煤柱是井工煤礦開采過程中，為保證煤炭生產與安全而保留的、暫時或永久不開采的煤體。煤柱類型包括地面建筑物保護煤柱，隔離煤柱，護巷煤柱等。
無煤柱開采是通過合理的開拓部署、采煤工作面和巷道布置及采掘順序，取消護巷煤柱的采煤方法。其具有消除應力集中、降低動力災害、減少巷道掘進量、減少煤炭損失、改善采煤工作面通風等諸多優(yōu)點。經(jīng)過60多年的研究與試驗，我國無煤柱開采方法及圍巖控制技術取得長足發(fā)展。
近日，受《煤炭學報》編輯部邀約，康紅普院士撰寫長文綜述《無煤柱開采圍巖控制技術及應用》（點擊“閱讀原文”下載全文），并于1月14日網(wǎng)絡首發(fā)。研究綜合分析了沿空留巷、沿空掘巷、跨巷開采及采空區(qū)布置巷道等無煤柱開采方法及適用條件、圍巖控制取得的研究成果。
在沿空留巷方面的主要內容為：不同開采系統(tǒng)的沿空留巷類型、圍巖變形與破壞特征；沿空留巷結構力學模型及圍巖與支護作用關系；沿空留巷巷內基本支護、巷內加強支護、巷旁支護形式及支護性能；爆破與水力壓裂圍巖卸壓機理及技術；沿空留巷斷面優(yōu)化及維護時間控制；沿空留巷支護設計原則及沿空留巷安全技術。
在沿空掘巷方面，論述了沿空掘巷的類型及小煤柱尺寸設計方法，分析沿空掘巷圍巖結構特征、圍巖變形的主要影響因素及沿空掘巷圍巖控制技術。
研究介紹了跨巷無煤柱開采的類型，分析巷道與采煤工作面底板的垂直距離、工作面邊界至巷道的水平距離等參數(shù)對跨采巷道圍巖變形的影響。
論述了在采空區(qū)布置巷道的方式：在采空區(qū)形成巷道和掘進巷道，分析采空區(qū)巷道的應力環(huán)境及施工存在的難點。
中煤科工開采研究院有限公司（原煤炭科學研究總院北京開采研究所）長期從事無煤柱開采圍巖控制技術研究與推廣應用工作。近年來開發(fā)出支卸組合泵充混凝土支柱沿空留巷圍巖控制成套技術、泵充混凝土墻與卸壓聯(lián)合圍巖控制技術，在陜西、山西、內蒙等省區(qū)得到推廣應用，取得良好效果。
陜西何家塔煤礦沿空留巷布置圖
何家塔煤礦沿空留巷支護方案
研究詳細介紹了陜西何家塔煤礦支卸組合泵充混凝土支柱沿空留巷、山西野川煤礦泵充鋼筋混凝土墻與水平長鉆孔水力壓裂卸壓沿空留巷圍巖控制兩個應用實例，分析沿空留巷圍巖變形控制效果。
為了進一步做好無煤柱開采圍巖控制技術研究、試驗工作，繼續(xù)擴大無煤柱開采的應用范圍，研究人員最后提出以下建議與發(fā)展方向。
(1) 加強無煤柱開采巷道布置、開采順序優(yōu)化研究，結合不同的開采系統(tǒng)與工藝，確定合理的巷道掘進、留巷時空方案。在條件適宜、不違反煤礦安全規(guī)程的條件下，作為后退式開采的補充，可局部應用前進式開采沿空留巷技術，以發(fā)揮前進式開采系統(tǒng)的優(yōu)勢。
(2) 加強大采高、綜放開采等高強度開采條件下無煤柱開采的適應性研究；加強復雜困難條件沿空留巷、沿空掘巷圍巖變形與破壞機理研究，提出更合理的圍巖結構力學模型；深化對圍巖與支護相互作用關系的研究，提出更可靠的支護阻力估算方法。
(3) 預應力高強度錨桿錨索支護已成為沿空巷道的基本支護方式，錨索成為巷道補強的有效手段。應開發(fā)適合大變形、有動力災害沿空巷道的超高強度、高延伸率、高沖擊韌性錨桿錨索材料，提高圍巖大變形控制效果，保證巷道安全。繼續(xù)開發(fā)性能更優(yōu)越的沿空留巷加強支護形式，不僅提高支護效果，同時能實現(xiàn)快速移動。
(4) 巷旁支護是沿空留巷的關鍵技術。應繼續(xù)研究適合不同地質條件的巷旁支護形式，開發(fā)性能優(yōu)越、成本低的充填材料，進一步優(yōu)化巷旁支護參數(shù)，提高早期承載能力、保證長期承載能力、滿足所需的變形能力。
(5) 加強沿空留巷巷內基本支護、加強支護及巷旁支護在支護強度、剛度及變形能力等方面的匹配性研究，充分發(fā)揮三種支護在時間與空間上的支護優(yōu)勢，通過三者協(xié)同支護，有效控制沿空留巷圍巖變形與破壞。
(6) 沿空巷道卸壓機理、支卸協(xié)同作用原理與技術還需要深入研究。研究各種卸壓方法的適應性，水力壓裂裂縫開啟、擴展規(guī)律及主要影響因素，建立煤巖體裂縫擴展準則，進一步提高水力壓裂卸壓方案與參數(shù)設計的合理性。開發(fā)井下水力壓裂裂縫擴展方向、路徑、開度等裂縫參數(shù)的監(jiān)測儀器與技術，準確評價水力壓裂卸壓效果。
(7) 目前沿空留巷、沿空掘巷的施工速度還比較低，不能滿足采煤工作面快速推進的要求。應研究沿空巷道快速施工工藝與裝備，提高施工速度，滿足采煤對掘進與留巷的要求。
(8) 隨著煤礦數(shù)字化、信息化、智能化建設的快速發(fā)展，應研發(fā)無煤柱開采圍巖控制的自動化、智能化施工技術、裝備及智能控制系統(tǒng)，在顯著提高施工速度和效率的同時，大幅度減少現(xiàn)場作業(yè)人員，實現(xiàn)少人化，進一步改善井下作業(yè)環(huán)境與安全程度。
這項研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金項目的資金支持。
引用格式：康紅普,張曉,王東攀,田錦州,伊鐘玉,蔣威.無煤柱開采圍巖控制技術及應用[J/OL].煤炭學報:1-30[2022-01-14].DOI:10.13225/j.cnki.jccs.YG21.1940.
文章來源：煤炭學報
