近距离煤层下煤层回采巷道合理布置的研究

孟鹏飞

（山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司，山西　阳城　048100）

近距离煤层下煤层回采巷道合理布置的研究

孟鹏飞

（山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司，山西阳城048100）

摘要以山西灵石华苑煤业有限公司层间距平均为5．32 m的9＃、10＃近距离煤层为研究对象，通过数值模拟，对上煤层回采后采空区下方下煤层应力分布及下煤层回采巷道内错布置不同错距时，围岩屈服破坏程度进行了分析，确定了下煤层回采巷道内错布置的合理位置，可为类似条件煤层开采提供借鉴。

关键词近距离煤层；回采巷道；内错布置；合理位置

1　工作面概况

山西灵石华苑煤业有限公司9＃煤层厚度为0．92～1．40 m，平均1．12 m，直接顶为K2灰岩，底板为泥岩、砂质泥岩，且煤层层位稳定，厚度变化不大，结构简单，为稳定的全区可采煤层；10＃煤层上距9＃煤层4．35～6．21 m，平均层间距5．32 m，煤层厚度3．45～4．75 m，平均4．23 m，煤层顶板为泥岩、砂质泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩，煤层层位稳定，为稳定可采煤层。

2　数值模拟分析

2．1数值模型的建立

根据山西灵石华苑煤业极近距离9＃、10＃煤层的实际地质条件，采用大型岩土工程计算软件FLAC3D建立弹塑性材料模型。模型模拟的煤岩层物理力学参数见表1。

模拟9＃煤底板31．49 m，煤层厚度为1．12 m，顶板岩层高42．09 m，则模型高度为74．7 m。10＃煤层厚度4．23 m，上距9＃煤层底板5．32 m。9＃煤工作面实际长度为150 m，模型在工作面长度方向取150 m；取工作面推进长度为200 m，模型在工作面推进方向取200 m，则模型三维尺寸为长×宽×高＝200 m× 150 m×74．7 m。模拟9＃煤埋深300 m，其余上覆岩层（257．91 m）的重力按岩层平均容重2．5 MPa／100 m计算，按均布荷载施加在模型的上部边界。模型的4个侧面为位移边界，约束水平位移，底部为固定边界，约束水平位移和垂直位移。

表1　模型模拟的煤岩层物理力学参数

2．2模拟过程

建好模型后，计算初始应力场至平衡，先回采9＃煤1个工作面到200 m，计算平衡后，分析工作面距开切眼100 m处，位于9＃煤采空区下10＃煤层在工作面长度方向的应力分布情况；接着开挖10＃煤回采巷道，并支护下煤层回采巷道，考虑下煤层回采巷道内错布置分别距上煤层回采巷道水平距离为6 m、8 m、10 m、12 m 4种情况，模拟下煤层回采巷道尺寸为宽×高＝4 m×3．6 m，支护参数为：锚杆d20 mm螺纹钢，长度2 400 mm，间距900 mm，排距900 mm；锚索为d17．8 mm的7股钢绞线，长度8 200 mm，间距1 800 mm，排距1 800 mm；两帮锚杆为d18 mm可回收玻璃钢锚杆，长度2 200 mm，间距950 mm，排距900 mm。计算平衡后，分析下煤层回采巷道围岩屈服破坏程度，以确定下煤层回采巷道内错布置的合理位置。

2．3模拟结果及分析

2．3．1上煤层回采后下煤层中的应力分布分析

近距离煤层开采时，上煤层回采在其侧向煤体上出现应力集中，该应力在底板岩层中的传递导致下煤层应力的重新分布，下煤层中的应力分布情况影响着下煤层回采巷道的布置，上煤层回采后下煤层中应力分布曲线见图1。

图1　上煤层回采后下煤层中应力分布曲线

下煤层中的垂直应力在煤壁正下方为8 MPa，为原岩应力的1．06倍；在采空区下方距上煤层侧向煤壁水平距离为8 m时，降低到垂直应力最小值5．33 MPa，为原岩应力的0．71倍，而后逐渐升高，恢复到原岩应力，距上部煤层侧向煤壁水平距离为8～15 m范围内变化较平缓；下煤层中的水平应力在煤壁正下方为7．76 MPa，为原岩应力的0．94倍；在采空区下方距上煤层侧向煤壁水平距离为6 m时，达到水平应力峰值10．5 MPa，为原岩应力的1．27倍，而后逐渐降低，恢复到原岩应力，距上部煤层侧向煤壁水平距离15 m以外，变化较平缓。

