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：我國諸多煤礦開采的過程中，尤其需要通過反復斜交開采的方法來進行全面開采。主要可以通過合適的觀測的手段來分析內部的礦壓規(guī)律。相信這樣一次又一次的分析對于控制回采場的圍巖有著非常重要的意義。本文結合實際案例，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。

關鍵詞：近距離開采；煤層煤柱；綜采工作面；礦壓監(jiān)測

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

0 引言

由于我國對于煤礦的需求量正在不斷地增多，所以很多礦井內上部的煤層已經全部開采結束。如果煤層之間的間距一直處于較小的范圍內，那么上部煤層的開采工作會對下部煤層的開采狀況造成一定的影響。下部煤層的工作面也會因為遺留煤柱的影響而出現(xiàn)應力過于集中和礦壓劇烈變化的現(xiàn)象。為了更好地解決這一問題，針對近距離煤層和采空區(qū)下綜采工作面內部的礦壓進行分析顯得尤為重要。本文結合實際的情況進行具體的研究。

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

通過數(shù)值模擬的方式來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構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)回采的過程提供全面的指導。另外，通過對上下煤層工作面周期壓力礦壓規(guī)律進行研究之后，大家也能夠在適當?shù)臅r候提出控制礦壓的措施。當煤柱下方的區(qū)域因此出現(xiàn)動載礦壓的現(xiàn)象時，大家也可以通過分析相關的規(guī)律來有效地提出相應的防治措施?？偠灾ㄟ^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整體煤礦開采工作更加順利地進行。

2 實際案例分析

2.1 某煤礦工作面概況

某煤礦工作面位于2-2煤層，整個工作面的長度為1120m，傾斜的長度為255m，煤層的平均厚度為2.04m，且內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2-1內部的開采工作已經全部完成。

從北到南，其工作面和煤柱之間的配合如下：311工作面將會和309的煤柱相互匹配。309的工作面采空區(qū)將會和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]。雖然一直都在進行煤炭開采的工作，但是等到整個309的工作面回采結束之后，其內部巖層的運動已經基本變得非常穩(wěn)定。其采空區(qū)內部工作面的布置如圖1所示。

3 工作面形成的機理

在煤層開采的過程中會實際形成“煤壁-采場-采空區(qū)”的支撐形式。煤壁上部會承受著采場上大部分載荷。但是，在實際操作的過程中，煤壁前方所承受的壓力要比采空區(qū)本身來的大。在實際工作的過程中，可以將工作區(qū)實際劃分為工作面前方的應力增高區(qū)、應力降低區(qū)和應力不變的區(qū)域，并在之際工作的過程中按照實際情況進行操作。一般，工作面前方所承受的壓力將會隨著工作面的不斷前移而發(fā)生變化。但后方的采空區(qū)將會在操作的過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顯示了整個工作面前后應力分布的情況。

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

過于破碎的頂板也會給采場頂板的管理造成一定的困難。由于在管理的過程中，煤柱下方和采空區(qū)下方的傳遞力會呈現(xiàn)不同分布的現(xiàn)象。所以，如果在開采上煤層之后出現(xiàn)關鍵層破碎的現(xiàn)象，則會在一段時間內就不能夠對覆蓋的巖層有較好的承載作用。在實際操作的過程中，覆蓋的巖層會通過采空區(qū)直接與煤層的頂板相接觸，進而使得煤層頂板不斷地被破壞。在此過程中，工作面的頂板內部的極限破壞距離也會因此不斷地增大，最終使得每個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)律分析過程

4.1 計算模型內部的基本參數(shù)

本文采用FLAC軟件先建立一個三維模擬的模型，之后再整體進行計算。注意將整個模型的尺寸控制為長度300m，寬度550m，高度36m。并在之后運用整個模型對2-1煤層內部的工作面進行全面布置，注意讓兩個工作面之間能夠保持20m的區(qū)段。之后得出煤巖力學的相關參數(shù)。

先設置四周為輥支護的模型。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軟件進行全面計算。等到2-2內部的待應力得以平衡之后，再研究上煤層內部開采的情況對于本煤層頂板的影響。之后也需要對采空區(qū)和影響區(qū)域內部的礦壓規(guī)律進行分析。

4.2 本煤層開采過程中應力分布的特征

等到所有煤層開采的活動結束之后，所有采空區(qū)內部的巖層運動會趨于平穩(wěn)。整個區(qū)與煤柱下方所有的集中應力則會作用于2-2煤層頂板處。最終，下部煤層采場的應力環(huán)境和上部煤層之間存在一定的差異。整個回采巷道內部的礦壓規(guī)律也相對非常特別。圖3顯示了煤層開采之后，頂板應力的分布曲線圖。

從上述圖中可以看出，受到上述煤層開采的影響，如果煤層上部覆蓋的斷裂巖層內部的應力得以不斷地釋放，則會在之后形成一塊特殊的將降低區(qū)。而在兩側邊界煤柱的范圍內，圍巖水平應力和垂直應力也會一定范圍內得以集中，并隨著集中范圍的不斷增強，最終會影響到采場內部圍巖的穩(wěn)定性[2]。因此，在實際操作的過程中，尤其需要根據(jù)煤層采場應力的不同特征來適當?shù)剡M行支護，只有這樣才能夠保證工作面開采的過程變得更加安全。

4.3 實際監(jiān)測煤層礦壓規(guī)律分析

可以通過有效地選取工作面內部上、中和下三個部分區(qū)域內部的25號液壓支架，再在上面安裝礦山壓力的監(jiān)測系統(tǒng)，這樣才能夠有效地實現(xiàn)內部支架載荷參數(shù)的觀察。其中，分別在21號、27號和145號的位置安裝監(jiān)測儀器，并針對其具體的監(jiān)測數(shù)據(jù)有效地進行分析。圖4有效地顯示了工作面礦壓在線監(jiān)測系統(tǒng)運行的相關情況。從這次監(jiān)測的過程也可以看出其內部的礦壓顯得非常不規(guī)律。

5 結束語

綜上所述，近距離的煤層工作面在開采工作結束之后，其支承應力會因此向下不斷地傳遞，這也會對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，內部的礦壓會變得不規(guī)律。因此，需要采用合適的方法進行有效地調節(jié)。只有對近距離煤層煤柱及采空區(qū)下綜采工作面內部的礦壓進行具體的分析，才能夠讓近距離煤層的采掘工作更加順利地進行。

參考文獻：

[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].河南理工大學學報：自然科學版，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].煤炭科學技術，2016（04）：89-96.