巷道礦壓規律研究與停采位置優化

李學　韓衛棟

摘 要：山東新陽能源有限公司地質條件復雜，屬于薄煤層開采，如何提高煤炭資源的回收率具有重要意義。在保證巷道圍巖穩定性的前提下，通過巷道礦壓觀測數據分析保護煤柱所受應力和變形特點，以現場實測方法得出不同寬度煤柱的應力分布情況、塑性破壞分布以及巷道頂底板、兩幫移進量，優化保護煤柱寬度，最終確定工作面停采位置，能夠提高煤炭資源的回收率，增加了經濟效益。

關鍵詞：保護煤柱；礦壓觀測；煤炭資源

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.068

1 問題的提出

山東新陽能源有限公司設計年生產能力45萬噸，經過系統改造，核定年生產能力達到75萬噸。隨著生產能力的提高，礦井薄煤層單項低與巷道萬噸掘進率高的矛盾日益變大，需進一步增加對煤炭資源的回收率。為此，公司首先以三采一層3107上面停采位置合理優化作為突破口，在確保安全生產的前提下，進一步縮小巷道保護煤柱寬度，以最大限度的提高煤炭資源的回收率，緩解生產接續壓力。

2 技術方案論證

礦井以往巷道保護煤柱留設為40m，尤其是對于薄煤層礦井，保護煤柱留設的不合理也是引起資源消耗快的重要因素，為此，公司充分借鑒總結以往巷道礦壓顯現與煤柱在回采過程中的應力和變形特征規律經驗，同時，借鑒其他單位經驗，優化了停采線位置，縮小了保護煤柱，提高煤炭資源的回收率。

3 項目實施

3.1 煤柱尺寸留設因素分析

巷道圍巖特征生產實踐表明，巷道圍巖特征是影響煤柱留設的主要因素，不同巖層表現出的力學特性差異較大，其與煤柱所受應力狀態密切相關。一般認為，巷道圍巖狀態越好，巖層硬度越高，越有利于保證巷道上方的穩定性，煤柱尺寸留設越小。

煤層賦存狀態煤層賦存狀態包括煤層厚度、煤層傾角、埋深等多種參數，理論認為煤層厚度越大，傾角越大，巷道穩定性越差，煤柱所受應力條件越復雜，應力集中情況越明顯，對于保護煤柱的要求也越高；埋深越大，巷道煤柱所受上覆巖層壓力越大，煤柱穩定性越差。故一般煤柱尺寸的留設與煤層厚度、煤層傾角和埋深等因素呈反比關系。

3.2 煤柱應力和變形觀測實測

根據《巷道圍巖穩定性及工作面頂底板分類報告》可知：三采一層3107上面老頂為深灰色細砂巖層理發育、性脆易碎、易冒落，厚1-5.8m，平均厚3.4m；直接頂為淺灰色中砂巖厚3.5m。直接底為深灰色細砂巖，富含植物化石，厚1.7m，老底為6.3m的細砂巖，無吸水膨脹性。

3.3 觀測方案的布置與數據收集、分析

掌握煤柱隨工作面回采過程中的應力和變形特征是進行煤柱留設研究的前提，故在正在開采3107上面進行布點現場實測。根據開采經驗，目前所回采的工作面巷道保護煤柱寬度為40m。在煤柱內布置KS-1 型鉆孔應力計，深度分別為6、8、10、13、15 m，分別為11#～15# 測點；鉆孔應力計可實時記錄工作面回采過程中的受力情況，并可通過數據采集器進行采集；在煤柱內布置水平位移測點用以觀測隨工作面回采煤體變形特征，深度分別為4、8、12、15 m，分別為21#～24# 測點。實測數據經分析后繪圖如圖1 和圖2 所示。

由圖1、圖2可知， 所測煤柱兩側塑性區寬度大致為5 m 和8～10 m，考慮礦井地質條件的復雜性，故煤柱尺寸應不低于20 m。

3.4 巷道礦壓觀測

觀測點布設：

觀測線沿煤柱保護巷道走向方向布置，每50米布置一組測點，每組觀測點的安設方法：安設2組KBU101-200頂底板移近量動態報警儀，在巷中頂板安裝一組YHW300本安型圍巖位移測定儀，在巷中錨桿、在非采空側巷幫中間各安裝一組錨桿MCS-400礦用本安型錨桿（錨索）測力計。同時巷道底板安設觀測錨桿，采用十字布點法，對巷道兩幫及頂底板移近量進行監測。觀測點布設在巷道頂板及兩幫觀測線長度共計422 m ， 共設控制點6 個。為確保數據準確性，在每組測點處巷道頂板安設一組頂板離層儀，觀測兩組數據并進行校對。數據收集時使用FCH2G/1礦用本安型手持采集器對礦壓觀測設備進行數據收集。

礦壓顯現特點：根據巷道礦壓觀測數據分析， 巷道頂底板、兩幫移進量較小，煤柱留設滿足要求。

4 技術特征及創新點

（1）對巷道礦壓顯現與煤柱應力變化進行了數據研究與分析，合理確定了停采位置。

（2）巷道保護煤柱寬度進一步縮短，增加了可采面積，提高了煤炭回收率，緩解生產接續壓力。

（3）3107上面、3107南下面、3107南上面停采位置優化后，與原有巷道保護煤柱留設40m相比較，煤柱寬度縮小20米，增加了可采面積8440m?，實現凈利潤242-29=213萬元。

5 結束語

所以根據不同的礦井地質條件，通過分析研究巷道圍巖穩定性，合理選擇保護煤柱寬度，對于提高煤炭資源的回收率和增加了煤炭經濟效益具有重要意義。

參考文獻：

[1]徐永圻.煤礦開采學[M].徐州：中國礦業大學出版社，1999.

[2]李增學.煤礦地質學[M].北京：煤炭工業出版社，2009.

作者簡介：李學（1988-），男，山東泰安人，本科，助理工程師，研究方向：煤炭工程。