康红普院士：无煤柱开采围岩控制技术及应用

煤柱是井工煤矿开采过程中，为保证煤炭生产与安全而保留的、暂时或永久不开采的煤体。煤柱类型包括地面建筑物保护煤柱，隔离煤柱，护巷煤柱等。无煤柱开采是通过合理的开拓部署、采煤工作面和巷道布置及采掘顺序，取消护巷煤柱的采煤方法。其具有消除应力集中、降低动力灾害、减少巷道掘进量、减少煤炭损失、改善采煤工作面通风等诸多优点。经过60多年的研究与试验，我国无煤柱开采方法及围岩控制技术取得长足发展。

为此，康红普院士在《煤炭学报》2022年第1期撰写长文综述《无煤柱开采围岩控制技术及应用》（扫描下方二维码免费下载阅读）。研究综合分析了沿空留巷、沿空掘巷、跨巷开采及采空区布置巷道等无煤柱开采方法及适用条件、围岩控制取得的研究成果。

煤柱是井工煤矿开采过程中，为了保证煤炭生产与安全而保留的、暂时或永久不开采的煤体。煤柱有多种类型，包括地面建（构） 筑物保护煤柱，隔离煤柱，护巷煤柱等。其中护巷煤柱包括大巷、集中巷、上下山及回采巷道保护煤柱。煤柱很重要的参数是宽度、高度及宽高比。随着煤矿开采深度不断增加，要求的煤柱宽度越来越大，显著影响煤炭资源回收率；另外，不合理的煤柱会引起应力集中，导致巷道大变形，出现冲击地压等灾害，威胁煤矿安全生产。

不同开采系统的沿空留巷类型

无煤柱开采是通过合理的开拓部署、采煤工作面和巷道布置及采掘顺序，取消护巷煤柱的采煤方法。其主要优越性表现为：消除煤柱引起的应力集中，使巷道处于应力降低区，有利于巷道维护；可降低由煤柱集中应力引起的煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害；显著减少巷道掘进量，降低矿井掘进率，有利于缓解采掘接续紧张；减少煤炭损失，提高煤炭资源回收率；改善采煤工作面通风系统，有利于解决瓦斯问题。

前进式开采巷道布置方式

无煤柱开采有多种形式，按照巷道与煤层开采的时空关系，可分为跨巷无煤柱开采、回采巷道无煤柱开采及采空区形成或掘进巷道无煤柱开采。跨巷开采有跨大巷、集中巷、上下山等开采；回采巷道无煤柱开采主要有沿空留巷与沿空掘巷2种方式；采空区形成或掘进巷道是在采空区维护巷道或在稳定、压实的采空区内新掘进巷道；留掘复合是沿空留巷与沿空掘巷混合使用。

沿空留巷支护星网

在沿空留巷方面的主要内容为：不同开采系统的沿空留巷类型、围岩变形与破坏特征；沿空留巷结构力学模型及围岩与支护作用关系；沿空留巷巷内基本支护、巷内加强支护、巷旁支护形式及支护性能；爆破与水力压裂围岩卸压机理及技术；沿空留巷断面优化及维护时间控制；沿空留巷支护设计原则及沿空留巷安全技术。

在沿空掘巷方面，论述了沿空掘巷的类型及小煤柱尺寸设计方法，分析沿空掘巷围岩结构特征、围岩变形的主要影响因素及沿空掘巷围岩控制技术。

研究介绍了跨巷无煤柱开采的类型，分析巷道与采煤工作面底板的垂直距离、工作面边界至巷道的水平距离等参数对跨采巷道围岩变形的影响。

论述了在采空区布置巷道的方式：在采空区形成巷道和掘进巷道，分析采空区巷道的应力环境及施工存在的难点。

沿空留巷巷旁支护形式
研究介绍了陕西何家塔煤矿支卸组合泵充混凝土支柱沿空留巷、山西野川煤矿泵充钢筋混凝土墙与水平长钻孔水力压裂卸压沿空留巷围岩控制两个应用实例，分析沿空留巷围岩变形控制效果。

沿空掘巷与留巷复合布置方式

陕西何家塔煤矿沿空留巷布置

何家塔煤矿沿空留巷支护方案
为了进一步做好无煤柱开采围岩控制技术研究、试验工作，继续扩大无煤柱开采的应用范围，研究人员最后提出以下建议与发展方向：
(1) 加强无煤柱开采巷道布置、开采顺序优化研究，结合不同的开采系统与工艺，确定合理的巷道掘进、留巷时空方案。在条件适宜、不违反煤矿安全规程的条件下，作为后退式开采的补充，可局部应用前进式开采沿空留巷技术，以发挥前进式开采系统的优势。
(2) 加强大采高、综放开采等高强度开采条件下无煤柱开采的适应性研究；加强复杂困难条件沿空留巷、沿空掘巷围岩变形与破坏机理研究，提出更合理的围岩结构力学模型；深化对围岩与支护相互作用关系的研究，提出更可靠的支护阻力估算方法。
(3) 预应力高强度锚杆锚索支护已成为沿空巷道的基本支护方式，锚索成为巷道补强的有效手段。应开发适合大变形、有动力灾害沿空巷道的超高强度、高延伸率、高冲击韧性锚杆锚索材料，提高围岩大变形控制效果，保证巷道安全。继续开发性能更优越的沿空留巷加强支护形式，不仅提高支护效果，同时能实现快速移动。
(4) 巷旁支护是沿空留巷的关键技术。应继续研究适合不同地质条件的巷旁支护形式，开发性能优越、成本低的充填材料，进一步优化巷旁支护参数，提高早期承载能力、保证长期承载能力、满足所需的变形能力。

作者简介

康红普，男，1965年11月生，山西五台人，中国工程院院士，研究员，博士生导师，中国煤炭科工集团有限公司科学技术委员会主任、首席科学家，煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室主任，中煤科工开采研究院有限公司党委书记、董事长。获国家科技进步一等奖1项，二等奖3项，国家技术发明二等奖1项。获国家发明专利30余件，发表学术论文200余篇，出版专著4部。获光华工程科技奖青年奖、孙越崎科技教育基金能源大奖、中国青年科技奖等奖励，被授予全国杰出专业技术人才、全国劳动模范等荣誉称号，入选“万人计划”百千万人才工程领军人才。2015年当选中国工程院院士。

研究方向

巷道围岩控制理论与技术

主要成果

长期从事煤矿巷道围岩控制理论与技术研究工作。开发出煤矿巷道锚杆支护成套技术体系：开发出煤矿井下煤岩体地质力学原位快速测试方法与仪器，研究了煤矿井下地应力、地质力学参数分布规律，为矿井开拓、巷道布置及巷道支护设计提供了可靠的基础参数；发明了系列锚杆支护力学性能测试装置与平台，揭示出锚杆变形与破坏特征；提出预应力锚杆支护理论和动态信息设计法；开发出高强度、高刚度锚杆与锚索支护材料，形成煤矿巷道安全、高效支护成套技术。针对深部高应力巷道，提出巷道围岩支护―改性―卸压协同控制理论，开发出高预应力、高强度、高延伸率、高冲击韧性锚杆与锚索支护技术，高压劈裂注浆围岩改性技术，水力压裂卸压技术，为深部巷道围岩控制提供了有效途径。研究成果已推广应用于我国煤矿多个矿区，取得的显著经济社会效益，推动了我国煤矿巷道支护技术的改革与发展，提升了巷道围岩控制理论与技术水平。

康红普，张晓，王东攀，等．无煤柱开采围岩控制技术及应用[J]．煤炭学报，2022，47（1）：16-44．

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