任欣　袁仕松　彭首清

摘 要：針對(duì)多次采動(dòng)影響下近距離煤層群開(kāi)采回采巷道圍巖控制的問(wèn)題，通過(guò)理論分析近距離煤層群開(kāi)采條件下下部煤層回采巷道應(yīng)布置于上部開(kāi)采煤層實(shí)體煤側(cè)下方的原巖應(yīng)力區(qū)或采空區(qū)側(cè)下方的卸壓區(qū)中。上部煤體開(kāi)采后，在回采空間周圍煤體上產(chǎn)生集中應(yīng)力，該應(yīng)力向底板深部傳遞，使底板巖層在一定范圍內(nèi)重新分布應(yīng)力，在上部22201工作面采空區(qū)側(cè)距22201工作面煤壁11.7m處為應(yīng)力集中區(qū)和卸壓區(qū)邊界，下部煤層開(kāi)掘回采巷道應(yīng)在大于11.7m處的回采巷道處于卸壓區(qū)。

關(guān)鍵詞：采動(dòng)影響;近距離;煤層群;巷道布置;理論分析

0 引言

對(duì)于煤層群開(kāi)采，隨著煤層間距離減小，上下煤層間開(kāi)采的相互影響會(huì)逐漸增大，特別是當(dāng)煤層間距很近時(shí)，下部煤層開(kāi)采前頂板的完整程度已受上部煤層開(kāi)采損傷影響，其上又為上部煤層開(kāi)采垮落的矸石，且上部煤層開(kāi)采后殘留的區(qū)段煤柱及一側(cè)采空的煤體在底板形成的集中應(yīng)力，導(dǎo)致下部煤層開(kāi)采區(qū)域的頂板結(jié)構(gòu)和應(yīng)力環(huán)境發(fā)生變化。從而使下部煤層開(kāi)采與單一煤層開(kāi)采相比出現(xiàn)了許多新的礦山壓力現(xiàn)象。而回采巷道的礦山壓力顯現(xiàn)尤其明顯，由于應(yīng)力傳遞規(guī)律特殊，礦壓顯現(xiàn)的時(shí)空關(guān)系復(fù)雜，造成巷道圍巖變形量大，支護(hù)困難，特別是當(dāng)回采巷道布置與各煤層開(kāi)采的時(shí)空關(guān)系不合理時(shí)，這種現(xiàn)象尤其嚴(yán)重。因此，研究近距離煤層群下部煤層回采巷道布置及圍巖控制技術(shù)，對(duì)于近距離煤層群的安全高效開(kāi)采具有重要意義。

1 工程概況

某煤礦井田走向長(zhǎng)22km，傾斜寬4.5～8km，面積約135km2。全井田地質(zhì)儲(chǔ)量2252.28Mt，工業(yè)儲(chǔ)量2013.72Mt，可采儲(chǔ)量1275.74Mt。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3.0Mt/a，后經(jīng)過(guò)技術(shù)改造生產(chǎn)能力提升為5.0Mt/a。礦井以兩個(gè)水平開(kāi)拓全井田，一水平開(kāi)拓山西組2、3、4、5號(hào)煤，水平標(biāo)高+400m，二水平開(kāi)拓太原組6、8、9、10號(hào)煤。礦井目前生產(chǎn)水平為+400m水平。礦井北翼2、3+4、5號(hào)煤層屬于近距離煤層群，24208工作面為北二采區(qū)第八個(gè)沿煤層傾向布置的長(zhǎng)壁式回采工作面。其東面至北軌大巷;西面為開(kāi)拓區(qū);南面為正在回采的24207工作面;上方為2號(hào)煤層開(kāi)采區(qū)，22201工作面為首采工作面。

2 近距離回采巷道合理位置理論分析

2.1 下煤層回采巷道布置原則

煤層開(kāi)采后，在回采空間周圍的煤體上造成應(yīng)力集中，理論分析可知該應(yīng)力向底板深部傳播引起底板巖層應(yīng)力重新分布，在底板巖層水平方向形成原巖應(yīng)力區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)、卸壓區(qū)和應(yīng)力恢復(fù)區(qū)，在煤層開(kāi)采邊緣附近由于剪切滑移破壞致使底板巖層在垂直方向一定范圍內(nèi)應(yīng)力降低，形成剪切滑移破碎區(qū)域，應(yīng)力集中區(qū)域和破碎區(qū)域中布置的巷道均不利于巷道圍巖的穩(wěn)定。因此，近距離煤層下行開(kāi)采中，下部煤層合理的回采巷道位置主要取決于巷道與開(kāi)采空間的相對(duì)位置關(guān)系，即下部煤層回采巷道距上部采動(dòng)煤層的合理垂直距離及相應(yīng)的距煤層開(kāi)采邊界的水平距離。