由以上分析可知，下煤层回采巷道内错布置时，考虑布置在采空侧的应力降低且应力变化较平缓处，即布置在距上部煤层侧向煤壁水平距离15 m范围以外。

2．3．2下煤层回采巷道围岩屈服破坏情况分析

图2　下煤层回采巷道围岩屈服破坏图

上煤层回采完毕，下煤层回采巷道成巷后内错距离分别为8 m、10 m、15 m、20 m时的屈服破坏图，见图2。由图2可以看出，上煤层回采完毕，下煤层回采巷道内错不同距离时，错距越小，巷道围岩的屈服破坏范围越大，直到错距≥15 m时，破坏范围不再变化。错距为8 m时，顶板屈服破坏直到上部煤层底板与上煤层回采巷道底板破坏贯通，底板破坏深度2 m，破坏面积为6 m2，靠近上煤层工作面侧向煤壁一侧，巷帮局部破坏深度为1．5 m，破坏面积为3．5 m2，另一侧巷帮破坏深度1 m，破坏面积为3．25 m2；错距为10 m时，顶板屈服破坏深度2．5 m，破坏面积8 m2，且靠近9201工作面顺槽侧破坏较大，底板破坏深度2 m，破坏面积为5．75 m2，靠近上煤层工作面侧向煤壁一侧，巷帮局部破坏深度为1．5 m，破坏面积为3．5 m2，另一侧巷帮破坏深度1 m，破坏面积为3．25 m2；错距为15 m、20 m时，屈服破坏范围基本一样，顶板屈服破坏深度2．5 m，破坏面积7．75 m2，底板破坏深度1．5 m，破坏面积为5 m2，两帮破坏深度均1 m，破坏面积为3．25 m2。

由上述分析可知，错距≥15 m时，巷道围岩屈服破坏范围较小，且趋于稳定。

2．4下煤层回采巷道合理位置的确定

综合上述数值模拟结果的分析，针对华苑煤业近距离煤层开采下煤层回采巷道内错布置时，从煤层中应力分布情况以及巷道围岩屈服破坏情况来看，距上部煤层侧向煤壁水平距离15 m范围以外，可以保证巷道的稳定性，为合理位置。

3　结　论

1）通过上煤层回采后下煤层中的应力分布情况的分析，下煤层回采巷道内错布置时，考虑布置在采空侧的应力降低且应力变化较平缓处，即距上部煤层侧向煤壁水平距离15 m范围以外。

2）通过对上煤层回采完毕，下煤层回采巷道成巷后内错距离分别为8 m、10 m、15 m、20 m时的屈服破坏情况的分析，得出错距≥15 m时巷道围岩屈服破坏范围较小，且趋于稳定。

3）华苑煤业近距离煤层下煤层回采巷道，内错布置在采空区下，距上部煤层侧向煤壁水平距离15 m范围以外，可以保证巷道的稳定性，为合理位置。

参考文献

［1］李化敏，刘明举，康全玉．下分层及近距离煤层回采巷道布置问题研究［J］．煤矿设计，1998（6）：7－8．

［2］雷引民．近距离难采煤层巷道布置的形式［J］．西山科技，2002（6）：96－99．

［3］张百胜，杨双锁，康立勋，等．极近距离煤层回采巷道合理位置确定方法探讨［J］．岩石力学与工程学报，2008（1）：97－101．

［4］张百胜．极近距离煤层开采围岩控制理论及技术研究［D］．山西：太原理工大学，2008：25－27．

中图分类号：TD822＋．2

文献标识码：A

文章编号：1672－0652（2014）02－0038－03

收稿日期：2013－12－02

作者简介：孟鹏飞（1983—），男，山西阳城人，2012年毕业于太原理工大学，工程师，主要从事煤矿生产管理工作（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