沿空留巷技术可以实现 Y 型通风方式，是治理工作面瓦斯超限难题的有效途径。随着高瓦斯煤矿的逐渐开发，瓦斯问题会越来越严重。近年来，虽然通过采取瓦斯抽放等各种上隅角瓦斯积聚防治措施可以减轻上隅角的瓦斯积聚，但是由于采空区涌出的大部分瓦斯都在这里积聚，仍容易在工作面上隅角聚积瓦斯，严重限制和影响工作面生产能力的提高和安全生产。随着小屯煤矿采掘工作不断延深，产量的不断增加，采掘工作面瓦斯涌出量会逐渐增长，回采面上隅角的瓦斯积聚将不仅限制采掘设备生产能力和生产效率的进一步提高，而且严重危及到工作面作业人员的生命安全。因此，高瓦斯回采面瓦斯超限的防治已成为目前高瓦斯矿井安全高效生产中迫切需要解决的难题。
小屯煤矿为兖矿集团贵州能化大方煤业有限公司新建的现代化矿井，一期设计生产能力为60 万 t/a，小屯矿首采区分为南北两翼，根据勘探资料其中北翼上部煤层赋存变化很大，存在多处不可采点，并且南翼工作面向下逐渐增长，北翼下部工作面比南翼较短，两翼跳采接续困难。沿空留巷布置巷道能极大缓解采掘接替紧张状况，提高煤炭资源回收率，避免巷道掘进中治理瓦斯以及出现瓦斯事故，保证矿井均衡生产。且开采煤层为高瓦斯煤层，为了解决工作面上隅角瓦斯超限问题，保障工作面作业人员的生命安全，缓解采掘接替紧张状况，尽快实现矿井达产，取消孤岛工作面，提高煤炭采出率等一系列问题，经研究决定在小屯煤矿16中04综采工作面轨道顺槽试验沿空留巷。
小屯煤矿一采区16中04工作面位于+1390m 水平，工作面煤层标高+1394～+1448m，地面标高+1680～+1840m。16中04工作面运输顺槽作为贵州大方煤业有限公司小屯煤矿的首条沿空留巷试验巷道，属于典型高瓦斯煤层巷道沿空留巷问题，目前国内尚没有关于此类相似条件下沿空留巷的公开报道。因此开展此类条件下沿空留巷顶板控制技术研究很有必要。它不仅能够有效解决小屯煤矿及贵州能化各矿的一系列问题，且对于在我国山区浅埋煤层高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井推广该项沿空留巷技术，加快复杂瓦斯地质煤层高产高效工作面建设，保障矿井安全生产，提高矿井经济效益，保证煤矿开采健康可持续发展等具有重大意义。
2 研究开发内容
（1）工程地质调查研究及评估
（2）其它煤矿相似地质条件的沿空留巷运用调研
（3）利用矿山压力砌体梁理论，计算沿空留巷顶板矿山压力；
- 7 -
（4）利用顶板运动规律和支护控制理论进行沿空留巷技术的开发设计：包括①巷旁支护阻力、支护强度、支护参数的计算设计；②混凝土砌块墙位置、尺寸、形状、承载能力的设计；③开发设计保留巷道的顶板锚网索支护方案和顺槽加强支护方案；④设计开发一个巷旁混凝土砌块墙的错缝纵码砌墙技术；⑤设计开发一个简单、安全、可靠、不影响综采推进速度的施工工艺方案；沿空留巷断面缩进率在25%以内，通过简单修复达到使用要求。
(5)利用混凝土力学理论和实验方法，实验研制一种沿空留巷墙体的混凝土砌块，混凝土砌块强度达到C30，强度保证率95%；混凝土砌块墙体抗压强度达到8MP以上，施工速度适应综采工作面推进速度；
（6）现场观测及实施效果分析
3 主要经济技术指标、项目最终目标
3.1 主要经济技术指标
（1）沿空留巷通过简单修复能达到使用要求； （2）沿空留巷施工速度适应综采工作面推进速度； （3）施工工艺简单、安全、可靠； （4）留巷成本不超过新掘巷道成本； （5）提高煤炭资源回收率；
（6）留巷缩短16中06综采面的准备时间，缓解采掘接替矛盾。
3.2 项目研究达到的最终目标：
项目研究的最终目标是保证沿空留巷成功，少掘一条巷道，实现无煤柱开采，缓解回采接续紧张的矛盾，利于防火、防瓦斯和防冲击地压，实现安全生产。具体包括：
（1）具有合理的充填方式和充填参数；
（2）可靠的顶板控制方案，保证砌块墙上方的顶板完整； （3）简单易行的充填工艺，对回采不造成大的干扰和影响； （4）具有安全可靠的充填空间临时支护。 项目研究的总体水平拟达到国际先进的水平。
- 8 -
4 关键技术及创新点
