郭二莊礦近距離煤層同采合理錯距研究

劉新河 于海洋 周奕朝 李哲寧 王 鵬

（1.河北工程大學，河北省邯鄲市，056038；2.冀中能源邯礦集團郭二莊礦，河北省武安市，056000）

郭二莊礦近距離煤層同采合理錯距研究

劉新河1于海洋1周奕朝2李哲寧1王 鵬1

（1.河北工程大學，河北省邯鄲市，056038；2.冀中能源邯礦集團郭二莊礦，河北省武安市，056000）

結合郭二莊煤礦21311和22311兩工作面的實際情況，通過對兩工作面現場礦壓觀測和理論分析，提出兩煤層同采時，初采錯距要大于正常同采錯距，并確定了同采工作面在減壓區內的合理錯距范圍，對同采煤層的采場和巷道維護起到了積極作用。

綜采 近距離煤層開采 礦壓觀測 合理錯距

1 采區概況

郭二莊煤礦位于河北省武安市礦山鎮境內，太行山東麓山前地帶，地表呈中低山丘陵地形。礦井同采工作面位于二水平－300m北翼三采區，三采區在二水平二采區和原二坑五采區下部，上至F11斷層，下至章F3斷層，左至4076000經緯線，右至章郭邊界保護煤柱。走向長度2540m，傾斜長1510m，面積3835400m2。上限標高－60m，下限標高－600m。三采區上、下兩煤層均采用走向長壁后退式采煤方法，兩煤層均采用綜合機械化回采工藝，采用全部垮落法管理頂板。

2 地質條件

郭二莊煤礦三采區同采1＃（小煤）、2＃（大煤）兩個煤層，兩層煤層中分別布置了21311和22311兩個工作面，工作面位置關系如圖1所示。上下煤層間距16.45～23.13m，平均間距18m，煤層傾角8～16°，平均傾角13°。1＃煤層賦存不穩定，煤厚1.54～1.86m，平均厚1.70m，局部可采，為本區局部可采煤層。直接頂為泥巖，灰黑色，層理細膩，層厚0.52～3.20m；直接底為粉砂巖，灰黑色，含植物化石和少許泥質結核，層厚2.1～6.25m。2＃煤層賦存較穩定，煤厚1.86～2.15m，平均厚度2.0m，大部可采，為本區主采煤層。直接頂為泥巖，灰黑色，含炭質成分較高，質地松軟，層厚0～2.35m；直接底為粉砂巖，黑色，層理細膩，含大量植物化石和少量炭質成分，層厚0～4.71m。

圖1 工作面位置及測區布置圖

大煤頂板中砂巖為直接充水含水層，山西組中、上部的中、細砂巖為間接補給含水層，富水性弱，通過導水裂隙帶接受上部二坑五采區老空區積水補給，以靜儲量為主，補給量小，水文地質條件簡單；工作面瓦斯含量低；煤塵無爆炸危險；煤層無自燃現象；地溫、地熱無異常。

3 礦壓觀測

3.1 測區布置

為確定兩煤層工作面的壓力狀態，在兩工作面分別布置了3個測區進行礦壓觀測，如圖1所示，測區布置在工作面的上、中、下3個位置，通過液壓支架上的壓力自記儀記錄數據，并在回采期間對煤壁片幫深度進行統計。

3.2 方案實施

由圖1可知，22311工作面開切眼位置滯后21311工作面100m左右，本方案設計為兩煤層同時進行回采，均以勻速推進，22311工作面推進速度是21311工作面推進速度的2.5倍，隨著同采時間的增長，兩工作面錯距呈遞減狀態。同采開始時兩煤層錯距100m，當錯距達到10m（即21311面推進60m，22311面推進150m）時方案實施結束。21311工作面液壓支架初撐力2600kN，額定工作阻力3200kN；22311工作面液壓支架初撐力2600kN，額定工作阻力3000kN。同采期間每天對上、下煤層工作面測區內支架載荷進行記錄，并計算出每個工作面內3個測區支架載荷的平均值，繪出兩工作面支架壓力曲線，如圖2所示。

由圖2可以看出，21311工作面初次來壓步距33m左右，周期來壓步距10m左右；22311工作面初次來壓步距32m左右，周期來壓步距11m左右。21311工作面初次來壓時，兩工作面錯距為50m，22311工作面支架載荷略高于本煤層周期來壓強度，說明22311工作面在錯距為50m時受到了21311工作面初次來壓的影響，但影響程度比較微弱。隨著工作面的繼續推進，兩工作面錯距為42m時，22311工作面支架載荷急劇上升，工作面煤壁片幫嚴重，此時22311工作面液壓支架有乳化液溢流現象。隨著兩工作面的繼續向前推進，錯距繼續縮短，當兩工作面錯距在13～19m時，22311工作面支架載荷有明顯降低的現象。

圖2 同采期間工作面支架壓力曲線圖

4 合理錯距分析

4.1 常規理論公式計算合理錯距

合理錯距的確定目前有兩個觀點，一是合理的錯距應能保證下煤層工作面處于上煤層工作面開采冒落穩定后再開采；二是合理的錯距應能保證下煤層工作面處于上煤層工作面開采形成的減壓區內進行回采。

