近距離下位煤層回采巷道合理位置及支護技術研究

杜宇

【摘 要】 文章針對近距離下位煤層回采巷道受上位煤層開采影響、巷道礦壓顯現強烈、導致支護困難的問題，以山西某礦7號和8號近距離煤層為研究對象，采用理論計算和數值模擬相結合的研究方法，確定了8301回風順槽合理布設位置為內錯煤柱8m?，F場實測結果表明：內錯煤柱8m并采用“錨網索”聯合支護后，8301回風順槽頂底及兩幫相對移近量最大值分別為85.24mm和178.36mm，巷道圍巖變形得以有效控制。

【關鍵詞】 近距離煤層;回采巷道;合理位置;圍巖控制

【中圖分類號】 TD355 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2022）01-0001-03

本文采用理論計算和數值模擬相結合的研究方法，對山西某礦近距離下位煤層回采巷道合理布設位置進行研究，以期為類似工程技術條件回采巷道布設位置選擇提供借鑒和參考。

1工程概況

山西某礦主采7號和8號煤，其中7號煤層平均厚度3.07m，傾角4°。8號煤層平均厚度為4.10m，傾角5°。7號和8號煤平均間距為8.36m，屬典型近距離煤層。8號煤層直接頂為厚2.24m的泥巖，基本頂為厚4.02m的砂質泥巖，直接底為厚2.25m的泥巖，老底為厚5.74m的細粒砂巖。7號煤區段煤柱留設寬度為25m。8301工作面為8號煤首采工作面，位于7303工作面采空區正下方。8301工作面采用雙巷均為矩形斷面，尺寸為3800mm×4200mm（寬×高）。8301工作面布置情況如圖1所示。

2下位煤層回采巷道合理錯距的理論計算

研究表明，上位煤層開采后在采空區下形成應力降低區，在區段煤柱下一定范圍內形成應力升高區。為提高下位煤層回采巷道穩定性和降低巷道支護成本，應將下位煤層回采巷道內錯上位煤層遺留煤柱一定距離布置，如圖2所示。巷道內錯煤柱水平距離[S]可通過式（1）計算：

S≥Z/sin（α+θ）sinβ? （1）

式中：Z為煤層層間距，取8.36m;α為上位煤層傾角，取4°;[β]為應力傳遞影響角，取44°;θ為β余角，θ=90°-β，取46°。將數據帶入式（1）可求得S≥7.57m。由此可知8301工作面回采巷道應內錯煤柱8m布置。

3下位煤層回采巷道合理錯距的數值模擬

3.1 模型建立

為進一步確定8301工作面回采巷道合理布設位置，基于7號煤和8號煤實際工程地質條件，采用FLAC3D數值模擬軟件，建立尺寸為300m×150m×100m（長×寬×高）的三維數值計算模型，分別對8301工作面回采巷道內錯上位7號煤層7303工作面區段煤柱4m、6m和8m布置時巷道垂直應力及塑性區分布特征進行研究。模型底部限制豎直方向位移，四周限制水平方向位移，上部施加6.26MPa的均布載荷以等效上覆巖層載荷（按照埋深248.8m，上覆巖層平均容重為21.25 kN/m3計算）。數值模型中煤巖巖層物理力學參數如表1所示。

3.2 不同錯距下回采巷道垂直應力分布特征

不同錯距下回采巷道垂直應力分布特征如圖3所示。

由圖3可知，當巷道內錯煤柱4m布置時，受上位煤層遺留煤柱應力集中影響較大，巷道整體位于應力升高區內，巷道垂直應力峰值達到7.14MPa。當錯距增加至6m時，巷道大部分位于應力降低區，靠近上位煤層遺留煤柱側應力較高，垂直應力最大值為6.25MPa。當錯距繼續增大至8m時，巷道受上位煤層遺留煤柱集中應力影響程度顯著降低，巷道垂直應力峰值為2.46MPa，巷道整體位于應力降低區內，可見內錯8m時最利于巷道穩定和圍巖控制。

3.3 不同錯距下回采巷道圍巖塑性區分布特征

不同錯距下回采巷道圍巖塑性區分布特征如圖4所示。

由圖4可知，當巷道內錯煤柱4m布置時，巷道圍巖塑性區分布范圍較大，且巷道左側塑性區寬度約為10m，且與上位煤層回采所形成的塑性區貫通。當巷道內錯煤柱6m布置時，巷道左側雖仍存在塑性區，但其寬度縮減至約6m，且與上位煤層回采所形成的塑性區間有一定范圍的彈性區，表明此時巷道圍巖受上位煤層遺留煤柱影響程度降低，有利于巷道維護。當巷道內錯煤柱8m布置時，巷道左側圍巖塑性區寬度僅為3m，表明此時巷道受上位煤柱影響最小，最有利于巷道圍巖控制。

