巷道与上部煤柱边缘间水平距离X的选择.pdf

第2 2 卷 第2 期 1 9 9 3 年6 爿 中国矿业大学学报 J o u r n a l o f Ch i n a U n i v e r s i t y of M i ni n g ＆Te c h n ol o g y Vol 2 2 J un N o 2 I 993 7 弓 ≯ ≯ ’ 一巷道与上 部煤柱边缘 间水平距离 X的选择 ， ／ 生璧 耀东 ≯z ． 摘要巷道 与上部煤拄边缘之间 的水平距 离 是底 板岩巷和 邻近煤层巷道布置 的 重 要 参数 。 本 文根 据 矿 山压 力的 研 完成 果， 阐 述 T上部 煤层 采 动 状 况 ， 巷 道 围 岩 性 质 ， 巷 道 与 上 部 煤 层 之 间 的垂 距 Z、 以 及 巷 道 与 上 部 煤 柱 边 缘 闸 水平 距 离 闾 的 定量 关 系． 为正 确 选 择 值 硬 巷 道 与上 部 煤 层 回 采 空 间 的相 对 位 置 关 系提 供 T主 要 依 据 。 ．／ ／ ．．． - ／ 关键词兰鎏 互 璺生墨 型 上部煤 柱，坐 翌塞 ． ， 布置在底板岩层和邻近煤层 内的巷道 与 L 部煤层 的开采边界及煤柱 边缘 之间的水平距 离 决定着巷道与上 部煤层回采 空间的相对位 置关 系，是巷道布 置的重要参数。 由于缺 乏系统的矿压测试，长期以来 国内外大 多只根据 上部煤层采动在底板岩 层内应力传递的理 论来选择 该参数， 对影 响 值的因 素也缺乏 研究。 本文基 于底板岩 巷的围岩应 力 和上 部煤层采动 后煤柱 的荷 载 尸、巷 道与上 部煤层 之 问的垂距 z及 的函数关 系， 引用丰富 的矿压测 试成果，研究 了上 部煤层 采动状况 ，巷道 围岩性质、以 及 z 值对选择 值的影 响，及 它们 之 间的 定量关 系，从而 得出选择 值的关 系式， 为正确 确定底板岩 巷和 邻近 煤层 巷道与上部煤层回采空间的相对位置关系， 及合 理选 择 值提供科 学依 据。 1 对 巷道 围岩应 力和 维 护的影 响 位 于底板 岩层 或下部邻近煤层 内的巷道， 当上部煤层跨越 回采时，巷遭 与上部煤层 回 采空间的 相对位 置关系可归纳为如 图 1 所示的 4种类 型。 这 4种巷道 的差别主要取决 于下 列两个参数 1 巷 道 与上 部煤 层上 区段 回采 空间 之间 的距离 D 图 1中 ， 此参数 决 定着 上部煤层跨采之前，巷道是 否受到相邻区段采动 引起的支承压 力叠 加影 响。 2 巷道 与上 部煤 柱边缘的水 平距 离 此参数决 定着 上部煤层跨采之后，巷 道位于 采空 区 F 方时 ，巷道处 于降压 区内还 是仍 处于上部煤柱引起的高应力区 内。 实测 表明，在开采深度 、上 部煤层采 动状 况、巷道围岩性质、以及巷道 与上部煤层 的 垂距 等都 相 同的条件下 ， 由于 ， J及 两参数 不 同，巷遭 受力状 况 如 表 1 差 别很大。在 同一 地质 开采 条件下，巷道 I与 Ⅱ及巷 道 Ⅲ与 Ⅳ ， 由于 值不 同，巷遭 的围岩变形量相 差可达 5倍左右。 为影响岩巷和邻近煤 巷维护的诸因素 中仅次 于围岩性 质的重要因素。 本支 1 9 9 1年 l 2月 5日收到 。 本课题为煤炭科学基食资助项目。 维普资讯 2 中国矿 业大学 学报 1 9 9 3芷 图 1 受上 部 煤层采 动影 响的 底板 岩巷 或邻 近煤层 巷道 的 布置方 式 衰 l 上部 煤层 采动对 底板 岩巷 或 邻近煤 层巷 道受 力的影 响 、 ＼ ＼ 上部煤层 采 工作 面I 工作面Ⅱ 巷 道 位 状况 犏号 见 图 1 ＼＼ 采动前 采动 期间 采动 后 采动 期 间 采动 后 I Z 受 跨采 工 作 位 于采空 区下 的降 压区 内 面 l引起的 受 到一倒 已采 煤 柱 由 一 侧 采动 长期受 两侧 已 Ⅱ 0 Z 移 动 支承 压 煤 拄上 固定 支 变 为两 删采 动 ， 軎种 巷 力的影 响 承 压力的 影响 受 到工作 面 I Ⅱ 采攥 挂 上迭 加 道 均在 支承压 力的 强 Ⅲ O Z 原 岩应 受 工作 面 I采动 引起的 引 起的选 加 支承 D 离工 作面 I较远， 受 受 工作 面 l、 Ⅱ 位 于采 空 D6 0 ～8 0 m 工作 面 I采 动引起 的 引 起的选 加 支承 区下 的降 支承 压力的 影响较 小 压 力的强 烈影 响 压 区 内 2上部 煤 层 采 动影 响 与 值 的 关 系 底 板岩巷和邻 近煤层巷道 的围 岩变形随上 部煤 柱的荷载 P、参数 z、 以及巷道的 围岩性 质而变化。