在近距離煤層下行開(kāi)采中，為了保證下部煤層回采巷道圍巖的穩(wěn)定，巷道應(yīng)避開(kāi)上部煤層開(kāi)采在底板巖層引起的應(yīng)力集中區(qū)域和破碎區(qū)，將巷道布置于上部煤層開(kāi)采穩(wěn)定后的原巖應(yīng)力區(qū)或卸壓區(qū)中，以使巷道處于比較好的維護(hù)環(huán)境下。

2.2 下煤層回采巷道合理位置分析

以某煤礦為例分析近距離煤層群下部煤層回采巷道合理位置，根據(jù)下部煤層回采巷道布置原則，下部煤層回采巷道應(yīng)布置于上部開(kāi)采煤層實(shí)體煤側(cè)下方的原巖應(yīng)力區(qū)或采空區(qū)側(cè)下方的卸壓區(qū)中。上部煤體開(kāi)采后，在回采空間周圍煤體上產(chǎn)生集中應(yīng)力，該應(yīng)力向底板深部傳遞，使底板巖層在一定范圍內(nèi)重新分布應(yīng)力。底板巖層內(nèi)集中應(yīng)力分布成擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，數(shù)值等于自重應(yīng)力值的等值線與煤體邊緣垂線的夾角稱為影響角θ，θ一般為30o～40o，為了安全起見(jiàn)，將θ設(shè)置為40o，則3+4號(hào)煤層應(yīng)力集中區(qū)和卸壓區(qū)邊界如圖1所示。

根據(jù)該煤礦的實(shí)際情況，3+4號(hào)煤層與22201工作面垂直間距z=14m，則：

考慮到安全因素取兩種計(jì)算方法的較大值作為應(yīng)力集中區(qū)與卸壓區(qū)的邊界，即在22201工作面采空區(qū)側(cè)距22201工作面煤壁11.7m處為應(yīng)力集中區(qū)和卸壓區(qū)邊界，開(kāi)掘在大于11.7m處的回采巷道處于卸壓區(qū)。

3 現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用

該煤礦新24208膠帶巷位置的確定要綜合考慮上部22201回采工作面采動(dòng)引起底板巖層應(yīng)力環(huán)境的變化和本煤層24208工作面開(kāi)采引起的側(cè)向支承壓力對(duì)24208回風(fēng)巷（原膠帶巷）的影響。在上部22201工作面動(dòng)壓的影響下，24208回風(fēng)巷（原膠帶巷）原錨桿支護(hù)沒(méi)能形成有效的承載結(jié)構(gòu)以控制圍巖的穩(wěn)定性，致使巷道圍巖經(jīng)采動(dòng)后變得十分破碎，已不宜再次承受24208回采工作面劇烈的動(dòng)壓影響，另考慮到工作面長(zhǎng)度因素，只能將新24208膠帶巷布置于22201工作面實(shí)體煤側(cè)下方3+4號(hào)煤層中的原巖應(yīng)力區(qū)域中，從而減小24208回風(fēng)巷（原膠帶巷）再次承受劇烈的采動(dòng)影響。

綜上分析，24208回風(fēng)巷（原膠帶巷）和新24208膠帶巷之間區(qū)段煤柱的寬度應(yīng)大于24208工作面?zhèn)认蛑С袎毫Ψ秶拖锏缿?yīng)力影響范圍之和，以避免應(yīng)力彼此疊加，保證巷道圍巖穩(wěn)定性。因此，區(qū)段煤柱的寬度應(yīng)大于44.5m，取為45m，新24208膠帶巷上下空間層位關(guān)系如圖2所示。在該位置新24208膠帶巷距22201工作面開(kāi)采邊緣的水平距離為62m，處于22201工作面開(kāi)采后在底板巖層形成的原巖應(yīng)力區(qū)域，符合巷道布置要求。

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第一作者簡(jiǎn)介：任欣（1997.05-）男，貴州省仁懷市人，貴州六盤水師范學(xué)院礦業(yè)與土木工程學(xué)院采礦工程專業(yè)本科生

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201810977012）