摘要：鉴于中国薄煤层（煤层厚少于1.3m）的资料分布普遍，且煤质较好，在全部的勘探矿井中，我国百分之八十四点二的矿井中都有中国薄煤层分布，储量约为我国的总煤炭资源储量的百分之二十以上，对某些特定地区的薄煤层资源比例也较高，但因为中国薄煤层的开发困难大、以及其主要原料比较等问题，产量仅为我国生产量的百分之十点四，因此我国薄煤层资源还未能实现过好的开发利用。所以未来我国对薄煤层的开采将会更加广泛。为了促进煤炭的可持续发展，应该加强对切顶卸压沿空留巷技术的研究，以提高煤炭的出采率。这种技术可以有效避免沿空留巷的大变形现象，减少二次维修所带来的劳动量和高成本，提升采掘比和综合经济社会效益，并具有良好的技术经济指标。薄煤层条件下切顶卸压沿空留巷理论与技术方案在技术上的可行性、安全上的可靠性、经济上的合理性。因此，进行了“薄煤层切顶卸压沿空留巷围岩变形机理及控制技术”分析。

关键词：薄煤层；切顶卸压；沿空留巷；研究现状

0引言

由于经济社会蓬勃发展，中国已经变成一座煤炭生产和居民消费的国家，煤矿物资在一次性能耗中占有了主导地位，其比例达到50%。根据当前的能源消耗水平和经济发展速度，预计到2025年，中国对煤炭资源的总需求量将会进一步提升到三十五亿吨左右，而在所有一次性能源中，煤炭资源的比例约为60%，因此，未来六十年内，煤炭资源仍将占有全国能源消耗总量的50%以上，这一趋势将会持续下去。由于全球物流业的蓬勃发展，中国煤矿物资的需求量也在逐年增长，它仍然是不可或缺的重要物资。因此，如何提高煤炭资源的产量变成了许多Sub-I的关注焦点。近年来，由于巷道保护技术的进步和新型材料的出现，切顶卸压沿空留巷技术也取得了长足的进步。沿空留巷不仅能提高煤炭的出采率，降低成本，同时保证了煤炭安全高效生产。

在以往的回采中，留煤柱是矿山中最常采用的手段，但是在以往采取的沿空留巷多数采取的是巷旁支护等方式，目前还无法非常有效的解决巷道稳定性等问题。采取沿空留巷的技术手段无需保护煤柱，有效提高了煤炭回收率，煤炭开采效率也得到了极大提升，最大程度避免了资源浪费的问题，此外，还有效加强了对冲击地压风险进行有效防范。

1薄煤层切顶卸压沿空留巷理论及技术研究

1.1切缝后侧向顶板结构力学基本特征

沿空巷道顶板预切缝后，其服务阶段也会接受掘进、回采和时效等各种因素的制约，由于各个阶段所处的构造情况有所不同，其动力学条件也不尽相同。作业面在不进行回采前，及不受作业面采动的控制下，在不受采动控制时，沿空巷道顶部和作业面的侧向顶板基本没有改变，基本保持在原岩应力水平上，仅有回采巷道和锚固定范围内的构造改变，在支护压力下很快稳定。由于作业面的推移，沿空侧顶部具有预裂缝薄弱面，因此在上覆岩石受到压力挤压和巷道内和巷边强力支撑的护顶影响下，沿空侧顶部会沿切缝的方向切落，从而减少了悬臂梁对上覆岩石重量力学影响。然而，由于作业面的推移，采区顶部中厚层中硬直接的顶部会逐渐垮落或上升，从而引起上覆岩石的运动，使得回采过程变得更加复杂，需要更多的技术手段来控制和调整，以确保采矿安全和效率。由于上覆岩石的断裂、旋转或扭曲下沉，厚层中直顶垮落后的矸子垫面受到压实，最终形成稳定，沿空巷道内也就稳定了。传统的沿空留巷道，即沿采空带的边缘维护原回采巷道，也可以有效地抵御外界的变形影响，保证巷道的安全性和稳定性。沿空留巷是一种传统的采矿方式，它将煤柱留置在原顺槽位置，并采取适当的措施保护上一区段的顺沟，以便下一区段使用。这种方法可以有效地减少煤炭的损耗，提高采矿效率。