下面介绍巷道 围岩变形 同上 部煤 柱的荷载及其水平距离 的关系。 平 顶 山五矿戊 组煤层东翼 底板岩石 大巷， 围岩为 比较稳定 的砂质页 岩。大巷 与上部戊 煤层之 间的垂距为 3 0 m 。戊 煤层 开采时，上 方留设两 侧均 已采 空的宽为 1 8 m 的煤桂 图 2 。 这条大巷的 其他地段 位于戊 煤层 一侧 已采 的煤柱 下方 图 3 。对选 两段围岩性 质 相 维普资讯 第 2期 巷道 与上部 煤柱 边绿 间水 平距 离 的选 择 似、z值相同的巷道进行围岩变形观测，其结果如图 2 和图 3所示。岩石大巷在戊 煤层 两侧已采的 煤柱影 响下的两帮移近 速度 mm ／天 ， 同巷 道与煤柱 中心之间的水平 距离 m 呈概率 曲线关系 图 2中 1 o V一 0 0 4 1 ． 4 7 e o 式 中 P 自然对教底。 毒 ‘ 三 ‘ 恻 。 妊 苣 0 巷遭 与 ￡部 阿侧 已果煤 _ } 『 ，L - 的 求平 离 m 图 2 平顶 山五矿 戊组 煤层 底板 岩石 太巷 的 围岩 变形 同上 部两 侧已采 煤 桂的位 置关 系 图 2中 l为戊 l 0 煤层回 采工 作面前方 0 ～ 3 0 m 内的平 均速 度} 2为 戊1 0 煤层回采工 作 面后 方 3 0 m 外的速度。 差 道 与上 鄱 攥屏 已果匣 边缘的叶 平 离r m 罔 3 平瓜 山五矿 戊组 煤层 底板 岩石 大巷 的 围 岩变 形同上 部一 鲁 lI 采 空煤 拄的 位置美 系 巷道 的围 岩变 形以煤 柱 中心部分 为 最大 ，该部 分两 帮移近 速 度为 l _ 3 ～ 1 ． 6 ram／天 。 煤柱边缘 处两 帮移近 速度为 0 ． 8 mm ／天。随 着巷道与煤柱之 间的水平 距离增大， 围岩变 形速度逐渐 衰减。距煤 柱边缘 约 2 0 m 处 图 2中的 A，B点 值下降到 0 ． 1 mm ／天，并 趋于稳 定。煤 柱上的荷 载在底板 岩层 内传递的影 响 角 口 图 2中为煤柱 边缘与 A，B点的 连线同铅垂线之间的夹角 为 3 2 ～3 5 。。在井下观察到达段岩石大巷位于开采戍 煤层时 留设的 两侧 均已采空 的煤 柱下方地段的料 石碹 顶遭到严 重破 坏，同时位于戊 煤层 已采 区 下，距煤柱边缘 2 0 m 以内的地段也遭到不 同程度的破坏。 当戊 煤 层的回采 工作 面跨过 大巷 ，上方戍 煤层 的煤柱遭 到破坏后 ， 岩 石大 巷位于 应力降 低区内， 各测站的 围岩变形 速度都 下降到 0 ． 1 mm ／天左右， 并趋向稳定 图 2中 2 。 如 图 3所示 ，岩 石大巷 在上部戊 煤层 一侧 采空煤柱 的影响范 围内，巷遭围岩变形速 度 V的最大值不是在煤柱边缘处，而是在煤柱下方，距采空区边缘约 5 m处 纵轴位置 o V同巷 道 与纵 轴之 间的 水 平距 也近 似 呈 正态 分 布 。纵 轴处 的 围岩 变 形速 度约 0 ． 2 ram／ 天，在煤 柱 边缘处 为 0 ． 1 2 ram ／天 左右。 随道 巷道 与纵轴 或煤柱 边缘之 间的 水平距 离增 大， 围岩 变形 速度逐渐 衰减。若 以纵轴 为准， 两侧各 距纵轴约 2 0 m 处 ，如以煤柱 边缘为 准，采空区 一侧 与煤 柱边缘相距 l 5 m 处，以及煤 柱一侧与煤柱边缘相 距 2 5 m 处，变形速 度下降到 0 ． 0 3 ram ／天左右 ，并趋向稳 定。煤 柱荷 载在底板岩 层 内传递的 影响 角 图 3 中为煤柱边缘 与 A 点的连线 同铅垂线之 间的 夹角 为 2 7。 纵轴 与 A点的连线 同铅垂线之 阃的夹角为 3 4。 。 