14-1105工作面沿空掘巷围岩控制创新技术研究

摘要：针对14^-1105工作面复杂开采条件，即中深部、较高应力、复合顶板、较大采高、强采动等，沿空掘巷围岩控制难度加大。文章通过力学性能测试、布置回采巷道、控制煤柱宽度及稳定性、沿空巷道支护技术、现场工业性试验方案等，形成了沿空掘巷围岩控制技术体系，能够有效解决围岩变形问题，进一步提升煤炭回收率，增强采矿作业技术、经济与社会效益，为矿井开采提供新思路。

关键词：14^-1105工作面；沿空掘巷；围岩控制技术；采矿

1  引言

随着现代化社会的发展，煤炭开采深度持续增加，矿井地质条件越发复杂。沿空掘巷作为一种新型开采技术，有利于提高煤炭资源回收率，但技术应用过程中，可能因围岩控制不当，导致巷道严重变形或多次返修，严重阻碍矿井安全、高效生产。

14^-1105工作面位于山西焦煤集团岚县正利煤业有限公司，处于中深部开采区域，具有较高应力、复合顶板、较大采高、强采动等特点，其沿空掘巷围岩控制问题较为突出。此前，该矿区部分巷道留设15m煤柱沿空巷道，但因未合理回避矿山压力，导致巷道严重变形。

因此，有必要探究14^-1105工作面沿空掘巷围岩控制创新技术，积极引入新技术、新工艺，高效破解开采难题，确保矿井安全生产，推动采矿工作高质量发展。

2  14^-1105工作面开采现状

2.1 14^-1105工作面开采面临的问题

14^-1105工作面（含南侧遗留区域）开采中，由于开采条件相对复杂，沿空掘巷围岩控制中，还存在许多系统性问题。一是矿区现有的理论、技术储备，难以充分应对该工作面复杂开采条件，降低开采效率及效益；二是未合理控制矿山压力，沿空巷道变形严重，安全问题凸显；三是南侧遗留资源与工作面形成“L型”区域，回采方案制定难度大，开采安全及效率难保障。四是小煤柱沿空掘巷施工时机难判定，由于不同开采时期、层位关键层破断等因素，都会对沿空巷道产生扰动，影响到巷道稳定性^[1]。

2.2 14^-1105工作面沿空掘巷围岩控制创新技术的积极作用

通过创新14^-1105工作面沿空掘巷围岩控制技术，能够有效解决沿空巷道变形严重问题，进而减少巷道返修次数，确保工作面高效推进，提升生产效率；同时，通过确定护巷煤柱宽度，有利于 提高煤炭资源回收率，增强矿井经济效益。

3  14^-1105工作面沿空掘巷围岩控制技术体系

3.1 煤岩及支护构建力学性能测试

1）煤岩物理力学参数测试。在14^-1105工作面煤层、顶底板中，选取标准岩样30组，包括泥沙互层、中细砂层与煤层；采用岩石力学实验系统，进行单轴抗压、抗拉与三轴剪切试验，将加载速率控制在0.5MPa/s；记录煤岩单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等核心参数。

2）支护构件力学性能测试。选取高强度锚杆、锚索，使用锚杆拉力试验机进行拉伸试验，测试其屈服强度、极限承载力与延伸率等；对钢带、钢筋梯子梁等，进行剪切试验，采用动态信号测试系统，记录其抗剪强度及变形量。

3.2 布置回采巷道

1）模拟分析采动应力场^[2]。模拟范围为100m×80m×50m，网格划分精度为1m×1m×1m；模型底部固定位移，四周施加水平约束，顶部施加匀步荷载，控制在10.75-16.25MPa内。

2）设计巷道布置参数。沿着14^-1105采空区边缘，平行布置胶带顺槽，巷中心线距采空区边界10m，巷道方位角与煤层走向偏差应≤±1°，确保直线度误差≤50mm/100m；采用矩形断面，净宽应维持在4.5m，其中胶带运输机占2.0m、行人通道0.8m、设备检修通道1.7m；支护后净高3.2m，使用锚网索联合支护，支护厚度应控制在200mm。

3）控制施工精度。使用激光指向仪进行定位，每隔50m设置中线控制点，掘进过程中，每1.2m都需进行一次中线校准，确保巷道偏移量≤100mm；根据煤层起伏变化，控制卧底深度，保持0.3-0.5m间，确保底板平整度误差≤50mm，避免出现台阶式起伏。

4）优化特殊段布置。对于穿断层段，巷道与断层走向夹角应设计为60°，减少断层影响长度；断层前后10m范围的断面，应加宽至5.0m。

3.3 控制煤柱宽度及稳定性

1）计算并验证小煤柱宽度。基于采空区侧向应力分布公式，计算水平应力≤煤体单轴抗压强度时，距采空区边缘的具体数值，结合现场经验，设计最佳煤柱宽度；在试掘阶段，选取多个试验段，每隔20m布置应力监测点；比较不同试验段的监测结果，选择小于煤体抗压强度的距离，将其确定为最优煤柱宽度。

2）控制煤柱稳定性。使用高强度锚杆，间排距800mm×800mm，呈“梅花形”布置，相邻锚杆应距离400mm，并使用树脂锚固剂，锚固长度为1200mm，预紧力≥kN；每2排锚杆中，应布置1根锚索，一段锚固在煤柱外侧1.5m处顶板，另一端锚固在实体煤侧顶板，形成“对拉”结构，预紧力应≥200kN；锚杆安装中，应先施工煤柱帮上部2根锚杆，再施工下部，确保托盘与煤壁紧密贴合，偏差应≤5mm；使用千斤顶分三级张拉，即100、150和200kN，每级持荷5min，避免应力骤增，导致煤柱开裂。

