近距離煤層煤柱及采空區(qū)下綜采工作面礦壓規(guī)律分析

齊電水

摘 要：我國(guó)諸多煤礦開(kāi)采的過(guò)程中，尤其需要通過(guò)反復(fù)斜交開(kāi)采的方法來(lái)進(jìn)行全面開(kāi)采。主要可以通過(guò)合適的觀測(cè)的手段來(lái)分析內(nèi)部的礦壓規(guī)律。相信這樣一次又一次的分析對(duì)于控制回采場(chǎng)的圍巖有著非常重要的意義。本文結(jié)合實(shí)際案例，主要分析近距離煤層煤柱和采空區(qū)下綜采工作面礦壓的規(guī)律，希望能夠給大家更多的參考性意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：近距離開(kāi)采；煤層煤柱；綜采工作面；礦壓監(jiān)測(cè)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.086

0 引言

由于我國(guó)對(duì)于煤礦的需求量正在不斷地增多，所以很多礦井內(nèi)上部的煤層已經(jīng)全部開(kāi)采結(jié)束。如果煤層之間的間距一直處于較小的范圍內(nèi)，那么上部煤層的開(kāi)采工作會(huì)對(duì)下部煤層的開(kāi)采狀況造成一定的影響。下部煤層的工作面也會(huì)因?yàn)檫z留煤柱的影響而出現(xiàn)應(yīng)力過(guò)于集中和礦壓劇烈變化的現(xiàn)象。為了更好地解決這一問(wèn)題，針對(duì)近距離煤層和采空區(qū)下綜采工作面內(nèi)部的礦壓進(jìn)行分析顯得尤為重要。本文結(jié)合實(shí)際的情況進(jìn)行具體的研究。

1 研究近距離煤層煤柱和采空區(qū)下綜采工作面礦壓的意義

通過(guò)數(shù)值模擬的方式來(lái)研究煤柱承受的壓力和底板之間分布的規(guī)律，也就能夠知道巷道的整體結(jié)構(gòu)非常容易在不同狀態(tài)的載荷下出現(xiàn)局部被破壞的現(xiàn)象，從而為后續(xù)回采的過(guò)程提供全面的指導(dǎo)。另外，通過(guò)對(duì)上下煤層工作面周期壓力礦壓規(guī)律進(jìn)行研究之后，大家也能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候提出控制礦壓的措施。當(dāng)煤柱下方的區(qū)域因此出現(xiàn)動(dòng)載礦壓的現(xiàn)象時(shí)，大家也可以通過(guò)分析相關(guān)的規(guī)律來(lái)有效地提出相應(yīng)的防治措施。總而言之，通過(guò)全面研究近距離煤層煤柱和采空區(qū)下方工作面的礦壓，也就能夠更好地促進(jìn)整體煤礦開(kāi)采工作更加順利地進(jìn)行。

2 實(shí)際案例分析

2.1 某煤礦工作面概況

某煤礦工作面位于2-2煤層，整個(gè)工作面的長(zhǎng)度為1120m，傾斜的長(zhǎng)度為255m，煤層的平均厚度為2.04m，且內(nèi)部的傾斜角一直被保持在1度-3度的位置。2-2煤層距離2-1煤層底板約有2.6-6.3m的距離，但整個(gè)2-1內(nèi)部的開(kāi)采工作已經(jīng)全部完成。

從北到南，其工作面和煤柱之間的配合如下：311工作面將會(huì)和309的煤柱相互匹配。309的工作面采空區(qū)將會(huì)和307的煤柱相互匹配。而2-2-601工作面又位于2-1-309采空區(qū)的下方[1]。雖然一直都在進(jìn)行煤炭開(kāi)采的工作，但是等到整個(gè)309的工作面回采結(jié)束之后，其內(nèi)部巖層的運(yùn)動(dòng)已經(jīng)基本變得非常穩(wěn)定。其采空區(qū)內(nèi)部工作面的布置如圖1所示。

3 工作面形成的機(jī)理

在煤層開(kāi)采的過(guò)程中會(huì)實(shí)際形成“煤壁-采場(chǎng)-采空區(qū)”的支撐形式。煤壁上部會(huì)承受著采場(chǎng)上大部分載荷。但是，在實(shí)際操作的過(guò)程中，煤壁前方所承受的壓力要比采空區(qū)本身來(lái)的大。在實(shí)際工作的過(guò)程中，可以將工作區(qū)實(shí)際劃分為工作面前方的應(yīng)力增高區(qū)、應(yīng)力降低區(qū)和應(yīng)力不變的區(qū)域，并在之際工作的過(guò)程中按照實(shí)際情況進(jìn)行操作。一般，工作面前方所承受的壓力將會(huì)隨著工作面的不斷前移而發(fā)生變化。但后方的采空區(qū)將會(huì)在操作的過(guò)程中被冒落的矸石所壓住，從而使得上部巖層重新被支撐。圖2顯示了整個(gè)工作面前后應(yīng)力分布的情況。

下分層開(kāi)采會(huì)在一定程度上受到工作面頂板的影響，因此會(huì)在之后使用的過(guò)程中出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，而內(nèi)部的圍巖應(yīng)力將會(huì)不得已被重新分布。這在一方面體現(xiàn)了圍巖應(yīng)力得以集中和傳遞的現(xiàn)象，另外一方面還會(huì)在無(wú)形中破壞底板。

