煤柱是井工煤礦開采過程中，為保證煤炭生產(chǎn)與安全而保留的、暫時(shí)或永久不開采的煤體。煤柱類型包括地面建筑物保護(hù)煤柱，隔離煤柱，護(hù)巷煤柱等。
無煤柱開采是通過合理的開拓部署、采煤工作面和巷道布置及采掘順序，取消護(hù)巷煤柱的采煤方法。其具有消除應(yīng)力集中、降低動(dòng)力災(zāi)害、減少巷道掘進(jìn)量、減少煤炭損失、改善采煤工作面通風(fēng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過60多年的研究與試驗(yàn)，我國無煤柱開采方法及圍巖控制技術(shù)取得長足發(fā)展。
近日，受《煤炭學(xué)報(bào)》編輯部邀約，康紅普院士撰寫長文綜述《無煤柱開采圍巖控制技術(shù)及應(yīng)用》（點(diǎn)擊“閱讀原文”下載全文），并于1月14日網(wǎng)絡(luò)首發(fā)。研究綜合分析了沿空留巷、沿空掘巷、跨巷開采及采空區(qū)布置巷道等無煤柱開采方法及適用條件、圍巖控制取得的研究成果。
在沿空留巷方面的主要內(nèi)容為：不同開采系統(tǒng)的沿空留巷類型、圍巖變形與破壞特征；沿空留巷結(jié)構(gòu)力學(xué)模型及圍巖與支護(hù)作用關(guān)系；沿空留巷巷內(nèi)基本支護(hù)、巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)、巷旁支護(hù)形式及支護(hù)性能；爆破與水力壓裂圍巖卸壓機(jī)理及技術(shù)；沿空留巷斷面優(yōu)化及維護(hù)時(shí)間控制；沿空留巷支護(hù)設(shè)計(jì)原則及沿空留巷安全技術(shù)。
在沿空掘巷方面，論述了沿空掘巷的類型及小煤柱尺寸設(shè)計(jì)方法，分析沿空掘巷圍巖結(jié)構(gòu)特征、圍巖變形的主要影響因素及沿空掘巷圍巖控制技術(shù)。
研究介紹了跨巷無煤柱開采的類型，分析巷道與采煤工作面底板的垂直距離、工作面邊界至巷道的水平距離等參數(shù)對(duì)跨采巷道圍巖變形的影響。
論述了在采空區(qū)布置巷道的方式：在采空區(qū)形成巷道和掘進(jìn)巷道，分析采空區(qū)巷道的應(yīng)力環(huán)境及施工存在的難點(diǎn)。
中煤科工開采研究院有限公司（原煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所）長期從事無煤柱開采圍巖控制技術(shù)研究與推廣應(yīng)用工作。近年來開發(fā)出支卸組合泵充混凝土支柱沿空留巷圍巖控制成套技術(shù)、泵充混凝土墻與卸壓聯(lián)合圍巖控制技術(shù)，在陜西、山西、內(nèi)蒙等省區(qū)得到推廣應(yīng)用，取得良好效果。
陜西何家塔煤礦沿空留巷布置圖
何家塔煤礦沿空留巷支護(hù)方案
研究詳細(xì)介紹了陜西何家塔煤礦支卸組合泵充混凝土支柱沿空留巷、山西野川煤礦泵充鋼筋混凝土墻與水平長鉆孔水力壓裂卸壓沿空留巷圍巖控制兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例，分析沿空留巷圍巖變形控制效果。
為了進(jìn)一步做好無煤柱開采圍巖控制技術(shù)研究、試驗(yàn)工作，繼續(xù)擴(kuò)大無煤柱開采的應(yīng)用范圍，研究人員最后提出以下建議與發(fā)展方向。
(1) 加強(qiáng)無煤柱開采巷道布置、開采順序優(yōu)化研究，結(jié)合不同的開采系統(tǒng)與工藝，確定合理的巷道掘進(jìn)、留巷時(shí)空方案。在條件適宜、不違反煤礦安全規(guī)程的條件下，作為后退式開采的補(bǔ)充，可局部應(yīng)用前進(jìn)式開采沿空留巷技術(shù)，以發(fā)揮前進(jìn)式開采系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。
