沿空掘巷是我国煤矿回采巷道布置和维护的一种技术，其目的是为了将巷道与采空区隔离，把巷道布置在位于靠煤柱一侧的低应力场，便于巷道维护，减少变形量。金佳矿在历年的煤层开来过程中，为了防止工作面回采支承压力的影响，在很长一段时期内回采巷道都采用大煤柱护巷的方法，煤柱宽度一般为10-20m。这种布置方式不仅造成了煤炭资源的极大浪费，而且使新掘巷道位于应力增高区，巷道变形量大.增加了维护工作量，难以保证回采工作面的正常安全生产。在金佳矿9#煤层工作面回风巷进行沿空掘巷的试验研究，并逐步在全矿推广使用。
一、工作面生产地质条件
1.1矿井概况
金佳矿井隶属于贵州盘江精煤股份有限公司，位于贵州省西部六盘水市盘州市境内，金佳矿井由金竹坪井田和佳竹箐井田合并而成。矿井设计生产能力270万吨/年，服务年限120年。矿井为平硐斜井联合开拓方式，属高瓦斯突出矿井，全井田内均为煤层群分组集中开采，主要可采煤层为1，3，5,6，7，9，10，12，13，17,18,181,22，24，29共15层。
1.2工作面概况
110907工作面位于11采区井筒北翼9号煤层第四个采面，走向长约760m，倾斜长140m，面积 106400m2，煤层倾角平均 18°-26°，平均倾角22°，可采储量44.7万吨。上覆7#煤层平均间距16.5m，110705采面、110707采面已回采结束；上区段110905工作面已回采结束，下伏10#煤层平均间距17m，无工程，下部无工程。工作面位置图及110907回风巷采用小煤柱沿空掘巷如图 1-1 所示。
图 1-1 巷道位置示意图
1.3 煤层及其顶底板特征
①煤层情况
9#煤层结构复杂，上部煤质较硬呈块状或颗粒状，下部煤质松软呈粉末状。煤层厚度1.2-3.2m，夹矸0-3层，夹矸为高岭质泥岩或炭质泥岩，偶见黄色硫铁矿结核或薄层状硫铁矿，赋存较稳定。上距7#煤层17-20m，下距10#煤层11-17m。
②煤层顶底板情况如表 1-1 所示，
表 1-1 煤层顶底板情况统计
③工作面地质条件
110907工作面位于井筒北面，J91号勘探线与J92号勘探线之间，距工业广场430m,对应地表标高为+2175m--+2300m，埋深430m--600m,平均埋深515m,对应地表无建筑物及河流，只有季节性山沟水，属山坡地形，植被茂密，无村庄，无建筑物及构筑物。
二、沿空掘巷方案的确定
1巷道位置的选择
煤层开采过程破坏了原岩应力场的平衡状态，引起应力重新分布，沿工作面倾斜和仰斜方向形成固定支承压力，按应力变化情况可将媒体分为2个区域应力降低区、应力增高区和原岩应力区。因此，可能的掘巷位置有4种:①无煤柱完全沿空掘巷:②应力降低区留小煤柱掘巷;③应力增高区留较大煤柱掘巷④原岩应力区留大煤柱护势，如图2-1。根据煤体上方固定支承压力分布可以看出，在位置3掘进巷道，正处于应力增高区，巷道承受压力大，不易维护:在位置4掘进巷道，虽然巷道处于原岩应力区，比较容易维护，但煤柱损失比较大，在位置1掘进巷道，上区段采空区存在积水、瓦斯等诸多不安全因素，且不利于工作面通风，故以上3种方案均不可取。在位置2掘进巷道，不仅巷道处于应力降低区，维护容易，且能防止采空区漏风、避免采空区积水和瓦斯的涌出。因此，理论上分析可以确定，留设小煤柱沿空掘巷是最佳方案。
图2-1 巷道掘进位置示意图
2小煤柱宽度的理论计算
要确定沿空掘巷留设小煤柱的宽度，需首先确定采空区在煤柱中形成的塑性区宽度，也即支承压力峰值点距煤壁的距离。
2.1经验公式计算
根据下列经验公式可大致计算出支承压力峰值点距煤壁的距离
B= 15-0.475f-0.16R-0.2α+1.6m+1.7×10-3H
式中：B——峰值点离采空区距离，m；
f——煤层硬度系数，取2；
R——顶板岩石单向抗压强度，取50 MPa；
α——煤层倾角，取平均角度22°；
m——采高， 取3m；
H——煤层埋藏深度，取最大埋深600m。
将各参数代入式中计算的B=7.47m。
2.2极限平衡理论计算
运用岩体的极限平衡理论，采空区形成的塑性区宽度b。为:
式中：b——塑性区宽度，m；
m——煤层厚度，取3m；
A——测压系数，取1.5；
V——煤体的内摩擦角，取30°；
K——应力集中系数，取3.5；
Q——上覆岩层平均密度，取2.5t/m3；
H——煤层埋藏深度，取最大埋深600m；
