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摘要：针对豫西地区普遍发育的“三软”煤层条件下综采工作面巷道稳定性难以控制的问题，以宝雨山煤矿为工程背景，系统研究了沿空留巷在复杂地质条件下的损伤变形机理与稳定性控制技术。通过分析采动应力重分布、围岩物性软弱及支护—围岩相互作用失衡等关键因素，揭示了“三软”煤层沿空留巷变形失稳的内在机理。在此基础上，提出了以切顶卸压为核心的应力重构方案，配合强—柔结合的多级联合支护体系及分阶段动态监测与参数调整技术，构建了适用于豫西“三软”煤层的沿空留巷稳定性控制技术体系。

关键词：三软煤层；沿空留巷；稳定性控制；综采工作面

豫西地区煤矿受地质构造复杂、煤岩体力学性质软弱等因素影响，“三软”煤层分布广泛，综采工作面巷道稳定性问题尤为突出。传统留设煤柱方式虽然在一定程度上保证了巷道安全，但存在资源回收率低、掘进工程量大、采掘接替紧张等突出问题，已难以满足现代矿井高效、安全、集约化生产的要求。沿空留巷作为一种提高资源回收率、优化采区布局的重要技术手段，在中硬及硬岩煤层中已取得较好应用效果，但在“三软”煤层条件下，其围岩变形剧烈、失稳风险高，技术适应性仍面临诸多挑战。

1.工程背景

1.1工程概况

豫西地区煤矿普遍发育“三软”煤层，即煤层本身及其顶、底板均呈现强度低、结构松散、变形能力强的特点，给综采工作面巷道稳定性控制带来较大挑战。以宝雨山煤矿为代表的矿井，主采二1煤层厚度变化幅度大，局部厚度可达十余米，煤层稳定性中等偏弱，受断层和褶曲构造影响显著。传统留设煤柱方式不仅造成资源浪费，还加剧巷道维护压力。为提高回采率并缓解采掘接替紧张问题，矿井在西翼煤柱工作面引入沿空留巷技术，通过在采空区边缘保留原有回采巷道，实现无煤柱连续开采。

1.2巷道支护方式

针对“三软”煤层围岩承载能力低、变形速率快的特点，宝雨山煤矿在沿空留巷段采用多元联合支护体系，以提高巷道整体稳定性。工程中以锚网索支护为基础，通过加密锚索和提高预紧力增强围岩整体性，同时在采空区侧设置可缩性U型钢挡矸柱与金属网，形成有效的挡矸与承载结构。为适应采动影响下顶板应力重分布，局部区域辅以单体柱抬棚或液压抬棚进行超前与滞后支护，确保巷道在周期来压阶段具备足够的支护刚度与变形缓冲能力[1]。此外，通过注浆补强和切顶卸压等工艺，削弱采空区顶板向留巷侧的传递载荷，使巷道处于相对低应力环境。该支护方式兼顾了刚性控制与柔性适应的需求，体现了“三软”煤层沿空留巷“强支护、可让压、分阶段控制”的技术思路。

2.损伤变形机理分析

2.1 采动应力重分布引起的围岩失稳机理

在综采工作面回采过程中，采空区形成后原有应力平衡被打破，顶板及两帮围岩承受的载荷发生明显重分布。对于豫西“三软”煤层而言，由于顶底板多为泥岩、砂质泥岩等软岩，抗剪与抗拉强度较低，采动应力极易诱发围岩裂隙扩展和结构破坏。沿空留巷时，巷道一侧紧邻采空区，顶板在失去原有支撑后产生旋转下沉趋势，集中应力向巷道实体煤侧转移，导致帮部外鼓、顶板离层等变形现象。若切顶卸压效果不足，采空区顶板形成大悬顶结构，会进一步加剧巷道变形，甚至引发失稳破坏。

2.2 围岩物性软弱与裂隙发育的耦合效应

“三软”煤层围岩的突出特征在于岩体完整性差、裂隙发育且易受扰动。现场窥视与钻孔揭露表明，宝雨山煤矿留巷段顶板0～5 m范围内裂隙密集，局部煤岩呈碎块状结构，在采动影响下易发生二次破碎。这种软弱围岩在应力作用下表现出明显的塑性流变特征，变形具有持续性和累积性。裂隙的存在不仅降低了围岩整体强度，还为应力集中提供了释放通道，使局部破坏不断向深部扩展。当支护体系未能及时形成有效约束时，围岩损伤呈现由点到面、由浅入深的发展过程，最终导致巷道断面收缩甚至失效[2]。

2.3 支护—围岩相互作用失衡机理

沿空留巷的稳定性不仅取决于围岩条件，还高度依赖支护体系与围岩之间的协同作用。在“三软”煤层条件下，若支护刚度不足或施加时机滞后，围岩初期变形将迅速发展，使支护结构难以充分发挥承载作用；反之，若支护过于刚性，又可能限制围岩合理让压，导致支护构件受力集中甚至失效。工程实践表明，留巷初期阶段是支护—围岩相互作用最为敏感的时期，此时顶板下沉速率和帮部变形量最大。只有通过合理配置锚索预紧力、挡矸柱可缩性能及切顶卸压参数，使支护体系能够随围岩变形逐步受力，才能实现二者之间的动态平衡[3]。