(2) 加強(qiáng)大采高、綜放開采等高強(qiáng)度開采條件下無煤柱開采的適應(yīng)性研究；加強(qiáng)復(fù)雜困難條件沿空留巷、沿空掘巷圍巖變形與破壞機(jī)理研究，提出更合理的圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型；深化對(duì)圍巖與支護(hù)相互作用關(guān)系的研究，提出更可靠的支護(hù)阻力估算方法。
(3) 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度錨桿錨索支護(hù)已成為沿空巷道的基本支護(hù)方式，錨索成為巷道補(bǔ)強(qiáng)的有效手段。應(yīng)開發(fā)適合大變形、有動(dòng)力災(zāi)害沿空巷道的超高強(qiáng)度、高延伸率、高沖擊韌性錨桿錨索材料，提高圍巖大變形控制效果，保證巷道安全。繼續(xù)開發(fā)性能更優(yōu)越的沿空留巷加強(qiáng)支護(hù)形式，不僅提高支護(hù)效果，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)。
(4) 巷旁支護(hù)是沿空留巷的關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)繼續(xù)研究適合不同地質(zhì)條件的巷旁支護(hù)形式，開發(fā)性能優(yōu)越、成本低的充填材料，進(jìn)一步優(yōu)化巷旁支護(hù)參數(shù)，提高早期承載能力、保證長期承載能力、滿足所需的變形能力。
(5) 加強(qiáng)沿空留巷巷內(nèi)基本支護(hù)、加強(qiáng)支護(hù)及巷旁支護(hù)在支護(hù)強(qiáng)度、剛度及變形能力等方面的匹配性研究，充分發(fā)揮三種支護(hù)在時(shí)間與空間上的支護(hù)優(yōu)勢(shì)，通過三者協(xié)同支護(hù)，有效控制沿空留巷圍巖變形與破壞。
(6) 沿空巷道卸壓機(jī)理、支卸協(xié)同作用原理與技術(shù)還需要深入研究。研究各種卸壓方法的適應(yīng)性，水力壓裂裂縫開啟、擴(kuò)展規(guī)律及主要影響因素，建立煤巖體裂縫擴(kuò)展準(zhǔn)則，進(jìn)一步提高水力壓裂卸壓方案與參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性。開發(fā)井下水力壓裂裂縫擴(kuò)展方向、路徑、開度等裂縫參數(shù)的監(jiān)測(cè)儀器與技術(shù)，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)水力壓裂卸壓效果。
(7) 目前沿空留巷、沿空掘巷的施工速度還比較低，不能滿足采煤工作面快速推進(jìn)的要求。應(yīng)研究沿空巷道快速施工工藝與裝備，提高施工速度，滿足采煤對(duì)掘進(jìn)與留巷的要求。
(8) 隨著煤礦數(shù)字化、信息化、智能化建設(shè)的快速發(fā)展，應(yīng)研發(fā)無煤柱開采圍巖控制的自動(dòng)化、智能化施工技術(shù)、裝備及智能控制系統(tǒng)，在顯著提高施工速度和效率的同時(shí)，大幅度減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，實(shí)現(xiàn)少人化，進(jìn)一步改善井下作業(yè)環(huán)境與安全程度。
這項(xiàng)研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資金支持。
引用格式：康紅普,張曉,王東攀,田錦州,伊鐘玉,蔣威.無煤柱開采圍巖控制技術(shù)及應(yīng)用[J/OL].煤炭學(xué)報(bào):1-30[2022-01-14].DOI:10.13225/j.cnki.jccs.YG21.1940.
文章來源：煤炭學(xué)報(bào)