C——煤体的黏聚力，取3MPa；
P——支架对煤帮的阻力，取0.1MPa。
将各参数代入式中计算的b=7.2m。
因此，通过以上两种理论计算，沿空掘巷留设小煤柱宽度小于等于7.2m才能避开支承力峰值点，使煤柱处于应力降低区。
金佳矿9#煤层工作面历年来沿空掘巷留设的煤柱有25m,10m,5m，3m等多种煤柱留设规格，通过以上理论计算和现场工程实际总结，留设3m煤柱，无论是煤柱内垂直压力还是巷道变形量、变化幅度均比较小。
三、小煤柱沿空掘巷支护设计方案
3.1锚杆+锚索支护设计
小煤柱沿空掘巷巷道支护采用锚杆+锚索+ W型钢+钢筋网支护方式。锚杆支护的间排距均设定为800mm，锚索布置在巷道掘进中线及两侧，间距设计为1600m排距设计为1800mm,每排布置3根锚素。巷道原支护中顶板以及巷帮支护锚杆采用直径为20mm,长度为2400mm的高强螺纹钢锚杆。锚索采用直径为21.5mm,长度为6000mm的预应力钢绞线，间排距为1800×2400mm，一排支护三棵锚索。受到临近的110905回采工作面采空区影响，留设的护巷小煤柱塑性区发育，引起巷道煤壁片帮、围岩变形较为较为严重。通过现场分析以及对掘进巷道围岩岩性评估，最终确定的沿空掘巷巷道支护参数为（其支护断面示意图如图3-2所示）：
1）巷道规格为5000×3200mm（净下宽×净中高），施工拱形断面；
2）锚索规格为Φ21.5×8000mm，间排距为1800×2400mm，锚固深度不小于1200mm（不少于4节锚固剂），一排支护三棵锚索，锚索支护全部紧跟迎头。若前方遇破碎带或是断层时，锚索间排距为1000×1000mm,锚索预紧力不得小于30MPa。
3）锚杆规格为M20×2400mm，间排距为800×800mm，锚固深度顶锚不小于900mm（3节锚固剂）、帮锚不小于600mm（2节锚固剂），顶锚及帮锚必须全部支护紧跟迎头,锚杆预紧力不得小于200N*M。
4）钢筋网的规格为1000mm×2300mm，网格长度为100mm×100mm，搭接长度为100mm。
图3.2 锚网索支护示意图
3.2金属“U”型棚支护设计
U型棚可缩性支架搭接部分-般由棚梁、棚腿和卡缆组成，而卡缆形式有多种多样，金佳矿使用卡缆是典型的双槽夹板卡缆是由上槽形板、下槽形板和螺栓组成。目前国内生产的U型棚有U25、U29和U36三种规格。其中，U25为腰定位式的，即两节U25型钢搭接在一起时，其接触部位是在U25型钢横截面上的腰部，U29和U36为耳定位式的。金佳矿使用的U29型棚支架是耳定位式，棚子规格为5000×3200mm（净下宽×净中高），棚距为800mm，若遇地质构造带，帮顶围岩不稳定时棚距缩小到600mm。（其支护断面示意图如图3-2所示）
图3.2 金属“U”型棚支护示意图
3.3支护设计方案的选择
由于金佳矿9#煤层结构复杂，上部煤质较硬呈块状或颗粒状，下部煤质松软呈粉末状，采用锚网索支护设计方案，在施工锚杆、锚索的过程中，容易造成小煤柱帮煤壁片帮，围岩变形严重，甚至跨通采空区，造成一系列不安全因素，而采用金属“U”型棚支护，巷道成型后直接架设金属“U”型棚，不会二次破坏小煤柱的围岩性质，并且在回采过程中，金属“U”型棚还可以再次回收重复利用，因此煤质松软、煤层顶底板岩性不稳定的煤层宜采用金属“U”型棚支护。
四、总结
1.合理的小煤柱宽度，根据理论计算和现场工程实践，金佳矿沿空掘巷小煤柱合理宽度为3m。
2.针对金佳矿各煤层顶底岩性和本煤层的特性选择合理的沿空掘巷支护设计，结合金佳矿实际情况，煤质坚硬、煤层顶底板岩性较稳定的煤层宜采用锚网索支护，煤质松软、煤层顶底板岩性不稳定的煤层宜采用架棚支护。
3.分析了沿空掘巷小煤柱宽度的留设，小煤柱沿空掘巷支护设计技术的应用。从该文章可以看出沿空握巷在工作面回风巷取得了成功，巷道掘进影响期间、采动影响期间、回采维护期间，巷道变形均得到了有效控制，很好的达到了矿井的回采要求，并取得了良好的经济效参考文献：
[1] 高浩、崔廷锋、张魁等.留小煤柱沿空掘巷技术.中国煤矿安全2012年第4期.
[2] 严武松.浅析小煤柱沿空掘巷支护技术应用.中国西部科技2020年第1期.
作者简介：樊绍喜，1987.08，男，贵州省江口县，金佳矿技术科副科长，工程师，2010年贵州大学机械设计制造及其自动化专业毕业，学士。