在井 下观 察 _t ，纵轴附近大巷 的料 石碹 遭到轻微破坏。 由此可见，底板岩巷或邻近煤层 巷道 必须 与上 部煤 柱边缘 间保持一定的水平距离。在 围岩性 质和 z 值均 相同的 条件 下， 由于两 侧均 已采空 的煤 柱和仅 一侧采空 的煤柱 的荷 载 维普资讯 中国矿业 大学 学报 9 9 3年 不 同，对底板岩巷维护 的影 响十 分悬殊。它们的 一 曲线虽都呈正 态分 布， 但无论是纵 轴 处和 煤柱边缘处，前者的 围岩 变形 速度 约为后者的 7倍。 因此 ，如 欲使 巷道 保持较小的 变形量，例如 巷道 围岩 变形速度不 超过 0 ． 0 5 mm ／天，岩 巷与一侧已采的煤 柱边缘之 间的 水 平距离 需 l O m 左右 图 3 ，而岩巷与 两侧已采的煤柱之 的 水平距 离 需在 2 0 m 以 上图 2 。 若两者 的 值相 同，如 巷道都位 于煤柱 边缘附 近，前者 遭到 严重破 坏，后者 仅轻微损坏 。所 以上部煤柱的采动状况， 是确定岩巷或邻近煤层巷道 与上 部煤柱边缘之间 的水平距离 大小的重要因素。 3围岩 性 质对 巷 道稳 定 性 影 响与 值 的 关系 图 4为 平顶山等矿区上部煤层遗 留煤 柱边缘 与下部巷道之 间的水平 距离 同巷道 围岩 变 形 功 之间的关系， 该实测资料较完整地反映 了巷 道围岩变形速度 与参数 ，、z、 及 巷 道围岩性质 之 间的关系 。 由图可 见，下 部巷道 的围岩变 形速度 与上部 煤柱边缘之 间 的水 平距离 的关 系极 为密 切 。紧靠上 部煤 柱边缘 的巷道， 围岩变形 速度最大， 随着巷 道 远离 煤柱， 围岩 变形速度按负指数 函数 衰减 。图 4中各 一 曲线 的关系式及有美系数 如 表 2所 列。 表 2 平顶山等矿巷道的围岩变形 同巷道与上部煤柱垴肇水平距的美系 上 部煤层 的煤 柱 巷遭 与 } 巷 道的 围岩变 形速 度 n ram ／天 同 巷道 与 图 4 矿井与巷 巷逋围岩 宽度 部煤层曲 上部堞柱边缘之间水平距离b r m 的关系 曲线 道的名称 的稳定性 采动状况 号 m 垂距{ z m 关 系式 乎顶 山五矿 戊组煤 较 稳定曲 砂岩 一 伽正 秉曲 O 21 l O1 l 4 0 0 5 l 口 3 0 层底 板岩 石大巷 和 砂质页 岩 两侧 正 采动 I 8 l l 4 5 0I 8 8 0 2 3 l b l两恻均秉 O 7 9 9 O 3 4 7 02 2 a 平面 山七矿 顶板 为较稳 已 趋稳定 j 毙组煤 屠区 定的 砂质 页 1 4 I O 一 侧 已采 另 段 平 巷 岩 ，堞 质 中硬 v c P b g 3 ．78 5 0 ． 2 44 0 3 7 2 b 一 御正 采动 美 蓉 白皎 矿 西一 瞪胀性 粘 2 ． 4 6 O2 0 l 0 3 3 a 盘区岩 石 J 山 土 直岩 两倒 均果 3 0 】 6 5 3 7 8 0 l 7 9 0 4 3 b 平顶 山三矿 己组 项扳 为橙碎 嶷质 煤 层区殷 平巷 页 岩堞质 松被 两侧均 采 l 5 8 5 60 6 9 0I 6 2 0 ． 8 4 由图 4可见 1 位 于上部煤层 采空区 下方 的底板 岩巷和邻 近煤 巷的 围岩 变形速度 同巷道 与上 部煤柱边缘之间的水平距离 有密切关系。紧靠上部煤柱边缘的巷道，围岩变形速度最 大。随着巷道远离煤柱 围岩 变形 速度按负指数 函数 衷减 ， 与 的关 系为 6 式 中 n ，b ，c _ 诹 决于上部煤 层采动状 况和围岩性 质的 系数 。 围 4中各巷道的 a ，b ，c值见表 2 。 2 上部煤柱的载荷 尸主要取 决于开采深度 及煤 柱周围的 采动状况，其 中包括煤柱 仅 维普资讯 第 2期 巷道 与上 部煤 柱边缘 阃水 平距 离 的 选择 一 倒采动或两侧均已采动，及正在采动或 采动已趋稳定。它对 一 的关系影响很 大。 位于两侧均已采空的煤柱附近的岩巷 圈 4中的 1 6 ，在 值 相 同_的情 况 下 ， 其 V值 比 在一侧 采空 的煤 柱附 近时 图 4 中的 l 大 6倍。 