、易受地质条件的影响以及容易发生变形和坍塌等。这些特性决定了围岩控制的难度和重要性。因此，科学的围岩控制技术显得尤为重要。

1沿空留巷围岩特点

1.1稳定性

由于沿空留巷的位置处于工作面边缘，所以围岩受到的压力较大，这要求围岩具有较高的稳定性。此外，如果留巷操作过程中遵循合适的掘进方法和合理的空间设计，可以有效增强围岩的稳定性能。

1.2承载能力

围岩在采煤和运输过程中扮演着支撑作用，尤其是在没有使用传统支护的情况下，更需要围岩具有较好的承载能力。其强度和刚度对于巷道的使用寿命和安全性能有着至关重要的影响。

1.3变形特性

沿空留巷的围岩会因为长期受压而发生变形，包括弹塑性变形和流变等。这种变形对巷道的断面尺寸和形状都有一定的影响，需要密切关注并采取相应措施。

1.4破碎性

由于受到工作面和周边地质环境的影响，围岩可能会出现破碎的情况，进而对沿空留巷的使用安全产生不良影响。同时，围岩破碎也是煤矸外排等事故发生的原因之一。

2围岩特性分析

沿空留巷围岩的力学特性复杂多变，其变形规律和破坏机制受到多种因素的影响。首先，地质条件对围岩稳定性起着关键作用。矿岩体性质、节理裂隙发育程度、产状等共同构成矿山地质条件，矿体在成矿过程中或成矿后经过地质构造运动形成的地质条件，会直接影响围岩的力学特性。

工程环境也是影响围岩稳定性的重要因素。应力环境、地下水环境和温度环境等共同构成巷道工程的赋存环境，其中应力环境尤为关键。与其他地下工程相比，巷道围岩的应力场受原岩应力和采场应力环境的双重影响。随着采深增加，矿山压力加大，采动影响范围变大，会增加沿空留巷围岩控制难度。比如，巷道煤帮侧塑性区范围较大，增加了巷帮煤体的控制难度；巷道围岩破坏具有很强的冲击破坏性，围岩的动力响应具有突变性。

应力状态对围岩稳定性的影响也不可忽视。巷道进行开挖后，围岩原有的平衡力状态被打破，应力重新分布，破碎区、塑性区、弹性区等出现在巷道周边围岩中。破碎区的围岩产生碎胀变形，为围岩变形能量释放提供了补偿空间，使得应力进一步转移到深部，重新构建新的平衡状态。对于高应力软岩巷道，掘进过程中围岩应力集中，塑性区发展快，巷道两帮变形较大，底鼓影响了巷道的整体稳定性。

3沿空留巷围岩控制技术

3.1被动支护沿空留巷技术

棚式支护沿空留巷技术是较为传统的支护方式。其优点在于能及时达到支护强度，较少影响采煤效率。然而，它的缺点也较为明显。对动压荷载的承受能力弱，在面对复杂地质构造的岩层时，往往难以发挥有效的支护作用。例如，在一些地质条件复杂的矿区，当遇到断层、褶皱等地质构造时，棚式支护可能无法承受采动过程中产生的动压，导致巷道变形严重，甚至出现坍塌的危险。据统计，在部分复杂地质条件的矿区，采用棚式支护沿空留巷技术后，巷道变形率可达 20% 以上，后期维护成本高昂。而且，在深部岩层中的应用较为困难，使用时需要耗费大量的支护材料，导致成本增加。如在某深部矿井中，采用棚式支护沿空留巷技术，支护材料费用占整个沿空留巷成本的 40% 左右。

3.2主动支护沿空留巷技术

锚杆支护及锚杆、锚网、锚索联合支护沿空留巷技术作为主动支护方式，具有显著的优势。它能改变巷道围岩应力分布状态，提升巷道稳定性，起到良好的加固作用。通过锚杆、锚索的锚固作用，将巷道周围的岩体连接在一起，形成一个整体，共同承受采动压力。例如，在一些矿区的应用中，采用这种支护方式后，巷道围岩的应力集中现象得到明显改善，巷道变形量减少了 30% 左右。但是，该技术在实际应用时存在施工较为困难的局限性。特别是采用密集间排距布置锚杆、锚索时，施工难度更大，进而导致效率降低，影响经济效益。在一些复杂地质条件下，施工难度会进一步增加，如在破碎岩层中，锚杆、锚索的安装难度大，锚固效果难以保证。

3.3巷旁充填体沿空留巷技术

巷旁充填体沿空留巷技术是指在煤矿开采过程中，在采空区侧采用充填材料构筑充填体，以支撑顶板，控制围岩变形。其原理是利用充填体的支撑作用，分担顶板压力，减少巷道围岩的变形。这种技术在控制围岩稳定性方面具有重要作用。充填体可以有效地隔绝采空区，防止采空区瓦斯、水等有害气体和液体的泄漏，同时也能减少采空区对巷道的影响。例如，在一些矿区的应用中，采用巷旁充填体沿空留巷技术后，采空区瓦斯泄漏量减少了 50% 以上，有效地保障了矿井的安全生产。此外，充填体还可以根据实际情况进行调整，以适应不同的地质条件和开采要求。目前，常用的充填材料有高水材料、膏体材料等。这些材料具有不同的特点和适用范围，可以根据具体情况进行选择。例如，高水材料具有凝固速度快、强度高等特点，适用于快速推进的工作面；膏体材料具有流动性好、充填密实等特点，适用于复杂地质条件下的沿空留巷。

4设计优化与结构稳定控制

4.1合适的支护形式和结构形式

在沿空留巷结构设计中，避免形成固体矩形巷道至关重要。应重点考虑围岩应力分布和截面形状等因素，选择合适的支护形式和结构形式。例如，可以采用拱形巷道结构，根据实际数据显示，在某些矿区采用拱形巷道后，围岩应力分布更加均匀，巷道的承载能力提高了约 20%。

4.2考虑支护材料因素

在巷道支护中，支护材料的强度、抗压性等因素直接影响巷道的稳定性。应采用灵活支护方式提高巷道稳定性，同时减少巷道断面的烈度。例如，使用高强度锚杆和锚索，其抗拉强度可达到 200kN 以上，能够有效控制围岩变形。此外，还可以采用新型的复合材料支护，如碳纤维增强复合材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，在一些特殊地质条件下的沿空留巷工程中取得了良好的效果。

4.3深入研究巷道构造与土岩体力学性质

设计中应充分考虑巷道构造与巷道走向的主要影响因素，通过对巷道结构和土岩体力学性质的深入研究，提高巷道的稳定性和使用效率。例如，根据土岩体的力学性质，合理确定巷道的布置方向，避免与主要应力方向垂直，可减少巷道围岩的应力集中，降低巷道变形的风险。

4.4采用基于风险控制的优化方法

巷道设计应采用基于风险控制的优化方法，通过建立合适的安全控制模型和较佳的权衡模型来实现巷道设计的最优化。例如，可以利用数值模拟技术，对不同的设计方案进行风险评估，确定最优的设计方案。同时，在施工过程中，应加强监测和预警，及时调整设计方案，确保巷道的安全稳定。

结束语：

综上所述，沿空留巷围岩控制技术是矿井安全生产的重要组成部分。通过掌握关键要素、选择合适的技术方法并加强管理和监测工作，可以有效地维护巷道的稳定性并保障矿井的安全生产。

参考文献：

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