小錯距上下煤層反向同采對上工作面巷道的影響

王海成

（國投新集能源股份有限公司新集一礦，安徽省淮南市，232000）

小錯距上下煤層反向同采對上工作面巷道的影響

王海成

（國投新集能源股份有限公司新集一礦，安徽省淮南市，232000）

根據新集一礦已有的工程地質資料和科研成果建立模型，采用FLAC3D進行了數值模擬，并結合現場觀測，研究了小錯距上下煤層工作面反向同采時，上工作面巷道圍巖應力、塑性區和變形情況，研究結果表明，上工作面巷道圍巖變形在兩工作面推進過程中呈現兩個階段的變化，該巷道圍巖一定范圍內發生塑性破壞是其圍巖變形不斷增長的主要原因，因此上工作面巷道支護的關鍵是加固其圍巖的塑性破壞區，提高圍巖的自承載能力。

回采工作面 反向同采 數值模擬 小錯距 回采巷道 圍巖變形

1 工程概況

老礦井經過多年的開采，生產系統較為復雜，采掘接續也比較緊張，因此有時出于接續方面的原因，不可避免地會出現小錯距上下煤層工作面同采的問題，這時就需要研究上下煤層工作面同采對上工作面巷道的影響，有針對性地采取有效措施，以保證上工作面能夠正常回采。

261306工作面位于新集一礦二水平六采區，為走向長壁懸移支架放頂煤炮采工作面，沿煤層走向布置，開采煤層為13－1、13－1下煤層，煤層傾角0～20°，平均11°，煤層厚度較穩定，全層厚度平均為7.11m，工作面風巷底板標高為－526.8～－563.6m，機巷底板標高為－545.3～－582.2m，該工作面平均走向長為769.0m，平均傾斜長為97.0m。

261306回風巷為半圓拱斷面，凈高3.6m，凈寬3.0m，采用U36型鋼支護。

241107工作面位于新集一礦二水平四采區，為走向長壁一次采全高綜采工作面，采高約3.5m，開采煤層為11－2煤層，煤層傾角1～24°，平均10°，煤層厚度較穩定，平均厚度3.70m，工作面回風巷底板標高為－563.9～－587.3m，運輸巷底板標高為－598.7～－622.5m，該工作面平均走向長1385.8m，平均傾斜長149.4m。

261306和241107工作面為反向同采，兩工作面的相對位置關系如圖1所示。

圖1 241107及261306工作面布置示意圖

2 計算模型的建立

采用FLAC3D進行數值模擬，分析2 4 1 1 0 7和261306兩工作面反向同采時，對261306回風巷的影響。

2.1 幾何力學模型的建立

根據241107和261306工作面的煤系地層資料建立三維數值模型，X方向為煤層傾向，Y方向為煤層走向，整個模型高度246.5m，傾向長度430m，走向長度200m，共劃分成322880個單元體，338045個節點。

模型的前后和左右邊界限制水平移動，下部邊界限制垂直移動，上部邊界為自由邊界，上部邊界以上的巖層作為外載荷施加在模型的上邊界上。

2.2 初始地應力場的賦值

中國地質科學院地質力學研究所采用水壓致裂法對新集一礦的地應力場進行了測試，根據測試結果，本次數值模擬的初始地應力值由以下公式算出：

式中：σz——Z方向垂直主應力，MPa；

σy——Y方向水平主應力，MPa；σx——X方向水平主應力，MPa；

H——地層深度，m。

2.3 巖石力學參數的選取

本次數值模擬計算采用莫爾－庫侖（Mohr－Coulomb）準則判斷巖體的破壞，根據新集一礦已有的巖石力學實驗結果，選取的力學參數見表1。

表1 巖層力學參數

3 計算結果分析

3.1 261306回風巷圍巖垂直應力分布

回風巷掘出后，其兩幫圍巖在一定范圍內形成了垂直應力增高區，頂底圍巖在一定范圍內形成了垂直應力降低區，在兩工作面相遇之前，隨著兩工作面的向前推進，回風巷圍巖兩幫垂直應力峰值不斷增加，應力增高區范圍不斷增大，在兩工作面相遇之后，隨著兩工作面的繼續向前推進，下幫垂直應力峰值不斷增加，應力增高區范圍不斷增大，但上幫（靠近241107工作面一幫）垂直應力峰值逐步降低，圍巖的垂直應力降低區向241107工作面的采空區方向擴展。