常規理論公式計算合理錯距為：

式中：M——兩煤層間距，取18m；

δ——巖石移動角，取72°；

L——考慮上煤層工作面頂板冒落基本穩定及上、下工作面推進速度不均衡安全距離，一般取20～25m；

B——上部煤層工作面最大控頂距，取4.6m。

根據式（1）計算同采合理錯距為：

式（1）計算的同采錯距與現場實測礦壓顯現規律不相符，且上式沒有區分初采（上煤層開切眼至初次來壓期間）與正常同采時的錯距，用式（1）計算錯距具有局限性，因此分開計算初采和正常同采錯距才是合理的。

4.2 初采合理錯距確定

由礦壓觀測可知，21311工作面初次來壓時，上覆巖層活動劇烈，支架載荷增大，此時，同采錯距約為50m左右，22311工作面支架載荷略有增加，但無異常增大現象；當錯距達到42m時，22311工作面支架載荷明顯增加，煤壁片幫嚴重，說明此時下煤層工作面進入了上煤層初次來壓沖擊壓力影響區，礦壓顯現劇烈。因此初采時安全距離L至少要留設1～1.2個初次來壓步距，才能保證22311工作面免受21311工作面初次來壓時沖擊壓力的影響，如圖3所示。

圖3 初采時錯距分析圖

經式（1）計算初采時合理錯距為：

通過計算，同采錯距至少要留設43.45～50.05m，下煤層工作面才能夠避開上煤層初次來壓頂板冒落引起的沖擊壓力影響，與現場觀測到的礦壓規律相符，因此初采時錯距保持在44～50m內是合理的。

4.3 正常同采合理錯距確定

根據現場礦壓觀測可知，兩層煤正常同采時，21311工作面周期來壓同樣劇烈，當兩工作面錯距在13～19m時，22311工作面支架載荷有明顯降低的現象。基于合理錯距觀點二，下煤層工作面只有處于上煤層工作面開采形成的減壓區內，才會出現上述現象。在確定減壓區內最小錯距時，因下煤層工作面回采時前支承壓力將會對煤壁有塑性破壞，若使塑性破壞區不至于影響到上煤層工作面支架的控頂區，安全距離L至少要留設煤壁塑性破壞帶的寬度，取2m，才不會對上煤層開采造成影響，如圖4所示。

圖4 減壓區最小錯距示意圖

經式（1）計算同采時減壓區最小錯距為：

在確定減壓區內最大錯距時，安全距離L的最大臨界值取上煤層工作面一個周期來壓步距。根據“砌體梁”結構假說，下煤層工作面處于上部煤層頂板巖層已斷裂而相互擠壓的巖塊形成的結構保護下，才能確保下煤層工作面處于上煤層開采形成的減壓區內部，如圖5所示。

圖5 減壓區最大錯距示意圖

經式（1）計算同采時減壓區最大錯距為：

通過計算，減壓區內錯距范圍為12.45～20.45m，由現場礦壓觀測可知，錯距在13～19m時，22311工作面支架載荷明顯降低，與理論計算的同采錯距相符，因此正常同采時錯距保持在13～19m內是合理的。

5 結論

（1）兩層煤同采時，初采合理錯距遠大于正常同采合理錯距，因此同采錯距在留設時分開計算更為合理。

（2）初采時，兩煤層工作面錯距控制在44～50m范圍內，21311工作面初次 來壓對22311工作面影響不大，因此初采錯距在44～50m范圍內是合理的。

（3）正常同采時，22311工作面布置在21311工作面開采形成的減壓區內，同采錯距保持在13～19m的范圍，22311工作面礦壓顯現明顯降低，實施效果良好。

［1］ 錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制［M］.北京：煤炭工業出版社，1984

［2］ 徐永圻.煤礦開采學［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1999

［3］ 王月星.極近距離煤層同采合理錯距研究［J］.煤礦開采，2011（2）

［4］ 林衍，譚學術，胡耀華.對緩傾近距煤層群同采合理錯距的探討［J］.貴州工學院學報，1994（4）

［5］ 馬全禮，耿獻文，童培國.近距離煤層同采工作面合理錯距研究［J］.煤炭工程，2006（3）

［6］ 叢利，石建軍，劉洪濤.近距離煤層開采礦山壓力規律數值模擬研究［J］.中國煤炭，2010（2）

Study on rational dislocation distance in simultaneously mining in contiguous seams in Guo＇erzhuang Coal Mine

Liu Xinhe1，Yu Haiyang1，Zhou Yizhao2，Li Zhening1，Wang Peng1
（1.Hebei University of Engineering，Handan，Hebei 056038，China；2.Guo＇erzhuang Coal Mine，Hankuang Group，Jizhong Energy Group，Wu＇an，Hebei 056000，China）

Combining with actual conditions of 21311and 22311mining faces in Guo＇erzhuang Coal Mine，and after in－situ ground－control observation and theoretical analysis，the paper suggests that the rational dislocation distance of primary mining should be longer than normal mining in simultaneously mining in 2contiguous seams，and it also establishes the rational dislocation distance range of simultaneous mining faces in pressure reducing zone，which is beneficial to keep mining field and roadway stable.

fully mechanized mining，contiguous seams mining，ground－control observation，rational dislocation distance

TD823.81

A

劉新河（1954－），男，河北邯鄲人，教授，現從事采礦工程專業的教學與科學研究工作。

（責任編輯 張毅玲）