极近距离煤层回采巷道合理布置与支护技术_杜康(1).pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 0引言 在极近距离煤层开采过程中， 由于极近距离煤层 的上下煤层间距较小， 上煤层的底板即为下煤层的顶 板， 开采上煤层对围岩造成破坏， 极容易损坏下煤层 的顶板。且上煤层的煤柱容易产生较大的集中应力， 若应力转移到下煤层，极易引发下煤层巷道的变形， 威胁到生产的安全性。因此， 对极近距离煤层回采巷 道进行合理布置， 实施适宜的支护技术， 已经成为亟 待解决的问题。 本文以申南凹煤矿 1 号和 2 号极近距 离煤层开采为工程基础， 利用数值模拟手段对回采巷 道的布置方案及支护设计进行了探索， 为类似地质条 件巷道布置及支护提供借鉴。 1工作面概况 申南凹煤矿开采的 1 号和 2 号煤层属于极近距 离煤层， 平均厚度分别为 1.04m和 3.84m， 1 号顶板主 要成分为泥岩， 局部为细砂岩， 底板的主要成分为泥 岩和砂纸泥岩，局部为细砂岩， 2 号煤层顶板的主要 成分为细砂岩、 泥岩和砂纸泥岩， 底板为砂纸泥岩和 泥岩，局部为砂纸泥岩。1 号和 2 号煤层的距离为 5.28m， 巷道埋深 500m， 均为近距离煤层。 2回采巷道位置的理论分析 2.1下煤层巷道布置方式 内错式、 外错式和重叠式布置式布置下煤层回采 巷道的主要方式。 重叠式布置方式能够维持上下煤层 区段煤柱的一致性， 提升煤的采出率， 降低煤的损耗， 但容易加大施工难度和维护巷道的难度。 外错式布置 方式有助于减小煤柱的宽度，提升煤炭的开采效率， 但由于下煤层处于高应力区，加剧了巷道掘进的难 度。尽管内错式布置方式容易增加煤柱的宽度， 但有 助于为巷道掘进提供低应力条件， 有助于提升掘进速 度， 保证回采工作的正常交替。 综上所述， 下煤层回采 巷道应以内错式布置方式为主。 2.2错距的理论计算 在采用内错式布置方案的过程中， 主要以上煤层 煤柱应力所产生支承压力峰值距离煤柱边缘的距离 作为参考依据， 对错距进行合理设定。为了给下煤层 巷道维护提供方便，避免对上下煤层产生不良影响， 需在支承压力范围外布置下煤层回采巷道。 结合对矿山压力在底板的传递规律进行分析可 知， 上煤层区段煤柱边界距离下煤层回采巷道的计算 公式为 极近距离煤层回采巷道合理布置与支护技术 杜康 （山西乡宁焦煤集团申南凹焦煤有限公司 ， 山西 乡宁 042100 ） 摘要 为解决申南凹煤矿极近距离煤层回采巷道布置与支护难题， 采用理论分析得出 回采巷道应 以内错式的布置方式为主， 错距在 4.88m 以上。通过数值模拟分析围岩应力变化规律， 塑性破坏情况 以及围岩变形情况， 得出回采巷道的错距为 7m， 并根据模拟结果提出支护设计方案， 为煤矿其他类似 地质条件工作面巷道布置及支护提供借鉴。 关键词 极近距离煤层 ； 回采巷道 ； 错距 ； 数值模拟 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0015-03 Rational Layout and Support Technology of Refining Lane in Very Close Coal Coalery DU Kang （Shanxi Xiangning Coking Coal Group Shennan Concave Coking Coal Co., Ltd. , Shanxi Xiangning 042100） Abstract in order to solve the difficult problem of roadway layout and support in the very close coal seam of Shennan coal mine, it is ob- tained by theoretical analysis that the roadway should be mainly arranged in the wrong way, with a fault distance of 4.88 m or more. Through numerical simulation analysis of the change law of surrounding rock stress, plastic failure and deation of surrounding rock, the error distance of back mining roadway is 7 M, and the support design scheme is put forward according to the simulation results to pro- vide reference for roadway layout and support in other similar Geological conditions of coal mine. Key words very close coal seam; Back mining roadway; Wrong distance; Numerical simulation 15 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 Ln≥Ln（h1h2） tanθ 式中 h1和 h2为下煤层顶板的岩层厚度和巷道 高度； θ 为应力传播影响角。结合上述公式可以算 出，应将极近距离煤层回采巷道的错距设定在 4.88m 以上。 3数值模型的建立 采用 FLAC3D 数值模拟软件对极近距离煤层回 采巷道的布置方案进行模拟， 采用实地取样的方式获 取煤层顶底板的岩层动力学参数如表 1 所示。 建立尺 寸为 的 Mohr- Coulomb 模型， 划分为 219480 个网格。 假设岩层的岩质较为均匀， 均为同性材料， 侧面设置 水平位移， 上部借助于应力边界实现对上覆岩层均布 载荷的模拟， 底部采用固定支架。1 号煤层为矩形断 面， 净高和净宽分别为 2.8m和 4.2m， 2 号煤层巷道为 矩形断面， 巷高和巷宽分别为 3.5m 和 4.5m， 利用锚 网索完成支护。 