3.2 261306回風巷圍巖水平應力分布

回風巷掘出后，其頂底圍巖在一定范圍內形成了水平應力增高區，兩幫圍巖在一定范圍內形成了水平應力降低區，在兩工作面相遇之前，隨著兩工作面的向前推進，回風巷上幫和頂底板圍巖水平應力變化較小，而下幫圍巖水平應力峰值和增高區范圍不斷增大，在兩工作面相遇之后，下幫圍巖水平應力峰值和增高區范圍繼續不斷增大，但頂、底板圍巖和上幫的水平應力峰值隨著兩工作面的繼續向前推進，應力峰值逐步降低，巷道圍巖的水平應力降低區同樣向241107工作面的采空區方向擴展。

4 現場觀測結果分析

在261306回風巷內從工作面向外依次布置巷道圍巖表面變形觀測點，1＃測點距261306工作面為10m，測點間距為10m，共布置10個測點，用鋼卷尺和測桿測讀巷道變形量，每1～2d測1次，變形觀測從2010年11月2日開始至12月10日結束，11月26日兩工作面在推進方向上相遇，此時，261306回風巷推進37m，241107運輸巷推進112m，取6＃和8＃測點的變形結果進行分析，變形曲線見圖2。

從圖2中可以看出，隨著兩工作面的向前推進，261306回風巷移近速度逐步增大，兩工作面相遇之后，移近速度逐步平緩，通過觀測，261306回風巷頂底變形量大于兩幫變形量，因回風巷底板未進行有效支護，通過現場觀測風巷底臌嚴重，所有測點中頂底板累計最大變形量為2299mm，兩幫累計最大變形量為1950mm。

圖2 261306回風巷內測點變形分析圖

5 結論

（1）通過分析發現261306回風巷形變從距241107工作面煤壁20m位置開始逐漸變大，其中40～60m范圍內巷道移近速度最大，礦壓顯現最為明顯，距離超過80m后，巷道變形量開始變小，逐漸趨于穩定。

（2）兩工作面開采后引起261306回風巷圍巖應力場的變化，而應力變化將導致塑性場的變化，故塑性場變化是風巷圍巖變形增長的主要原因。

（3）針對261306回風巷變形影響因素，在采動影響范圍內提前臥底注漿，對U型棚棚卡和拉條重新進行緊固，并且打一梁二柱托棚加強支護，經過上述措施巷道變形得到有效控制。

［1］ 張蕊，鞠遠江，彭華等.新集一礦地應力測試及應用分析［J］.煤炭科學技術，2010（8）

［2］ 謝和平，周宏偉，王金安等.FLAC在煤礦開采沉陷預測中的應用及對比分析［J］.巖石力學與工程學報，1999（4）

［3］ 劉波，韓彥輝.FLAC原理實例與應用指南［M］.北京：人民交通出版社，2005

［4］ 彭蘇萍，凌標燦，鄭高升等.采場彎曲下沉帶內部巷道變形與巖層移動規律研究［J］.煤炭學報，2002（1）

Influence of two coal faces with small horizontal separation in upper and lower coal seams mined in opposite directions on roadway of upper face

Wang Haicheng
（No.1Colliery of SDIC Xinji Energy Company Ltd.，Huainan，Anhui 232000，China）

The numerical model was established by FLAC3Dsoftware according to the existing engineering geological data and scientific research results on No.1Colliery of Xinji Energy Company.Combined with the observation data from the coal mine，the stress of surrounding rock，the plastic region and the deformation of the roadway in the upper mining face were studied during the coal mining in opposite directions in the upper and lower coal seams with small horizontal separation.The results showed that the surrounding rock deformation of the roadway in the upper mining face varied in two stages in the advancing process of two mining faces.The plastic damage in some regions caused the continuous deformation of the surrounding rock.So the key of roadway support in the upper mining face is to strengthen the plastic damage area of surrounding rocks so as to improve the own bearing capacity of surrounding rocks.

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TD322

A

王海成（1981－），男，陜西漢中人，本科學歷，工程師，現在國投新集一礦從事采礦技術管理工作。

（責任編輯 張毅玲）