巷道 2 n ， 2 6都位 于上部 两侧已采的煤柱附近，巷道附近正在采动 时 图 4中 2 6 的 值， 比采动 已趋稳定 时 图 4中的 2 a 大 3 ～4倍。 3 巷道 围岩性 质对 卜一 的 关系影 响最大。位于两侧均已采空的煤柱附近的 岩巷 ，在 其他条件相 同的情况下， 围岩不 稳 定的巷道 图 4中的 3 6 的 值 比围岩 较稳定 的巷道 图 4中的 l b 在 煤 柱边缘 处 约 大 5倍 ，在 离 煤柱 边 缘 2 0 m， 基本 不 受煤柱影响处大 2倍。位于两侧均 已采 空的煤 柱附近 的煤巷在其他条件相 同的情 况 下 ， 围 岩 松 软 的 巷 遭 图 4 中的 4 的 值 比囤岩较 稳定的巷道 图 4中的 2 a ，在 煤柱 边缘处约大 l O倍 ，在不受煤柱影 响 处约 大 5倍。位于一侧采空煤柱附近的煤 巷， 在其他条件相同的情况 下，围岩松软 巷道 的 v值比 围岩较稳定巷道约 大 5倍 。 巷 擅与 上部煤柱 边缘的 水平距 离 I 一 平 五矿 成组煤 层底扳 岩石太 巷’ 2 一 平 七矿 戊 9 l 0 煤层 上分层 区段平 巷| 3 一 美蓉白皎矿西一盘区 山 4 一平 兰矿 己组煤层 医殷平 巷 图 4平顶 山等矿 巷道的 围岩 变形 周巷 道与 由 于两侧 均已采空、 煤柱承受很大的支承压 上部煤柱边耋 羲 之间的水平距离的关系 力， 对位 于煤 柱附 近 巷道 的 围岩 变 形影 响很 大．且 巷道 围 岩强度 越低 ，影 响越 强烈 。 因 此 ，更 应注意围岩松软巷道与上部 两侧已采煤柱边 缘之 间保持足够的水平距离。 4 ～ 的 变化规律 中， 当 达到一定 数值时． 继续增加 对降低 V值的 影响不 明显，但低 于此值， 随着 的 减小， 巷道的 围岩变形就 会急剧 增加。 实测 结果表 明 比 较 有利的 值 同巷 道与 上部煤层之 间的 垂距 z的比值一 般为 0 7 ～ l 4，即煤柱荷 载向底 板传递的影 响角 口一般为 3 5 ～5 5。。此值 与巷道 的围岩性质和上 部煤 层的采动状况 有密 切关系。围岩松软且上部煤柱为两 侧采空时 ，一般均趋 向高限 ，否则趋 向低限。 在实际工 作 中，若 围岩比较 松软， 采动影响 强烈 ，或者 z值 较小时， 为 了控 制巷 道的 围岩变形， 值应 大干 z值。反之， 如 围岩比较 稳定，采 动影 响较小， 或者 z值较大时， 值可小 于 Z值。 例如图 4中的巷道 l d的 值 可小于 l O m ， 巷道 l 6需 2 0 m 左右 巷 道 2 n可取 l O m 左右 ，老 道 2 6需 l 5 m 左右。 4按 围岩 性质 、采 动 状况 及 z值 选 择 值 经 过对 平顶山、阳泉、鹤壁、开滦和 兖卅『 等矿 区近百条底板岩巷和邻近煤 层巷 道的矿 维普资讯 6 中国矿 业大学 学报 1 9 9 3年 压观测和分析， 得出了巷 道围岩变形速度 V与参数 、z的普遍关 系式为 V 『 1 0 ．0 0 3 H一 3 0 0 ] A C [ 1 ． 1 5 Z - o ．9 6 e - O ． t 3 9 1 式 中卜一底板岩巷或邻近煤巷受采动影 响期 间的 围岩移近速度 ，mm ／天j 一 巷道与上部煤层煤柱边缘之 间的水 平距 离，mj 开 采深 度，m； z 。_ 巷道与上 部煤层之 间的垂直距 离，m；P 一自然对数底； A 巷道围岩稳定性 系数 见表 3 ；c煤 柱 周围采动状况影响 系数 见表 4 表 3围岩稳 定 性系数 巷道 瑚岩 稳 定 较稳定 中等稳 定岩层 稳定性 系 数 岩层 岩层 或轻稳 定煤层 0 5 】 2 6 巷道围岩 较不稳定岩层 极不稳定岩层 稳 定性系 数 或 中等稳 定煤层 或不稳 定煤层 6 7 I 5 表 4 采 动状 况彩 响系 数 巷道采 侧 果动 两 侧 采动 动 状况 巳趋 稳 定 正 在采动 已趋稳 定 正在 粟动 影 响系 数 C f 3 ～ 5 3～ 5 I 5 W E E 馏 韵 盛 巷道 与上 部煤 性边缘 之间的 水平距 离 x m】 c a z l 0 m 普道 与 上部煤 拄边 缘之问 的水平 距离 c m1 兽 道与上 鄄煤 柱边缘 之间 的水 距 离 m】 b】 2 0 m { c 3 O J 图 5不同 围岩稳 定性 系数 与 采动 状 影响 系数 c 下 ．