4工程實踐

基于理論計算和數值模擬研究結果，確定了8301工作面回采巷道合理布設位置為內錯7303工作面區段煤柱8m。為評估8301回采巷道內錯8m布置時的掘巷效果，根據該礦實際生產情況，對8301回風順槽支護方案及參數進行設計，并對掘巷期間巷道表面變形進行觀測和分析。

4.1 巷道支護設計

8301回風順槽采用“錨網索”聯合支護，支護斷面如圖5所示，具體支護參數為：頂板錨桿采用Φ22mm×2200mm的左旋螺紋鋼錨桿，間排距為800mm×1000mm，每排垂直于頂板布置5根。錨索選用Φ18.6mm×6000mm的1×7股鋼絞線錨索，間排距為1200mm×2000mm，采用“二0二”方式布置。金屬網采用10號鐵絲編織的網孔尺寸為50mm×50mm的菱形金屬網，規格為4500mm×1000mm（長×寬）。兩幫錨桿選用Φ20mm×2000mm的左旋螺紋鋼錨桿，間排距為1000mm×1000mm，每排垂直于巷幫布置4根。

4.2 巷道圍巖變形觀測與分析

在8301回風順槽掘進期間與巷道內距掘進迎頭50m、100m和150m處分別布置巷道表面位移測站，采用“十字布點法”對巷道表面位移進行觀測和記錄，由于3個測點所觀測到的巷道表面位移變化規律基本一致，故以1號測點觀測到的數據為例進行分析，巷道表面位移隨時間的變化如圖6所示。

由圖6可知，在為期60d的觀測時間內，巷道表面位移量隨時間呈先快速增大，再緩慢增長，最后趨于穩定的變化規律。具體表現為：在0～20d內，巷道頂底板及兩幫相對移近量增長速度較快;在20d～30d內，巷道頂底板及兩幫相對移近量隨時間的增長速率逐漸減小;在30d以后，巷道頂底板及兩幫相對移近量基本趨于穩定。此外，巷道頂底及兩幫相對移近量最大值分別為85.24mm和178.36mm，巷道圍巖變形在允許范圍內，表明內錯上位7303工作面區段煤柱8m布置8301回風順槽時，巷道圍巖變形得以有效控制。

5結語

文章采用理論計算的方法確定了8301工作面回采巷道合理布設位置為內錯煤柱8m。采用FLAC3D數值模擬軟件，對比分析了內錯煤柱4m、6m和8m時8301回風順槽垂直應力及塑性區分布特征，結果表明：內錯煤柱8m時，巷道垂直應力峰值為2.46MPa，巷道左側塑性區寬度為3m，此時最有利于巷道圍巖控制。

現場實踐結果表明：8301回風順槽內錯煤柱8m布置并采用“錨網索”聯合支護后，巷道頂底及兩幫相對移近量最大值分別為85.24mm和178.36mm，巷道圍巖控制效果顯著。

【參考文獻】

[1]李鵬，沈玉旭，許海濤.近距離煤層下煤層回采巷道內錯布置合理錯距數值模擬研究[J].山西煤炭管理干部學院學報，2015，28（2）：40-41，51.

[2]趙正軍.采空區下極近距離煤層回采巷道支護設計研究[J].山西煤炭，2020，40（4）：27-31，40.

[3]姚鵬飛.近距離煤層同采工作面合理布置方式及錯距研究[J].山西能源學院學報，2019，32（2）：6-8.

[4]苑杰.西銘礦極近距離煤層回采巷道布置方式分析[J].江西煤炭科技，2021（1）：34-36，40.

[5]崔世榮.近距離煤層回采巷道合理布置及支護技術研究[J].煤炭科技，2021，42（4）：12-17.

[6]張寶優.極近距離煤層錯層位巷道布置方式及圍巖控制技術研究[J].煤炭科學技術，2021，49（8）：88-95.

[7]李國棟，劉洪林，王宏志.極近距離下位煤層回采巷道合理布置及圍巖控制技術研究[J].煤炭工程，2021，53（7）：42-47.

[8]王恩博.采空區下近距離煤層回采巷道合理位置選擇[J].煤，2021，30（11）：1-3.

[9]賀海鷹.茨溝營煤礦近距離下部煤層回采巷道布置及支護研究[J].山東煤炭科技，2021，39（6）：1-3，6.