3.4 沿空巷道支护技术

1）新型多圈层高效支护技术。对于内层承载圈，应使用屈服强度520MPa的锚杆，联合使用W型钢带与钢筋网，通过高预紧力，有效抑制浅部裂隙发育；对于外层强化圈，应使用锚索与钢筋梯子梁，锚索预紧力控制在200kN，锚固至老顶砂层中2.0m，形成厚层锚固岩梁。使用气动锚固钻机，钻孔直径为28mm，深度控制在2450mm，确保锚杆外露长度约10-50mm；使用钻机钻孔进行锚索安装，选择恰当的树脂锚固剂，搅拌时间为30s，养护时间≥4h后，进行张拉。

2）“卸压-锚固”一体化协同控制技术。在巷道顶板上方1.5m处，布置预裂孔，孔深8.0m、孔径75mm，孔间距为3.0m，与水平面夹角控制在70°，再使用PVC管护孔；使用2#乳化炸药，单孔装药量为2.4kg，分底部、中部、上部三段装药，段与段之间使用炮泥间隔，使毫秒雷管起爆，保证裂隙贯通长度≥80%的孔深。预裂孔施工超前掘进面50m，爆破24h后，需完成瓦斯检测，瓦斯浓度≤0.5%后，才可掘进；掘进后，需在1h内完成顶帮临时支护，4h内完成内层锚杆支护，滞后掘进面50m施工外层锚索。

3.5 现场工业性试验方案

为验证14^-1105工作面沿空掘巷围岩控制技术体系的有效性，选取CF1断层探巷部分区段及14^-1105胶带顺槽全段开展现场工业性试验。试验中设置对照区域，部分区段采用原有支护方案，其余区域应用新研发的多圈层支护及“卸压-锚固”一体化技术。通过布置监测装置，对巷道围岩变形、煤柱应力等关键指标进行持续跟踪，掌握不同技术方案下的围岩控制效果。试验过程中，根据现场出现的小煤柱帮变形、支护构件适应性等问题，及时调整支护材料和参数，确保巷道在服务周期内保持稳定^[3]。最终，新型技术方案下的巷道变形得到有效控制，验证了所构建技术体系的实用性和可靠性。

4  14^-1105工作面沿空掘巷围岩控制技术创新应用策略

4.1 增强作业人员专业能力

为更好地应用沿空掘进围岩控制新技术，应当增强作业人员专业能力，掌握新技术应用要点，推动14^-1105工作面高效掘进。第一，企业应组织系统化培训，邀请领域内专家，举办沿空掘巷围岩控制技术专题讲座，分享最新颖、科学的围岩控制技术，有效提升作业人员专业性，更好地应对14^-1105工作面复杂开采条件。第二，企业应完善在线交流平台，便于作业人员间互相交流，分享沿空掘巷围岩控制技术应用经验，总结行之有效的掘进工艺，促进煤炭开采工作高效进行。第三，企业应改善作业人员待遇水平，吸引高素质、复合型人才就职，增强作业队伍专业性，为沿空掘巷围岩控制技术应用提供人才保障。

4.2 发挥数字化技术的作用

14^-1105工作面开采过程中，应当发挥数字化技术的作用，积极引入先进技术手段，进一步强化沿空掘巷围岩控制技术智慧化水平。首先，作业人员应整合现场监测设备采集的顶板下沉量、煤柱应力等数据，通过大数据分析建立变形趋势预测模型，当监测值接近临界值时自动推送预警信息至管理人员终端，实现从“被动处置”到“主动预防”的转变^[4]。其次，作业人员应基于三维建模还原14^-1105工作面巷道地质条件，将煤岩力学参数、支护方案等输入模型进行虚拟推演，模拟不同采动应力下的围岩响应，为优化煤柱宽度、调整锚索预紧力提供数字化决策依据。

4.3 确保工艺技术与时俱进

企业应定期对比现场应用效果与理论设计指标，如实际煤柱变形量与模拟值的偏差等，结合矿井开采深度增加、地质条件变化等因素，每季度更新技术参数数据库，确保支护方案始终与工况匹配。为响应低碳发展要求，企业应试验新型环保树脂锚固剂、可回收锚索等材料，在保证支护强度的前提下降低材料消耗与环境影响，例如在14^-1105胶带顺槽试点可降解托盘，实现技术创新与绿色开采的协同推进。

5  结束语

综上所述，14^-1105工作面沿空掘巷围岩控制技术的创新，能够有效解决掘进难题，通过增强作业人员专业能力、发挥数字化技术的作用、确保工艺技术与时俱进等措施，可推动新技术持续优化。

参考文献：

[1]王炳方.工作面沿空留巷围岩控制技术研究[J].能源与节能,2025,(06):197-199.

[2]张健.深部孤岛工作面沿空掘巷围岩变形与控制研究[J].煤炭与化工,2025,48(05):7-13+19.

[3]李延河,荆升国,唐庆腾.千米深井近距离煤层沿空掘巷围岩控制技术[J].采矿与安全工程学报,2025,42(03):613-624.

[4]马会勇.4310工作面沿空掘巷围岩变形控制技术研究[J].山东煤炭科技,2024,42(09):12-16.

作者简介：潘嘉晨 1995.06.17 男 山西沁水 汉 本科 助理工程师 山西煤炭进出口集团科技发展有限公司 研究方向：采矿