煤層上行開采頂板巷道圍巖穩定性研究

李 華

（太原東山李家樓煤業有限公司,太原 030000）

0 引言

在我國現行的煤炭開采方式中，下行開采占絕大多數，但是下行開采方式也有自身的局限性不能適合所有的開采環境，因此在某些特定的地質條件下，采用上行開采既可以滿足生產又能降低投資[1]，同時針對早期礦井開采遺留在采空區的可采煤層，采用上行開采的方式可充分回收被遺棄的煤層，提高礦井的產量和生產效率，近年來隨著礦井的開采深度增加，使得地壓越來越嚴重，頂板管理難度增加，巷道變形嚴重，采用上行泄壓開采可以降低礦壓，是解決深礦井開采的一種途徑[2]。

1 工作面概況

小河嘴煤礦隸屬四川達竹煤電集團，2016（24）工作面地面標高580-648m，井下標高7.9-147m，24工作面在201采區的斜東側，煤層厚度為0.3-0.75m，平均厚度0.58m，斜角3°-4°，煤層厚度不穩定，對回采過程有一定的影響。在掘工作面時出現過斷層結構，水文地質屬于堅硬裂隙巖層，開采過程中，工作面出現淋水，整體工作面生產條件較差。

2 上行開采覆巖破壞規律

在工作面向前推進的過程中，采空區的覆巖會受到不同程度的破壞，按破壞程度的大小，可分為垮落帶、裂縫帶及彎曲帶[3]。垮落帶破壞程度較嚴重，垮落帶巖塊下部分排列不整齊，而上部分排列整齊，保持原有層序，初始的碎脹系數為1.3-1.5數值較大，跨落帶內巖塊縫隙多，易積水和瓦斯。裂縫帶內的跨落巖塊較垮落帶的排列整齊，是由于巖層間受力不均和巖層拉伸造成的，彎曲帶的破壞程度最小，很少出現層間離層，巖層基本保持原樣。

工作面的推進會將原有的覆巖應力的平衡狀態打破，之后覆巖應力會重新形成平衡，在形成的過程中會產生縱向和橫向的變形，造成大量的裂痕，一些裂痕會隨著工作面的繼續推進而慢慢閉合，但縱向的變形會形成巖層臺階錯動，影響煤層的完整性，嚴重影響上行開采，所以為了保證生產的安全進行，必須控制好縱向的臺階錯動。通過形成以矸石為支撐的平衡巖層結構可以有效的降低縱向的臺階錯動。

3 上行開采頂板巷道圍巖控制

3.1 頂板巷道礦壓顯現規律

圍巖應力原有的平衡隨著工作面的推進被破壞，之后圍巖應力重新進行分布，產生圍巖應力的升高區和降低區，支撐壓力的方向由底板向頂板傳遞[4]，采空區的圍巖應力隨著工作面的推進而逐步減小，距離采空區越遠，應力下降越多，分布越緩和，支撐力的方向為與法線成一定角度向頂板延伸，值的大小符合負指數。

巷道距下部煤層的垂距和距煤柱的水平距決定了頂板巷道的壓力，同時覆巖性質也對巷道的壓力有一定的影響。垂直距離越大，巷道的支撐壓力就越小，巷道相對來說就穩定。水平距越大，支撐壓力也越來越小，但光單一的垂距或水平距小，巷道依然容易受破壞。當巷道在增高區內時，煤柱周圍的采動和煤柱寬度對頂板巖層應力影響大，巷道易受破壞。當位于應力降低區域內時，巷道受采動的影響不是很大，但如果位于采空區的頂板圍巖，會出現拉應力，巷道仍然會受到破壞。

3.2 頂板巷道圍巖控制

上行開采圍巖控制可以先從確定巷道空間位置入手，為了避免較高的支撐壓力和保持與下部煤柱較大的水平距和開采煤層的垂距，可以將矸石的壓區的上方作為巷道的位置。在頂板的支護方面，在頂板的支撐壓力下，單一支護不能保證頂板巷道的穩定，且一旦支護出現問題，容易造成大面積的巷道破壞，一次需要多種支護相結合的支護方式，來提高圍巖強度和支護穩定性[2]。

支護強化的重點區域是底板，在用上行開采的過程中，由于下部工作面的采動對頂板造成一定的影響，使得巷道兩幫的圍巖逐步向中間靠攏，最終形成水平應力，這種新形成的水平應力對破碎底板產生較大的結構效應，使底板巖層產生壓曲破壞，因此底板穩定有助于兩幫穩定，所以必須對底板進行加強支護，一般在工作面影響區的前方，在原有支護上進行加強支護，抵抗動壓影響。

3.3 支護方案設計

通過對頂板巷道礦壓顯現規律和頂板巷道圍巖控制的研究，并結合小河嘴煤礦2016工作面實際情況，采取錨桿、錨索、金屬網和鋼筋梯的組合加強支護的方式，選取直徑43mm的錨桿，長1.8m，錨索直徑15.24mm，長5m，金屬網2000mm*1000mm，鋼筋梯為14mm圓鋼焊接而成。

4 結論

分析上行開采的覆巖破壞規律，得出上下煤層間距和巖層結構是影響上行開采的主要因素。在工作面推進的過程中，采動壓力隨時變化，并且影響時間較短，加強支護應該設在劇烈影響區的前方，才能保證上行開采的安全進行。

[1]潘昌建.薄煤層上行開采頂板巷道活動規律及支護[J].西安科技大學學報,2014(01).

[2]蔣金泉,代進,李洪,曲華.復雜結構薄煤層工作面煤壁破壞規律及應用[J].煤炭學報,2013(11).

[3]劉小強,唐建新.近距離薄煤層上行開采可行性分析與實踐[J].中國煤炭工業,2013(10).

[4]張勇,劉傳安,張西斌,劉珂銘,張勝凱,趙光普.煤層群上行開采對上覆煤層運移的影響[J].煤炭學報,2011(12).

[5]張恩強,張建忠,劉金輝.煤礦上行開采覆巖運動規律研究[J].西安科技大學學報,2011(03).