两巷在回采过程中均采取简单支护形 式， 在巷道错距为 3m、 5m、 7m、 9m、 的条件下进行模 拟， 并对围岩变形程度、 应力特点以及塑性破坏规律 进行分析。 表 1岩石动力学参数表 4数值模拟结果分析 通过将平行于工作面的平面作为切面， 对所构建 的模型进行切片，得出不同错距下的垂直应力云图 （如图 1 所示 ） 和塑性破坏云图 （如图 2 所示 ） 。 （a ）错距 3m（b）错距 5m （c ）错距 7m（d）错距 9m 图 1不同错距下的垂直应力云图 （a ）错距 3m（b）错距 5m （c ） 错距 7m（d）错距 9m 图 2不同错距下的塑性破坏云图 4.1 不同错距下的围岩应力变化情况 图 1 显示， 当错距为 3m 时， 上下顺槽区段煤柱 未出现明显的应力集中现象，表明煤柱已遭破坏， 无 法起到支撑作用； 当错距为 5m 时， 上下顺槽煤柱的 强度显著增加， 应力集中在巷道两帮处， 表明上下顺 槽的影响呈现减弱趋势； 当错距为 7m 时， 上下顺槽 煤柱的强度继续增加， 巷道两帮应力集中明显， 表明 上煤层开采对下煤层的影响进一步降低；当错距为 9m时，煤柱应力和巷道两帮应力集中情况与错距为 7m时无明显差异。 因此， 将巷道错距设定为 7m， 具有 可行性。 4.2不同错距下塑性破坏情况 图 2 显示，在上煤层工作面推进到 100m 后， 当 错距为 3m时，上下巷道围岩塑性破坏区产生连接， 与上煤层相比， 下煤层破坏情况较为严重， 表明此种 条件下上煤层工作面开采工作对下煤层产生较大影 响； 当错距为 5m 时， 上下巷道围岩塑性破坏区未产 生连接， 下煤层巷道围岩相比于上煤层严重， 表明此 种条件下上煤层工作面开采工作对下煤层的影响相 对减弱， 但仍然较大； 当错距为 7m 时， 上下巷道围岩 塑性破坏区完全分离， 下煤层破坏逐渐减弱并稳定下 岩性 密度 /g/cm3 抗拉强度 /MPa 弹性模量 /GPa 泊松比 内聚力 /MPa 内摩擦角 / 泥岩2.093.093.690.292.0621.88 粉砂岩2.772.895.170.203.2023.50 泥岩2.672.093.690.292.0621.88 1 煤1.381.422.490.181.8521.24 泥岩2.672.093.690.292.0621.88 粉砂岩2.772.895.170.203.2023.50 2 煤1.381.422.490.181.8521.24 泥岩2.672.093.690.292.0621.88 粉砂岩2.772.895.170.203.2023.50 泥岩2.672.093.690.294.0621.88 16 ChaoXing （上接第 14 页 ） 进行加固处理， 注浆加固后 12181 工作面在回采过程 中未出现突水及涌水异常现象。 参考文献 [1] 李小孟.矿井工作面底板含水性探测和突水预测技术研 k 究[D].山东科技大学,2011. [2] 代长青.承压水体上开采底板突水规律的研究[D].淮南安 徽理工大学,2005. [3] 孙建,王连国,侯化强.底板复合隔水关键层的隔水性能研 究[J].中国矿业大学学报,2013,42 （04） 560- 566. [4] 吴家龙. 弹性力学 [M]. 北京高等教育出版社， 2001 114- 117. [5] 张风达. 深部煤层底板变形破坏机理及突水评价方法研 究[D].中国矿业大学 （北京） ,2016. [6] 高航,孙振鹏.煤层底板采动影响的研究[J].山东矿业学院 学报,1987 （01） 12- 17. 作者简介 李建武 （1987-） ， 男， 汉族， 山西省方山县， 2015 年 7 月 毕业于中国矿业大学地质工程专业， 助理工程师， 现从事煤 矿地质测量方面工作。（收稿日期 2018- 11- 8） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 来， 表明上煤层开采对下煤层巷道影响甚微。当错距 为 9m 时，巷道围岩塑性破坏情况近似于错距为 7m 的情况， 因此， 将巷道错距设定为 7m。 4.3不同错距下围岩变形情况 表 2 显示， 当错距为 3m 时， 回采巷道围岩变形 量较大，当错距为 5m 时，巷道围岩变形量明显缩 小， 错距为 9m 时的围岩变形量与 7m 时相近， 变形 量较小。 表 22 号煤回采巷道围岩变形情况 5回采巷道的支护设计方案 图 3支护布置方式图 2 号煤回采巷道的支护方案设计如下 采用规格为 24mm2500mm 的螺纹钢锚杆，间排距设定为 800mm800mm， 16 根 /排， 锚杆外露的部分介于10mm 到 40mm之间； 选用 1 卷 CK2340 型树脂锚固剂和 1 卷 K2360 型锚固剂；锚杆托盘的碟形托板规格为 150mm150mm10mm； 帮锚杆扭矩力为100N m， 抗拔 力为 150kN，金属网的规格为 900mm2000mm 6mm。 锚索采用 21.6mm8000m的钢绞线， 间排距为 1300mm1600mm， 4 根 / 排； 托盘的碟形托板规格为 300mm200mm20mm， 选用 1 卷CK2340 型树脂锚 固剂和 1 卷 K2360 型锚固剂； 抗拔力为 200kN， 外露 的部分介于 150mm到 200mm之间； 帮锚索采用规格 为 15.245300mm 的钢绞线， 排距为 3200mm， 上下 两帮各 1 根， 为每根锚索配置球形锁具， 并结合巷道 岩层变化合理调整支护参数。 6结论 1 ）通过理论计算认为，下煤层回采巷道应采取 内错式布置方式， 错距在 4.88m以上。通过对围岩塑 性破坏特征、围岩应力变化以及变形量进行分析， 降 下煤层巷道错距设定为 7m。 2 ）基于外错式布置且错距为 7m的情况下， 应结 合井下实际情况， 对支护方案进行调整。 参考文献 [1] 李想.极近距离煤层回采巷道支护技术研究[J].煤矿现代 化,2019 （02） 49- 51. 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