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(wú)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(guó)無(wú)煤柱開采方法及圍巖控制技術(shù)取得長(zhǎng)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(zhǎng)文綜述《無(wú)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(wú)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(wú)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(zhǎng)期從事無(wú)煤柱開采圍巖控制技術(shù)研究與推廣應(yīng)用工作。近年來(lái)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(zhǎng)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(zhǎng)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(wú)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)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(wú)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(lái)源：煤炭學(xué)報(bào)
