巷道矿压规律研究与停采位置优化

李学　韩卫栋

摘 要：山东新阳能源有限公司地质条件复杂，属于薄煤层开采，如何提高煤炭资源的回收率具有重要意义。在保证巷道围岩稳定性的前提下，通过巷道矿压观测数据分析保护煤柱所受应力和变形特点，以现场实测方法得出不同宽度煤柱的应力分布情况、塑性破坏分布以及巷道顶底板、两帮移進量，优化保护煤柱宽度，最终确定工作面停采位置，能够提高煤炭资源的回收率，增加了经济效益。

关键词：保护煤柱；矿压观测；煤炭资源

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.068

1 问题的提出

山东新阳能源有限公司设计年生产能力45万吨，经过系统改造，核定年生产能力达到75万吨。随着生产能力的提高，矿井薄煤层单项低与巷道万吨掘进率高的矛盾日益变大，需进一步增加对煤炭资源的回收率。为此，公司首先以三采一层3107上面停采位置合理优化作为突破口，在确保安全生产的前提下，进一步缩小巷道保护煤柱宽度，以最大限度的提高煤炭资源的回收率，缓解生产接续压力。

2 技术方案论证

矿井以往巷道保护煤柱留设为40m，尤其是对于薄煤层矿井，保护煤柱留设的不合理也是引起资源消耗快的重要因素，为此，公司充分借鉴总结以往巷道矿压显现与煤柱在回采过程中的应力和变形特征规律经验，同时，借鉴其他单位经验，优化了停采线位置，缩小了保护煤柱，提高煤炭资源的回收率。

3 项目实施

3.1 煤柱尺寸留设因素分析

巷道围岩特征生产实践表明，巷道围岩特征是影响煤柱留设的主要因素，不同岩层表现出的力学特性差异较大，其与煤柱所受应力状态密切相关。一般认为，巷道围岩状态越好，岩层硬度越高，越有利于保证巷道上方的稳定性，煤柱尺寸留设越小。

煤层赋存状态煤层赋存状态包括煤层厚度、煤层倾角、埋深等多种参数，理论认为煤层厚度越大，倾角越大，巷道稳定性越差，煤柱所受应力条件越复杂，应力集中情况越明显，对于保护煤柱的要求也越高；埋深越大，巷道煤柱所受上覆岩层压力越大，煤柱稳定性越差。故一般煤柱尺寸的留设与煤层厚度、煤层倾角和埋深等因素呈反比关系。

3.2 煤柱应力和变形观测实测

根据《巷道围岩稳定性及工作面顶底板分类报告》可知：三采一层3107上面老顶为深灰色细砂岩层理发育、性脆易碎、易冒落，厚1-5.8m，平均厚3.4m；直接顶为浅灰色中砂岩厚3.5m。直接底为深灰色细砂岩，富含植物化石，厚1.7m，老底为6.3m的细砂岩，无吸水膨胀性。

3.3 观测方案的布置与数据收集、分析

掌握煤柱随工作面回采过程中的应力和变形特征是进行煤柱留设研究的前提，故在正在开采3107上面进行布点现场实测。根据开采经验，目前所回采的工作面巷道保护煤柱宽度为40m。在煤柱内布置KS-1 型钻孔应力计，深度分别为6、8、10、13、15 m，分别为11#～15# 测点；钻孔应力计可实时记录工作面回采过程中的受力情况，并可通过数据采集器进行采集；在煤柱内布置水平位移测点用以观测随工作面回采煤体变形特征，深度分别为4、8、12、15 m，分别为21#～24# 测点。实测数据经分析后绘图如图1 和图2 所示。

由图1、图2可知， 所测煤柱两侧塑性区宽度大致为5 m 和8～10 m，考虑矿井地质条件的复杂性，故煤柱尺寸应不低于20 m。

3.4 巷道矿压观测

观测点布设：

观测线沿煤柱保护巷道走向方向布置，每50米布置一组测点，每组观测点的安设方法：安设2组KBU101-200顶底板移近量动态报警仪，在巷中顶板安装一组YHW300本安型围岩位移测定仪，在巷中锚杆、在非采空侧巷帮中间各安装一组锚杆MCS-400矿用本安型锚杆（锚索）测力计。同时巷道底板安设观测锚杆，采用十字布点法，对巷道两帮及顶底板移近量进行监测。观测点布设在巷道顶板及两帮观测线长度共计422 m ， 共设控制点6 个。为确保数据准确性，在每组测点处巷道顶板安设一组顶板离层仪，观测两组数据并进行校对。数据收集时使用FCH2G/1矿用本安型手持采集器对矿压观测设备进行数据收集。

矿压显现特点：根据巷道矿压观测数据分析， 巷道顶底板、两帮移进量较小，煤柱留设满足要求。

4 技术特征及创新点

（1）对巷道矿压显现与煤柱应力变化进行了数据研究与分析，合理确定了停采位置。

（2）巷道保护煤柱宽度进一步缩短，增加了可采面积，提高了煤炭回收率，缓解生产接续压力。

（3）3107上面、3107南下面、3107南上面停采位置优化后，与原有巷道保护煤柱留设40m相比较，煤柱宽度缩小20米，增加了可采面积8440m?，实现净利润242-29=213万元。

5 结束语

所以根据不同的矿井地质条件，通过分析研究巷道围岩稳定性，合理选择保护煤柱宽度，对于提高煤炭资源的回收率和增加了煤炭经济效益具有重要意义。

参考文献：

[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.

[2]李增学.煤矿地质学[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

作者简介：李学（1988-），男，山东泰安人，本科，助理工程师，研究方向：煤炭工程。