近距离煤层采动影响及巷道合理位置研究

近距离煤层采动影响及巷道合理位置研究摘要：在煤炭资源开采中，近距离煤层开采问题日益凸显本文通过地质条件分析以及对已有开采案例的研究，探讨近距离煤层采动对围岩应力和塑性区分布、巷道变形及稳定性的影响用近距离煤层开采后会对相邻下煤层围岩产生破坏使煤层围岩强度降低开采下一煤层时用采场顶板来压强烈、巷道支护困难并且伴随冒顶、片帮等事故开给矿山企业带来极大安全隐患用王宪勇¹针对上层煤采动条件下煤层底板破坏实际问题开采用数值模拟试验和相似材料试验方法对工作面不同推进距离底板破坏特征进行研究确定采动条件下底板的破坏特征与工作面推进距离的关系开确定近距离煤层下层煤开采回采巷道布置、支护及顶板管理方案用本文以某矿431401工作面为例探讨如何确定巷道合理位置减少采动影响带来的不利后果431401工作面设计采用长壁后退式综合机械化一次采全高采煤工艺开全部垮落法处理采空区顶板工作面采取自东向西后退式回采方式工作面倾斜长度200m走向长度1880m平均采高1.40m每循环进431401工作面位于4³煤采空区下部西部为4⁴煤辅运大巷南部、北部及东部为实煤区#4³煤采动后形成的底板损伤深度为2.52~3.52m按最大3.52m为8.34～1271m剩余未损伤顶板厚度4.82～9.19m#回采过程中顶板垮落产生导水裂隙带全部沟通上覆4³煤采空区造成采场区域顶板淋水顶板岩层强度降低工作面位置关系如图1和图2所示图1431401工作面平面位置关系图2431401工作面剖面位置关系煤层基本顶板为粉砂岩厚11.42m灰色、深灰色具水平层理及波状层理具滑面夹薄层细粒砂岩及砂岩条带含植物化石碎片煤层底板整体表现为粉砂岩厚约9.84m浅灰色、灰色具水平层理及波状层理夹薄层砂岩及泥岩条带含大量植物化石碎片顶部有一层粉砂质泥岩厚0.2～0.4m层理发育易碎煤层开挖后工作面前方产生应力集中区域使煤层发生塑性破坏煤层顶板和底板围岩强度降低田煤层底板出现底鼓用由于采空区已经形成自由面产生的围岩压力向采空区传递开产生主动极限区I、过渡区Ⅱ、被动极限区Ⅲ(图3)产生的三个区域会对相邻下层煤围岩稳定性造成影响I-主动极限区Ⅱ-过渡区ⅢI-被动极限区图3煤层底板在极限条件下塑性破坏范围由图3中塑性区的几何尺寸和塑性理论开计算煤式中得得联立方程得煤层底板最大破坏深度：由极限平衡理论可算出塑性区宽度：联立方程得底板最大破坏深度为：式中：M为采高K为三轴应力系数y为岩体容重JH为煤层埋深φ为煤体内摩擦角k为应力集中系数f为摩擦系数F为支架支撑阻力φ,为底板岩层由上述理论分析可以看出在近距离煤层开采条件下上层煤开采完形成采空区后开对下层煤围岩稳定性会产生影响下层煤巷道位置合理布置极为重要#岩层理论认为开巷道布置的水平错距为：式中：X.n为回采巷道合理外错距M为煤层间距开12mδ为岩石移动角60°L为安全距离开3mb为上部煤层工作面的最大空顶距开2m#结合工作面参数得Xmn=12m#上煤层开采后会在周围煤岩体中形成应力重新分布用在底板中会产生一定范围的应力集中区和卸压区#当下煤层开采时开上煤层遗留的煤柱等会导致下煤层应力分布复杂开增加巷道支护难度用本文根据现场情况设计巷道支护方案用431401工作面共布置3条巷道开即431401辅运巷、431401胶运巷和431401回风巷开辅运巷和胶运巷为进风巷431401回风巷为回风巷3.1431401辅运巷2800mm净断面15.12m²开施工地坪厚度200mm混凝土强度等级为C30#②顶板支护：采用锚杆支护工艺锚杆用Φ20mmx2100mmⅡ级螺纹钢筋锚杆支护开间排距1200mm×1200mm五、五矩形布置每根锚杆充填一支MSC③帮部支护：巷道两帮均布置2根帮锚采用二、二矩形布置用巷道采帮侧帮锚采用Φ20mmx1400mm玻璃钢锚杆巷道煤柱侧帮锚采用中20mmx1400mmⅡ级螺纹钢锚杆#第一根帮锚距顶板500mmH帮锚间排④螺纹钢锚杆托盘均采用Q235钢板加工而成的圆形托盘开厚度10mm直径中150mm1顶板和副帮侧1800mm以下挂钢筋网钢筋网采用中4mm的Q235钢丝连接间距300mm采帮侧1800mm以下挂塑钢网3.2431401胶运巷①431401胶运巷断面为矩形开净宽×3050mm断面面积16.5m²开施工地坪厚度150mm混凝土强度等级为C30#锚杆支护顶部锚杆五、五矩形布置间排距1200mmxMSCKb2360型树脂锚固剂③帮部支护：巷道两帮均布置2根帮锚采用二、二矩形布置用巷道采帮侧帮锚采用φ20mm1400mm玻璃钢锚杆巷道煤柱侧帮锚采用中20mmx1400mmⅡ级螺纹钢锚杆#其中第一根帮锚距顶板500mm帮锚间排距1200mmx1500mm#④螺纹钢锚杆托盘均采用Q235钢板加工而成的圆形托盘厚度10mm直径φ150mm顶板和副帮侧1800mm以下挂钢筋网钢筋网采用φ4mm的Q235钢丝连接间隔300mm采帮侧1800mm以下挂塑钢网3.3431401回风巷①431401回风巷为矩形断面净宽×净高=5400mx凝土强度等级为C30#2100mmⅡ级螺纹钢筋锚杆支护，间排距1200mm×1200mm,五、五矩形布置，每根锚杆充填一支MSC_Ka2335和一支MCKb2360型树脂锚固剂用③帮部支护：巷道两帮均布置2根帮锚，采用二、二矩形布置巷道采帮侧帮锚采用中20mmx1800mm级螺纹钢锚杆用第一根帮锚距顶板500mm,帮锚间排形托盘，厚度10mm,直径Φ150mm顶板和副帮侧在近距离煤层采动影响下，431401辅运巷的顶底板移近量为252mm#由于上方煤层开采后引起的应力重新分布，导致顶板岩层受到较大的垂直压力，出现下沉用底板鼓起情况时有发生，主要是由于下部煤层开采过程中，地应力释放使底板岩层向上隆起用同时，地下水作用可能加剧底板鼓起程度两帮变形为177mm,这是因为采动引起的侧向压力使煤帮发生塑性变形，向巷道内移动用锚杆和锚索的支护作用限制了两帮变形，但随着采动影响持续，支护结构可能出现失效情况用431401胶运巷顶底板移近量为200m,两帮变形为175mm431401回风巷顶底板移近量为226mm,两帮变形为170mm顶板下沉量较小用这可能是由于其所处位置的地质条件较好，或者受到的采动影响较弱底板鼓起相对较小用煤帮变形主要表现为表面破碎和剥落，这可能是由于煤质较软或者风化等因素影响用图4431401胶运巷滞后工作面距离/m图5431401辅运巷滞后工作面距离/m图6431401回风巷经过以上监测数据可以看出，巷道围岩变形量在可控范围内，巷道围岩保持稳定状态，说明巷道布置位置