近距離特厚煤層回采巷道合理布置優化研究

蔡渝梁，翟 成，余 旭，孫 勇，唐 偉，武建國

(1.中國礦業大學 安全工程學院，江蘇 徐州 221116；2.中國礦業大學 煤礦瓦斯治理國家工程研究中心，江蘇 徐州 221116；3.開灤(集團)有限責任公司，河北 唐山 063000)

1 工程概況

以唐山礦8#煤層0250#、0251#工作面和9#煤層0291#工作面作為研究背景，上部煤層8#煤層工作面距9#煤層的距離平均約30 m，屬近距離煤層開采。9#煤層平均厚度為10.4 m，根據DZ/T 0215—2002 《煤、泥炭地質勘查規范》，可將9煤劃分為特厚煤層，上部煤層開采過程中，下部煤層受采動影響嚴重，需研究下部煤層回采巷道布置方式及錯距。0250#工作面走向長度為1720 m，傾向長度為210 m，煤層平均厚度為5.0 m。0251#工作面設計開采走向長度為1554 m，傾向長度為240 m，平均厚度為4.5 m，與0250#工作面相鄰。0291#工作面的走向和傾向長度為1823 m和180 m，平均厚度為10.4 m。上部煤層工作面0250#和0251#處于已開采狀態，下部工作面0291#未被開采。前期開采過程中的最大應力集中系數達3.2。

2 底板破壞深度和巷道頂板受力分析

近距離煤層開采條件下，上部煤層的開采破壞深度決定了下部煤層是否受到影響[6]。塑性區的發展可以為開采過程中底板底鼓提供合理地解釋。

巷道頂底板力學模型如圖1所示，以矩形巷道為例，將巷道頂板簡化為兩端固支梁，巷道頂板受力模型如圖1(b)所示，8#煤層底板破壞力學模型如圖1(c)所示，圖中，Ⅰ為主動區，Ⅱ為過渡區，Ⅲ為被動區。根據張金才、劉天泉改進并提出的巖土極限承載力計算公式，得出煤層底板最大破壞深度hmax[17]：

圖1 頂底板力學模型Fig.1 Mechanical model of the roof and floor

根據極限平衡理論可得煤壁塑性區寬度L1：