過(guò)于破碎的頂板也會(huì)給采場(chǎng)頂板的管理造成一定的困難。由于在管理的過(guò)程中，煤柱下方和采空區(qū)下方的傳遞力會(huì)呈現(xiàn)不同分布的現(xiàn)象。所以，如果在開(kāi)采上煤層之后出現(xiàn)關(guān)鍵層破碎的現(xiàn)象，則會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)就不能夠?qū)Ω采w的巖層有較好的承載作用。在實(shí)際操作的過(guò)程中，覆蓋的巖層會(huì)通過(guò)采空區(qū)直接與煤層的頂板相接觸，進(jìn)而使得煤層頂板不斷地被破壞。在此過(guò)程中，工作面的頂板內(nèi)部的極限破壞距離也會(huì)因此不斷地增大，最終使得每個(gè)煤層工作面的煤柱下方和采空區(qū)下方區(qū)域和煤柱下方的區(qū)域存在著一定礦壓之間的規(guī)律。

4 近距離煤層煤柱及采空區(qū)下綜采工作面礦壓規(guī)律分析過(guò)程

4.1 計(jì)算模型內(nèi)部的基本參數(shù)

本文采用FLAC軟件先建立一個(gè)三維模擬的模型，之后再整體進(jìn)行計(jì)算。注意將整個(gè)模型的尺寸控制為長(zhǎng)度300m，寬度550m，高度36m。并在之后運(yùn)用整個(gè)模型對(duì)2-1煤層內(nèi)部的工作面進(jìn)行全面布置，注意讓兩個(gè)工作面之間能夠保持20m的區(qū)段。之后得出煤巖力學(xué)的相關(guān)參數(shù)。

先設(shè)置四周為輥支護(hù)的模型。一方面能夠很好地限制水平位移的情況，另外一方面也可以在其上方施加大約5MPa的力度，之后再采用Mohr-Coulomb軟件進(jìn)行全面計(jì)算。等到2-2內(nèi)部的待應(yīng)力得以平衡之后，再研究上煤層內(nèi)部開(kāi)采的情況對(duì)于本煤層頂板的影響。之后也需要對(duì)采空區(qū)和影響區(qū)域內(nèi)部的礦壓規(guī)律進(jìn)行分析。

4.2 本煤層開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)力分布的特征

等到所有煤層開(kāi)采的活動(dòng)結(jié)束之后，所有采空區(qū)內(nèi)部的巖層運(yùn)動(dòng)會(huì)趨于平穩(wěn)。整個(gè)區(qū)與煤柱下方所有的集中應(yīng)力則會(huì)作用于2-2煤層頂板處。最終，下部煤層采場(chǎng)的應(yīng)力環(huán)境和上部煤層之間存在一定的差異。整個(gè)回采巷道內(nèi)部的礦壓規(guī)律也相對(duì)非常特別。圖3顯示了煤層開(kāi)采之后，頂板應(yīng)力的分布曲線圖。

從上述圖中可以看出，受到上述煤層開(kāi)采的影響，如果煤層上部覆蓋的斷裂巖層內(nèi)部的應(yīng)力得以不斷地釋放，則會(huì)在之后形成一塊特殊的將降低區(qū)。而在兩側(cè)邊界煤柱的范圍內(nèi)，圍巖水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力也會(huì)一定范圍內(nèi)得以集中，并隨著集中范圍的不斷增強(qiáng)，最終會(huì)影響到采場(chǎng)內(nèi)部圍巖的穩(wěn)定性[2]。因此，在實(shí)際操作的過(guò)程中，尤其需要根據(jù)煤層采場(chǎng)應(yīng)力的不同特征來(lái)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行支護(hù)，只有這樣才能夠保證工作面開(kāi)采的過(guò)程變得更加安全。

4.3 實(shí)際監(jiān)測(cè)煤層礦壓規(guī)律分析

可以通過(guò)有效地選取工作面內(nèi)部上、中和下三個(gè)部分區(qū)域內(nèi)部的25號(hào)液壓支架，再在上面安裝礦山壓力的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這樣才能夠有效地實(shí)現(xiàn)內(nèi)部支架載荷參數(shù)的觀察。其中，分別在21號(hào)、27號(hào)和145號(hào)的位置安裝監(jiān)測(cè)儀器，并針對(duì)其具體的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效地進(jìn)行分析。圖4有效地顯示了工作面礦壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)情況。從這次監(jiān)測(cè)的過(guò)程也可以看出其內(nèi)部的礦壓顯得非常不規(guī)律。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，近距離的煤層工作面在開(kāi)采工作結(jié)束之后，其支承應(yīng)力會(huì)因此向下不斷地傳遞，這也會(huì)對(duì)煤層的頂板造成一定程度的破壞，從而使得頂板出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。介于此，內(nèi)部的礦壓會(huì)變得不規(guī)律。因此，需要采用合適的方法進(jìn)行有效地調(diào)節(jié)。只有對(duì)近距離煤層煤柱及采空區(qū)下綜采工作面內(nèi)部的礦壓進(jìn)行具體的分析，才能夠讓近距離煤層的采掘工作更加順利地進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張輝，劉少偉，鄭新旺.近距離煤層采空區(qū)下回采巷道位置優(yōu)化與控制[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015（03）：129-134.

[2]王路軍，朱衛(wèi)兵，許家林等.淺埋深極近距離煤層工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016（04）：89-96.