近距離煤層群開采回采巷道合理布置位置理論分析

任欣　袁仕松　彭首清

摘 要：針對多次采動影響下近距離煤層群開采回采巷道圍巖控制的問題，通過理論分析近距離煤層群開采條件下下部煤層回采巷道應布置于上部開采煤層實體煤側下方的原巖應力區或采空區側下方的卸壓區中。上部煤體開采后，在回采空間周圍煤體上產生集中應力，該應力向底板深部傳遞，使底板巖層在一定范圍內重新分布應力，在上部22201工作面采空區側距22201工作面煤壁11.7m處為應力集中區和卸壓區邊界，下部煤層開掘回采巷道應在大于11.7m處的回采巷道處于卸壓區。

關鍵詞：采動影響;近距離;煤層群;巷道布置;理論分析

0 引言

對于煤層群開采，隨著煤層間距離減小，上下煤層間開采的相互影響會逐漸增大，特別是當煤層間距很近時，下部煤層開采前頂板的完整程度已受上部煤層開采損傷影響，其上又為上部煤層開采垮落的矸石，且上部煤層開采后殘留的區段煤柱及一側采空的煤體在底板形成的集中應力，導致下部煤層開采區域的頂板結構和應力環境發生變化。從而使下部煤層開采與單一煤層開采相比出現了許多新的礦山壓力現象。而回采巷道的礦山壓力顯現尤其明顯，由于應力傳遞規律特殊，礦壓顯現的時空關系復雜，造成巷道圍巖變形量大，支護困難，特別是當回采巷道布置與各煤層開采的時空關系不合理時，這種現象尤其嚴重。因此，研究近距離煤層群下部煤層回采巷道布置及圍巖控制技術，對于近距離煤層群的安全高效開采具有重要意義。

1 工程概況

某煤礦井田走向長22km，傾斜寬4.5～8km，面積約135km2。全井田地質儲量2252.28Mt，工業儲量2013.72Mt，可采儲量1275.74Mt。設計生產能力3.0Mt/a，后經過技術改造生產能力提升為5.0Mt/a。礦井以兩個水平開拓全井田，一水平開拓山西組2、3、4、5號煤，水平標高+400m，二水平開拓太原組6、8、9、10號煤。礦井目前生產水平為+400m水平。礦井北翼2、3+4、5號煤層屬于近距離煤層群，24208工作面為北二采區第八個沿煤層傾向布置的長壁式回采工作面。其東面至北軌大巷;西面為開拓區;南面為正在回采的24207工作面;上方為2號煤層開采區，22201工作面為首采工作面。

2 近距離回采巷道合理位置理論分析

2.1 下煤層回采巷道布置原則

煤層開采后，在回采空間周圍的煤體上造成應力集中，理論分析可知該應力向底板深部傳播引起底板巖層應力重新分布，在底板巖層水平方向形成原巖應力區、應力集中區、卸壓區和應力恢復區，在煤層開采邊緣附近由于剪切滑移破壞致使底板巖層在垂直方向一定范圍內應力降低，形成剪切滑移破碎區域，應力集中區域和破碎區域中布置的巷道均不利于巷道圍巖的穩定。因此，近距離煤層下行開采中，下部煤層合理的回采巷道位置主要取決于巷道與開采空間的相對位置關系，即下部煤層回采巷道距上部采動煤層的合理垂直距離及相應的距煤層開采邊界的水平距離。

在近距離煤層下行開采中，為了保證下部煤層回采巷道圍巖的穩定，巷道應避開上部煤層開采在底板巖層引起的應力集中區域和破碎區，將巷道布置于上部煤層開采穩定后的原巖應力區或卸壓區中，以使巷道處于比較好的維護環境下。

2.2 下煤層回采巷道合理位置分析

以某煤礦為例分析近距離煤層群下部煤層回采巷道合理位置，根據下部煤層回采巷道布置原則，下部煤層回采巷道應布置于上部開采煤層實體煤側下方的原巖應力區或采空區側下方的卸壓區中。上部煤體開采后，在回采空間周圍煤體上產生集中應力，該應力向底板深部傳遞，使底板巖層在一定范圍內重新分布應力。底板巖層內集中應力分布成擴展狀態，數值等于自重應力值的等值線與煤體邊緣垂線的夾角稱為影響角θ，θ一般為30o～40o，為了安全起見，將θ設置為40o，則3+4號煤層應力集中區和卸壓區邊界如圖1所示。

根據該煤礦的實際情況，3+4號煤層與22201工作面垂直間距z=14m，則：

考慮到安全因素取兩種計算方法的較大值作為應力集中區與卸壓區的邊界，即在22201工作面采空區側距22201工作面煤壁11.7m處為應力集中區和卸壓區邊界，開掘在大于11.7m處的回采巷道處于卸壓區。

3 現場工程應用

該煤礦新24208膠帶巷位置的確定要綜合考慮上部22201回采工作面采動引起底板巖層應力環境的變化和本煤層24208工作面開采引起的側向支承壓力對24208回風巷（原膠帶巷）的影響。在上部22201工作面動壓的影響下，24208回風巷（原膠帶巷）原錨桿支護沒能形成有效的承載結構以控制圍巖的穩定性，致使巷道圍巖經采動后變得十分破碎，已不宜再次承受24208回采工作面劇烈的動壓影響，另考慮到工作面長度因素，只能將新24208膠帶巷布置于22201工作面實體煤側下方3+4號煤層中的原巖應力區域中，從而減小24208回風巷（原膠帶巷）再次承受劇烈的采動影響。

綜上分析，24208回風巷（原膠帶巷）和新24208膠帶巷之間區段煤柱的寬度應大于24208工作面側向支承壓力范圍和巷道應力影響范圍之和，以避免應力彼此疊加，保證巷道圍巖穩定性。因此，區段煤柱的寬度應大于44.5m，取為45m，新24208膠帶巷上下空間層位關系如圖2所示。在該位置新24208膠帶巷距22201工作面開采邊緣的水平距離為62m，處于22201工作面開采后在底板巖層形成的原巖應力區域，符合巷道布置要求。

參考文獻

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第一作者簡介：任欣（1997.05-）男，貴州省仁懷市人，貴州六盤水師范學院礦業與土木工程學院采礦工程專業本科生

基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201810977012）