i种 不 同垂 距 z 时 的 变化 关 系 该 式适用 于 3 0 o ～8 0 0 m，Z5 ～3 0 m， 2 0 m。 利用此式经 计算可 得在 不 同的 维普资讯 第 2期 巷道与 上部 煤柱 边缘 间水 平距离 的 选择 7 围岩性 质，采动状 况和 z值 的条件下，底板 岩巷和邻近 煤层巷道 的围岩移近 速度 V随 值 变化 的 一 关系 图 5 ，开采 深度 为 3 0 0 m ，以及 值 的合理范 围，再 根据巷遭 支架 服务期 间允 许的 围岩 变形量确 定 值。 参考文献 1 陆士 良岩 巷的矿 压 显现 与合理 位置 ． 煤 炭 工业 出版社 ， 1 9 8 4 S e l e c t i o n of Ho r i z on t a l Di s t a n c e Be t we e n Ro a dwa y a nd t h e Ed g e o f i t s U ppe r Pi l l a r Lu Shi l i a n g Su n Yo n gl i a Ji a n g Yao do n g De pa r t me nt o fM i n i n g Eng i n e e r i n g Ab s t r a c t Th e h o r i z o n t a l d i s t a n c e b e t we e n r o a d wa y a nd t h e e dg e o f i t s up p e r p i l l a r i s a n i mp o r t a n t p a r a me t e r f o r r o a d wa y l a y o u t i n fl o o r s t r a t a a n d a d j a c e n t c o a l s e a ms B a s e d o n t h e r e s e a r c h a c h i e v e me n t s o f s t r a t a p r e s s u r e ， t h i s p a p e r i l l u s t r a t e s t h e qu a n t i t a t i v e r e i n fio n a m o n g t h e mi n i n g s i t ua t i o n o f u pp e r c o a l s e a m ，s u r r o u n d i ng r oc k p r o p e r t i e s o f r o a d wa y ， t h e v e i c a l d i s t a n c e Z b e t we e n r o a d wa y a n d i t s u p p e r c o a l sea m ， a n d t h e h o r i - z o n t a l d i s t a n c e b e t we e n r o a d wa y a n d t h e e d g e o f i t s u p p e r p i l l a r ， wh i c h p r o v i d e s a m a i n b a s i s f o r t h e s e l e c t i o n o f v a l u e a n d t h e r e l a t i v e l o c a t i o n be t wee n r o a d wa y a n d i t s u pper c oa l s e a m s ． Ke y wo r d s r o a d wa y l a y o u t ， d e f o r m a t i o n o f s u r r o un di n g r o c k， u p p e r p i l l a r ， h o r i z o nt a l d i s - t anc e 维普资讯