近距離煤層下煤層回采巷道合理布置的研究

孟鵬飛

（山西陽城陽泰集團晶鑫煤業(yè)股份有限公司，山西　陽城　048100）

近距離煤層下煤層回采巷道合理布置的研究

孟鵬飛

（山西陽城陽泰集團晶鑫煤業(yè)股份有限公司，山西陽城048100）

摘要以山西靈石華苑煤業(yè)有限公司層間距平均為5．32 m的9＃、10＃近距離煤層為研究對象，通過數(shù)值模擬，對上煤層回采后采空區(qū)下方下煤層應力分布及下煤層回采巷道內錯布置不同錯距時，圍巖屈服破壞程度進行了分析，確定了下煤層回采巷道內錯布置的合理位置，可為類似條件煤層開采提供借鑒。

關鍵詞近距離煤層；回采巷道；內錯布置；合理位置

1　工作面概況

山西靈石華苑煤業(yè)有限公司9＃煤層厚度為0．92～1．40 m，平均1．12 m，直接頂為K2灰?guī)r，底板為泥巖、砂質泥巖，且煤層層位穩(wěn)定，厚度變化不大，結構簡單，為穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層；10＃煤層上距9＃煤層4．35～6．21 m，平均層間距5．32 m，煤層厚度3．45～4．75 m，平均4．23 m，煤層頂板為泥巖、砂質泥巖，底板為泥巖、砂質泥巖，煤層層位穩(wěn)定，為穩(wěn)定可采煤層。

2　數(shù)值模擬分析

2．1數(shù)值模型的建立

根據(jù)山西靈石華苑煤業(yè)極近距離9＃、10＃煤層的實際地質條件，采用大型巖土工程計算軟件FLAC3D建立彈塑性材料模型。模型模擬的煤巖層物理力學參數(shù)見表1。

模擬9＃煤底板31．49 m，煤層厚度為1．12 m，頂板巖層高42．09 m，則模型高度為74．7 m。10＃煤層厚度4．23 m，上距9＃煤層底板5．32 m。9＃煤工作面實際長度為150 m，模型在工作面長度方向取150 m；取工作面推進長度為200 m，模型在工作面推進方向取200 m，則模型三維尺寸為長×寬×高＝200 m× 150 m×74．7 m。模擬9＃煤埋深300 m，其余上覆巖層（257．91 m）的重力按巖層平均容重2．5 MPa／100 m計算，按均布荷載施加在模型的上部邊界。模型的4個側面為位移邊界，約束水平位移，底部為固定邊界，約束水平位移和垂直位移。

表1　模型模擬的煤巖層物理力學參數(shù)

2．2模擬過程

建好模型后，計算初始應力場至平衡，先回采9＃煤1個工作面到200 m，計算平衡后，分析工作面距開切眼100 m處，位于9＃煤采空區(qū)下10＃煤層在工作面長度方向的應力分布情況；接著開挖10＃煤回采巷道，并支護下煤層回采巷道，考慮下煤層回采巷道內錯布置分別距上煤層回采巷道水平距離為6 m、8 m、10 m、12 m 4種情況，模擬下煤層回采巷道尺寸為寬×高＝4 m×3．6 m，支護參數(shù)為：錨桿d20 mm螺紋鋼，長度2 400 mm，間距900 mm，排距900 mm；錨索為d17．8 mm的7股鋼絞線，長度8 200 mm，間距1 800 mm，排距1 800 mm；兩幫錨桿為d18 mm可回收玻璃鋼錨桿，長度2 200 mm，間距950 mm，排距900 mm。計算平衡后，分析下煤層回采巷道圍巖屈服破壞程度，以確定下煤層回采巷道內錯布置的合理位置。

2．3模擬結果及分析

2．3．1上煤層回采后下煤層中的應力分布分析

近距離煤層開采時，上煤層回采在其側向煤體上出現(xiàn)應力集中，該應力在底板巖層中的傳遞導致下煤層應力的重新分布，下煤層中的應力分布情況影響著下煤層回采巷道的布置，上煤層回采后下煤層中應力分布曲線見圖1。

圖1　上煤層回采后下煤層中應力分布曲線

下煤層中的垂直應力在煤壁正下方為8 MPa，為原巖應力的1．06倍；在采空區(qū)下方距上煤層側向煤壁水平距離為8 m時，降低到垂直應力最小值5．33 MPa，為原巖應力的0．71倍，而后逐漸升高，恢復到原巖應力，距上部煤層側向煤壁水平距離為8～15 m范圍內變化較平緩；下煤層中的水平應力在煤壁正下方為7．76 MPa，為原巖應力的0．94倍；在采空區(qū)下方距上煤層側向煤壁水平距離為6 m時，達到水平應力峰值10．5 MPa，為原巖應力的1．27倍，而后逐漸降低，恢復到原巖應力，距上部煤層側向煤壁水平距離15 m以外，變化較平緩。