（1）沿空留巷顶板锚网索支护设计； （2）巷旁支护阻力和支护强度的计算； （3）混凝土砌块充填材料及强度实验研究； （4）砌块充填工艺及设备研究；
（5）砌块模具设计和砌块充填位置的支护方式。
5 研究方法与技术线路
5.1 研究方法
本项目采用调研、调查、理论研究、试验、实测等研究方法。
5.2 技术路线
工程地质调查评估→沿空留巷应用调研→理论研究→数值模拟→实施方案设计、论证及确定→工业性试验→效果验证、对比→进－步优化→推广应用。
6 沿空留巷基本理论
6.1 沿空留巷围岩应力分布
众所周知，用垮落法开采时，采空区顶板岩层从下向上一般会出现垮落带、裂隙带和弯曲下沉带。采用长壁工作面采煤时，沿回采工作面推进方向，垮落带岩层处于松散状况，上覆岩层大部分呈悬空状态（图6.1 中的Ⅲ和图6.2），悬空岩层的重量要转移到工作面前方和采空区两侧的煤体上。此时采空区为低于原岩应力 γH 的应力降低区（图 6.1和图6.2 中 C），在工作面前方（图6.1中 B）和采空区两侧的煤体（图6.2 中 B）上，出现比原岩应力大得多的增高应力（ KγH），称为支承压力。回采引起的支承压力，不仅对沿空留巷围岩的稳定性造成很大危害，而且也严重影响布置在回采空间周围的底板岩巷和邻近煤层巷道。在回采引起的侧向支承压力作用下，沿空留巷巷帮煤体将会向巷道空间发生强烈位移，甚至会导致煤壁失稳。因此，研究支承压力的控制问题，减轻支承压力的危害和影响，以改善巷道维护状况有着极其重要的意义。
- 9 -
图6.1 回采工作面前后方的应力分布
Ⅰ—工作面前方应力变化区；Ⅱ—工作面控顶区；Ⅲ—垮落岩层松散区；Ⅳ—垮落岩石逐渐压缩区；Ⅴ—垮落岩石压实区
A—原岩应力区；B—应力增高区；C—应力降低区；D—应力稳定区
图6.2 采空区两侧应力分布
Ⅰ—垮落带；Ⅱ—裂隙带；Ⅲ—弯曲下沉带 A—原岩应力区；B—应力增高区；C—应力降低区
回采工作面后方，随着采空区上覆岩层沉降，垮落岩石逐渐被压缩（图6.1中Ⅳ）和压实（图6.1中Ⅴ），垮落带和底板岩层的压力恢复到接近原岩应力γH（图6.1中D），采空区两侧煤体的应力随之逐渐降低并趋向稳定。所以，煤体上的支承压力，应力增高系数K，是随巷道某地段离正在推进的回采工作面的距离及采动影响时间的延续而变化的。
沿回采工作面推进方向，回采空间前后的应力分布（图6.1）与两侧煤体的应力分布（图6.2）有密切关系，它们反映了采动引起的应力重新分布的基本状况，对研究沿空留巷的维护十分重要。研究采空区上覆岩层的运动破坏引起的煤体上载荷增长、衰减和趋
- 10 -
向稳定的过程，以及各个应力区的分布范围和持续时间，是沿空留巷围岩控制的重要依据。
在采动影响下，沿回采工作面推进方向，巷道顶板上方所受的垂直应力，随着与工作面的距离和时间不同而发生很大变化，一般都出现三个应力区，即远离工作面的前方，为未受采动影响的原岩应力区（图6.3中A）；在工作面附近和前后是受采动影响的应力增高区（图 6.3中 B）；在远离工作面后方，是采动影响趋向稳定的应力稳定区（图6.3中D）。应力增高区 B由应力渐增、强烈和衰减三部分组成。在一般情况下，巷道围岩变形速度的变化情况与其所受的应力分布基本上是一致的。
图6.3 沿空留巷在回采工作面前后方的应力分布 A—原岩应力区；B—应力增高区；C—应力稳定区
回采工作对沿采空区保留的巷道(沿空留巷)的影响，实质上是在巷道周围形成了高应力场，从而改变了巷道受回采影响之前的应力状态，致使巷道的围岩应力再一次重新分布，塑性变形区扩大和周边位移显著增长。这个高应力场是变化的、不均匀的，它主要取决于巷道离采煤工作面的距离、周围的采动状况，如巷道仅一侧采动还是两侧均已采空，附近正在回采还是采动己趋稳定，以及巷道与采空区边缘的距离，即巷旁砌块墙体的宽度等。
6.2 留巷侧采空区顶板的运动规律
研究表明，回采工作面推过后，按时间划分，顶板活动可划分为三个时期，即前期活动、过渡期活动和后期活动。
煤炭被采出，相当于撤出了上覆岩层的部分支座，导致了上覆岩层应力的重新分布。岩层应力分布的特征是哪里支护刚度大，分布到哪里的载荷就大，称为应力重新分布的
- 11 -