1.2围岩应力分布特征

在贵州地区，大量平均倾角介于二十度～三十五度之间的大倾角煤层，其顶板普遍由砂质泥岩或泥质页岩等较为软弱的岩层构成。在该地区特殊的采矿条件下，沿空留巷实践发现，由于采取了目前的砌筑料石或留煤墩的沿空留巷方法，巷旁媒体及砌筑物块体发生了内压裂、外鼓等大变形情况，下帮片帮量也大幅增加，影响了采矿安全和环境保护。由于区域广泛，底臌突出等因素，导致沿空巷道二次复合的线性大变形情况发生重大恶化。。采用陷落法开采时，顶部围岩会产生冒落带、裂缝带和扭曲沉降带等，这些带状结构的发展会对巷道的维护产生重要影响，冒落带中的疏松岩体会受到打压，从而产生裂缝带，进而影响巷道的稳定性和安全性。尽管裂隙带内部岩层结构受到破坏，但它们仍然维持着原来的层次结构，在这些岩块中间相互绞接或挤出，构成了一种内部张力的平衡，从而承担上覆岩层的重力，并将这种力量传导到采空区附近的煤体和煤柱上。随着地层的上升，裂缝逐渐减少，彼此之间不再相互连通，内部地层也只能全部活动，被称之为弧形沉降带。然而，它在运行进程中对沿空巷道内顶部沉降和矿压表现的负面影响要小得多，远低于裂缝带中的情况。通常来说，加强支护措施很难阻止上层岩石在处于平衡状态之前产生的顶部沉降。支撑压力的作用是防止顶层与上方地层相互之间发生较大的离层，或者地层破裂和错动，从而确保上覆岩层活动趋于平缓，有效控制顶板沉降，从而确保建筑物的稳定性和安全性。为了进行保护，需要具备一定的可缩量，以便在工作面周围快速增加阻力，并保持稳定的阻力状态。

2薄煤层切顶卸沿空巷道变形控制原理

2.1切顶卸压沿空留巷技术

传统沿空留巷技术有被动支护沿空留巷技术、主动支护沿空留巷技术、巷旁充填体沿空留巷技术。

被动支护沿空留巷技术是最为传统的沿空留巷支护技术，主要是指棚式支护沿空留巷技术。棚式支护沿空留巷技术优点采煤效率影响较小，能及时支护。但它也存在很多的缺点，即需要耗费许多支护材料增加成本，承压能力弱。

主动支护沿空留巷技术是指锚杆、锚网、锚索支护沿空留巷技术。与被动支护沿空留巷技术相比，支护强度较大，可以起到较好的加固作用。但它也存在很多的缺点，即存在局限性，施工困难，影响效率。

巷道的填充体沿空留巷技术是指在煤炭采矿后，以水泥，矿渣或水泥等物质填充采空区，待其凝固成形并产生相应的厚度时，再支护巷道墙体，以实现防止巷道变形的目的。尽管这种工艺已经具备了可以实现机械化施工的特性，但由于填充物料在井下严酷的作业条件中往往无法一直保持其一定的硬度，同时在填充采空区长度上，还必须采用更大量的填充物材料，这就无疑提高了巨大的生产成本，因此对巷旁充填与沿空留巷工艺的使用也就存在着相当的限制。

采用传统的沿空留巷方法，可以在新挖掘施工地点后的采空区范围内保留原有的回采巷道，同时也可以有效地处理传统发掘方式留置的保护煤柱。通过采取适当的保护措施，可以将上一地块的原顺槽重新保留给下一地块，以确保其安全性和可持续性。沿空留巷是一种在采空区宽度范围内留有空隙的方式，它可以有效地利用煤炭资源，减少对煤体的破坏，从而达到节约能源的目的。

二次利用沿空留巷即是在原有的沿空留巷基础上，重新利用巷道，亦即在小巷的东西二侧均是工作区域。二次采用了沿空留巷的设计，而增加了矿井回采量、降低了巷道的挖掘量。但也存在一定局限性，即采空区上覆岩层压力较大，对巷道的影响也最大，因此不能满足长期使用的要求。

2.2传统沿空留巷技术

传统沿空留巷技术有被动支护沿空留巷技术、主动支护沿空留巷技术、巷旁充填体沿空留巷技术。

被动支护沿空留巷技术是最为传统的沿空留巷支护技术，主要是指棚式支护沿空留巷技术。棚式支护沿空留巷技术优点采煤效率影响较小，能及时支护。但它也存在很多的缺点，即需要耗费许多支护材料增加成本，承压能力弱。