由以上分析可知，下煤層回采巷道內錯布置時，考慮布置在采空側的應力降低且應力變化較平緩處，即布置在距上部煤層側向煤壁水平距離15 m范圍以外。

2．3．2下煤層回采巷道圍巖屈服破壞情況分析

圖2　下煤層回采巷道圍巖屈服破壞圖

上煤層回采完畢，下煤層回采巷道成巷后內錯距離分別為8 m、10 m、15 m、20 m時的屈服破壞圖，見圖2。由圖2可以看出，上煤層回采完畢，下煤層回采巷道內錯不同距離時，錯距越小，巷道圍巖的屈服破壞范圍越大，直到錯距≥15 m時，破壞范圍不再變化。錯距為8 m時，頂板屈服破壞直到上部煤層底板與上煤層回采巷道底板破壞貫通，底板破壞深度2 m，破壞面積為6 m2，靠近上煤層工作面?zhèn)认蛎罕谝粋?，巷幫局部破壞深度?．5 m，破壞面積為3．5 m2，另一側巷幫破壞深度1 m，破壞面積為3．25 m2；錯距為10 m時，頂板屈服破壞深度2．5 m，破壞面積8 m2，且靠近9201工作面順槽側破壞較大，底板破壞深度2 m，破壞面積為5．75 m2，靠近上煤層工作面?zhèn)认蛎罕谝粋?，巷幫局部破壞深度?．5 m，破壞面積為3．5 m2，另一側巷幫破壞深度1 m，破壞面積為3．25 m2；錯距為15 m、20 m時，屈服破壞范圍基本一樣，頂板屈服破壞深度2．5 m，破壞面積7．75 m2，底板破壞深度1．5 m，破壞面積為5 m2，兩幫破壞深度均1 m，破壞面積為3．25 m2。

由上述分析可知，錯距≥15 m時，巷道圍巖屈服破壞范圍較小，且趨于穩(wěn)定。

2．4下煤層回采巷道合理位置的確定

綜合上述數(shù)值模擬結果的分析，針對華苑煤業(yè)近距離煤層開采下煤層回采巷道內錯布置時，從煤層中應力分布情況以及巷道圍巖屈服破壞情況來看，距上部煤層側向煤壁水平距離15 m范圍以外，可以保證巷道的穩(wěn)定性，為合理位置。

3　結　論

1）通過上煤層回采后下煤層中的應力分布情況的分析，下煤層回采巷道內錯布置時，考慮布置在采空側的應力降低且應力變化較平緩處，即距上部煤層側向煤壁水平距離15 m范圍以外。

2）通過對上煤層回采完畢，下煤層回采巷道成巷后內錯距離分別為8 m、10 m、15 m、20 m時的屈服破壞情況的分析，得出錯距≥15 m時巷道圍巖屈服破壞范圍較小，且趨于穩(wěn)定。

3）華苑煤業(yè)近距離煤層下煤層回采巷道，內錯布置在采空區(qū)下，距上部煤層側向煤壁水平距離15 m范圍以外，可以保證巷道的穩(wěn)定性，為合理位置。

參考文獻

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［4］張百勝．極近距離煤層開采圍巖控制理論及技術研究［D］．山西：太原理工大學，2008：25－27．

中圖分類號：TD822＋．2

文獻標識碼：A

文章編號：1672－0652（2014）02－0038－03

收稿日期：2013－12－02

作者簡介：孟鵬飛（1983—），男，山西陽城人，2012年畢業(yè)于太原理工大學，工程師，主要從事煤礦生產管理工作（E－mail）360848602＠qq．com

Research on Reasonable Arrangement of Lower Coal Seam Mining Roadway in Close Distance Coal Seam

Meng Peng－fei

AbstractTakes9＃、10＃close distance coal seam of layer spacing with an average of 5．32 m in Shanxi Lingshi Huayuan group co．，LTD as research object，through numerical simulation，analyzes the stress distribution of lower coal seam under the goaf after upper coal seam mining and the destructiveness of surrounding rock that lower coal seam roadway staggered arranges when different staggered distance．Ensures the reasonable position of staggered arrangement under coal seam roadway，it can provide a reference for similar coal seam minging．

Key wordsClose distance coal seam；Mining roadway；Staggered arrangement；Reasonable position