3.豫西“三软”煤层综采工作面沿空留巷稳定性控制方案

3.1 基于切顶卸压的应力重构控制方案

在豫西“三软”煤层条件下，沿空留巷稳定性控制的首要目标是降低采空区顶板载荷向巷道侧的传递强度，因此切顶卸压成为关键技术手段。通过在工作面回采前或同步实施定向切顶，将采空区顶板与留巷顶板在结构上进行有效分离，使采空区形成可控冒落带，削弱悬顶结构对巷道的集中作用力。切顶参数需根据煤层厚度、顶板岩性及构造条件合理确定，确保切顶高度覆盖主要受力岩层，同时避免过度扰动围岩。在“三软”煤层中，切顶卸压不仅可以降低顶板下沉速率，还能促使应力向深部转移，使留巷围岩处于相对低应力环境，为后续支护体系发挥作用创造条件。实践表明，切顶卸压与沿空留巷技术相结合，是实现巷道长期稳定的重要前提。

3.2 强—柔结合的多级联合支护控制方案

针对“三软”煤层围岩承载能力低、变形量大的特点，沿空留巷支护应坚持“强支护与可让压相结合”的原则，构建多级联合支护体系。在巷道实体煤侧，以高强锚索和锚杆为主，形成稳定的承载骨架，增强围岩整体性；在采空区侧，设置可缩性挡矸结构，如U型钢支架、金属网和矸石充填体，使其在承载过程中具备一定变形能力，缓解顶板集中压力。该方案通过不同支护构件的协同作用，使巷道在初期具备足够支护强度，在后期能够适应围岩持续变形，避免支护结构刚性破坏。同时，支护施工需与工作面推进保持合理距离，确保支护体系在围岩变形初期即可参与受力，形成稳定可靠的支护—围岩共同体。

3.3 分阶段动态监测与参数调整控制方案

沿空留巷在综采影响下呈现明显的阶段性变形特征，因此稳定性控制不能仅依赖一次性设计，而应实施全过程动态管理。通过在留巷段布设顶板离层仪、锚索应力计、巷道收敛监测点等监测手段，实时掌握围岩变形和支护受力变化规律。在回采初期，重点监测顶板下沉速率和帮部变形趋势，及时调整支护密度和预紧力；在周期来压阶段，加强对支护结构受力异常的识别，必要时采取临时加强措施；在巷道进入稳定阶段后，通过数据分析评估长期稳定性，为相邻工作面留巷提供参数参考。分阶段、可反馈的控制方案能够有效避免经验式管理的盲目性，使沿空留巷稳定性控制更加科学、可控。

4.效果分析

沿空留巷稳定性控制方案在豫西“三软”煤层综采工作面实施后，取得了较为显著的工程效果。首先，从生产组织角度看，通过沿空留巷替代传统掘进巷道，有效减少了巷道掘进工程量，降低了人力、设备和时间投入，为矿井采掘接替创造了更加充裕的空间。在地质条件复杂、掘进效率受限的情况下，该技术缓解了长期存在的接替紧张问题，使工作面推进与后续采区准备能够保持相对平衡。其次，从安全角度看，留巷期间围岩变形总体可控，未出现大范围顶板垮落或巷道失稳现象，支护体系与围岩形成了较为稳定的协同关系。再次，从综合效益看，沿空留巷减少了煤柱损失，提高了资源回收率，同时避免了频繁掘进对通风、运输系统的重复调整，有利于矿井系统的稳定运行。

5.经验总结思考

豫西“三软”煤层沿空留巷实践表明，该类地质条件下巷道稳定性控制不能简单照搬硬岩或中硬岩矿区经验，而应立足围岩软弱、变形持续的客观实际。在实际推广过程中，应充分结合矿井生产接替需求，将留巷技术与采区布局、生产节奏统筹考虑，避免“为留巷而留巷”。通过不断总结现场经验、优化技术参数，沿空留巷技术在“三软”煤层中的适应性和可靠性仍具有进一步提升空间。

6.结论

本文提出的切顶卸压与强—柔联合支护相结合的控制方案，在实际应用中有效降低了围岩变形程度，减少了掘进工程量，缓解了矿井接替压力，实现了综采工作面的安全、有序推进。今后，应在更多工程实践中持续完善参数体系与管理模式，不断提升沿空留巷技术在“三软”煤层中的适应性与可靠性，为类似矿区的安全高效开采提供可借鉴的技术经验。

参考文献

[1] 王飞，王绪强，石新禹，等。厚直接顶作用下切顶深度对沿空留巷稳定性影响分析 [J]. 工矿自动化，2024, 50 (12): 59-66.

[2] 许起，尹嘉帝，耿浩哲。大采高沿空留巷围岩结构控制及其稳定性评价 [J]. 煤炭技术，2024, 43 (9): 42-47.

[3] 张慧芳，张旭亮。复合顶板沿空留巷切顶卸压围岩稳定性研究 [J]. 山西焦煤科技，2024, 48 (7): 5-8.

郑保阳

河南宝雨山煤业有限公司宝雨山煤矿