主动支护沿空留巷技术是指锚杆、锚网、锚索支护沿空留巷技术。与被动支护沿空留巷技术相比，支护强度较大，可以起到较好的加固作用。但它也存在很多的缺点，即存在局限性，施工困难，影响效率。

在煤矿开采后，巷旁充填体沿空留巷工艺是一种有效的控制巷道变形的方法，它利用混凝土、矿渣等建筑材料在井下恶劣的工作环境中，将其固化成形，以达到足够的强度，从而支撑巷道顶板。尽管这种方法具备机械化作业的优势，但是由于充填材料的使用量较大，而且在充填采空区时，需要使用大量的建筑材料，因此，在实际应用中，这种方法的效果并不理想，因此需要进一步改进和完善，以提高巷旁充填体沿空留巷方法的效率和质量。这显然会增加成本，因此，在巷旁填补空隙的方法也有一定的局限性。

沿空留巷是一种采煤工作面后，用于利用常规开采方法中留设的保护性巷道，利用先进的手段，将上一区间的顺槽进行支撑，以保证下一区间的安全运行。这个留巷的作用是顺着采空区边界，在原顺槽部位留下，以确保煤炭的安全运输。顺着空间留巷可以有效地回收资源，从而减少煤炭的浪费。

二次沿空留巷是一种新型的矿井巷道挖掘工艺技术，它不但能够大大提高煤矿资源回采率，而且能够减小矿井巷道挖掘量，同时也能够将矿井巷道两侧都作为工作区，从而大大提升了煤炭开采效率和经济效益。。但也存在一定局限性，即采空区上覆岩层压力较大，对巷道的影响也最大，因此不能满足长期使用的要求。

3总论

在大倾角煤层顶板普遍为砂质泥岩或泥质页岩等相对较软弱岩层的情况下，传统的沿空留巷方法越来越难以适应实际采矿要求，因为巷旁媒体及砌筑块体压裂、外鼓等大变化现状，以及下帮片帮量大、范围广、底臌突出等影响沿空小巷二次复合的非线型大变化现状，使得开采难度大大增加，效率也大幅降低。由于巷旁留煤墩及巷旁铺砌料石的沿空留巷方法无法适应当前矿区安全、高效、经济开采的要求，因此，必须采取有效措施来改善这种情况，以保障矿区安全发展。于是，对有必要开展大倾角薄煤层顶板条件下的开采技术研究，切顶卸压沿空留巷的开采技术无疑是更好的选择，通过切顶卸压沿空留巷能够减少采空区周围的煤体、煤柱和煤炭资源的巨大损失，沿空留巷还能最大限度使用煤炭资源，进而减轻对煤体的损坏。

参考文献：

［1］常江，姬智，张心伦.我国近现代煤炭资源型城市发展、问题及趋势初探[J/OL].资源与产业1-9[2019-05-26].https：//doi.org/10.13776/j.cnki.resourcesindustries.20190307.001.

［2］孟令茹，钱永坤，黄福臣.我国工业部i]煤炭消耗的定量分析[J].煤炭经济研究;2007，9，41-44

［3］中煤协：2020年全国煤炭需求总量将在48亿吨左右[EB/OL].http：//energy.prople.com.en/n/2014/0116/c/71661--24121092.htmr2014-01-16.

［4］崔民选.中国能源发展报告M].北京：社会科学文献出版社，2012.

［5］刘国庆，顾洪江，郭贡献，丁德才.沿空留巷切顶加固及预裂爆破技术施工优化[J].能源与环保，2018，40（06）：197-203.

［6］王文杰.切顶卸压沿空留巷技术爆破工艺应用[J].煤，2018，27（08）：15-16+64.

［7］王维维，李凤义，兰永伟.切顶卸压沿空留巷技术研究及应用[D].黑龙江科技大学学报，2014，240）：20-23.

作者简介：王徐（2002.09），男，汉族，贵州绥阳县人，在读本科学生，主要从事采矿工程专业方面的学习和研究。

六盘水师范学院大学生科研训练计划项目（项目编号：·2022DK094）.