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极近距离煤层开采围岩控制理论及技术探析【摘要】成煤条件的不同造成了煤层的厚度、层间距大小的不同，而且在某些情况下可能会出现煤层分岔或合并的现象。
我国的大部分矿区在近距离煤层开放方面都有一定的困难。
本文首先介绍了及近距离煤层开采围岩的特征。
然后介绍了极近距离煤层巷道的支护形式以及评价，最后阐述并分析了极近距离煤层开采围岩控制原理及技术。
【关键词】极近距离煤层；围岩控制；巷道布置我国大部分的矿区在开采煤层时都存在着极近距离的煤层，在分层开采时经常性的出现下部煤层开采难的问题，尤其是巷道支护问题。
我国学者在此方面纷纷进行了一系列研究，本文从开采煤层过程中围岩的特征开始进行论述，对其变形规律作了详细分析，并且从支护形式和围岩控制原理和技术方面进行了探讨，希望有助于矿区开采工作的顺利开展。
1、极近距离煤层开采围岩特征在开采极近距离煤层的过程中会严重破坏其下部的煤层顶板完整性。
在开采上部煤层的过程中会破坏到下部的煤层顶板，从而造成下部煤层顶板的裂隙和节理更加的发育，进而不易控制顶板，在掘进巷道的过程中会发生漏顶的事故，甚至会有大面积冒顶事故发生，以致维护巷道顶板会有很大的难度。
下部煤层巷道的变形规律为：当开采上部的煤层后，由于下部煤层的顶板强度低、厚度薄，再加上开采上部煤层时受到破坏，则顶板的稳定性特别弱，只要有些许的变形，就能发生整体的垮落。
如果顶板的整体完整性可以保持下来，在提高其承载能力的情况下就可以维护顶板的稳定性。
2、极近距离煤层巷道支护形式及评价国内学者对极近距离煤层巷道的支护形式进行了深入的研究，得出其支护形式有架棚支护、“锚网+架棚”联合支护、锚杆桁架支护、“锚杆+注浆”混合支护四种支护形式。
2.1 架棚支护当开采了极近距离的上部煤层后，则下部煤层的顶板与采空区的距离就变得特别近，当向里掘进的时候就顶板岩层比较完整且顶板的压力较小，此时就可以采取架棚支护形式。
一般情况下都是采用工字钢或者U型钢，有支护成本适中、成巷速度较快、支护工艺简单的优点。
收稿日期：２０１４?０７?０２作者简介：崔林柱（１９７６－），男，山西繁峙人，硕士，工程师，从事生产技术工作。
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０１４．１１．００３近距离煤层群下煤开采覆岩运动规律研究崔林柱，刘晓宁（西山煤电（集团）有限责任公司，山西太原 ０３００５３）摘 要：针对近距离煤层群开采条件下的某矿６２０７Ｎ工作面和５１０５Ｎ工作面进行了理论分析并结合数值模拟和现场矿压监测结果，研究此类条件下的下煤开采时的覆岩运动规律，对近距离煤层群下煤开采的矿压控制工作具有指导和借鉴意义。
关键词：近距离煤层群；下煤开采；覆岩运动规律中图分类号：ＴＤ３２５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５?２７９８（２０１４）１１?０００７?０４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＯｖｅｒｂｕｒｄｅｎＳｔｒａｔａＭｏｖｅｍｅｎｔＢｅｈａｖｉｏｒｉｎＬｏｗｅｒＬａｙｅｒＭｉｎｉｎｇｏｆＮｅａｒ－ｎｅｉｇｈｂｏｒｅｄＣｏａｌＳｅａｍｓＣＵＩＬｉｎ?ｚｈｕ，ＬＩＵＸｉａｏ?ｎｉｎｇ（ＸｉｓｈａｎＣｏａｌＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ６２０７Ｎａｎｄ５１０５Ｎｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｓｏｆａｍｉｎｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｓｔｒａｔａ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｔｈｅｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｓｔｒａｔａｍｏｖｅｍｅｎｔｂｅｈａｖｉｏｒｗｈｅｎｔｈｅｌｏｗｅｒｌａｙｅｒｍｉｎｉｎｇａｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｏｆｆｅｒｋｉｎｄｏｆｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｏｎｔｈｅｓｔｒａｔａ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｏｎｔｈｅｌｏｗｅｒｌａｙｅｒｍｉｎｉｎｇｏｆｔｈｅｎｅａｒ－ｎｅｉｇｈｂｏｒｅｄｃｏａｌｓｅａｍｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｅａｒ－ｎｅｉｇｈｂｏｒｅｄｃｏａｌｓｅａｍｓ；ｌｏｗｅｒｌａｙｅｒｍｉｎｉｎｇ；ｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｓｔｒａｔａｍｏｖｅｍｅｎｔｂｅｈａｖｉｏｒ 我国许多矿区普遍存在煤层群开采问题，如西山矿区、大同矿区等［１］。
近距离煤层煤柱及采空区下综采工作面矿压规律分析我国诸多煤矿开采的过程中，尤其需要通过反复斜交开采的方法来进行全面开采。
主要可以通过合适的观测的手段来分析内部的矿压规律。
相信这样一次又一次的分析对于控制回采场的围岩有着非常重要的意义。
本文结合实际案例，主要分析近距离煤层煤柱和采空区下综采工作面矿压的规律，希望能够给大家更多的参考性意见。
标签：近距离开采；煤层煤柱；综采工作面；矿压监测0 引言由于我国对于煤矿的需求量正在不断地增多，所以很多矿井内上部的煤层已经全部开采结束。
如果煤层之间的间距一直处于较小的范围内，那么上部煤层的开采工作会对下部煤层的开采状况造成一定的影响。
下部煤层的工作面也会因为遗留煤柱的影响而出现应力过于集中和矿压剧烈变化的现象。
为了更好地解决这一问题，针对近距离煤层和采空区下综采工作面内部的矿压进行分析显得尤为重要。
本文结合实际的情况进行具体的研究。
1 研究近距离煤层煤柱和采空区下综采工作面矿压的意义通过数值模拟的方式来研究煤柱承受的压力和底板之间分布的规律，也就能够知道巷道的整体结构非常容易在不同状态的载荷下出现局部被破坏的现象，从而为后续回采的过程提供全面的指导。
另外，通过对上下煤层工作面周期压力矿压规律进行研究之后，大家也能够在适当的时候提出控制矿压的措施。
当煤柱下方的区域因此出现动载矿压的现象时，大家也可以通过分析相关的规律来有效地提出相应的防治措施。
总而言之，通过全面研究近距离煤层煤柱和采空区下方工作面的矿压，也就能够更好地促进整体煤矿开采工作更加顺利地进行。
2 实际案例分析2.1 某煤矿工作面概况某煤矿工作面位于2-2煤层，整个工作面的长度为1120m，倾斜的长度为255m，煤层的平均厚度为2.04m，且内部的倾斜角一直被保持在1度-3度的位置。
2-2煤层距离2-1煤层底板约有2.6-6.3m的距离，但整个2-1内部的开采工作已经全部完成。
从北到南，其工作面和煤柱之间的配合如下：311工作面将会和309的煤柱相互匹配。
探讨近距离煤层开采覆岩结构及矿压显现规律分析摘要：煤炭为国民经济发展提供了充足发展能源，煤炭占据国内一次性能源结构的67%以上，且长时期占据主导。
因成煤条件的不同，造成赋存条件也各不相同，煤层厚度的层间距离也千变万化。
赋存条件多样与复杂性，对企业经济效益有直接影响。
在我国煤炭开采中，开采的多是近距离煤层。
分层开采近距离煤层时，将会有新的岩层应力分布于回采空间，出现应力集中于煤柱之上，且分层开采造成了不规律与不明显的煤层顶板来压，对布置与维护回采巷道造成影响。
关键词：极近距离煤层；分层开采；矿压显现规律前言：近距离煤层是指井田开采范围内相邻两煤层的层间距离很近，且开采相互间能具有显著影响的煤层。
我国许多矿井处于深部近距离煤层群开采环境之中，目前近距离煤层群的多次开采覆岩运移特征的研究还相对较少，近距离煤层群煤层间距小，煤层采动相互影响大，在下向开采的过程中，上煤层开采上覆岩层的垮落必然会对下煤层的开采造成一定影响，近距离煤层群从上至下逐层回采过程中上覆岩层随着各工作面的回采而逐步发生移动。
一、极近距离煤层概念与距离判定1.1极近距离煤层概念分析1）因煤层层间距离与赋存条件存在的差异，开采煤层时也出现不同的影响程度。
在开采煤层下行时，如果煤层间间距在逐渐缩小，则煤层间就有更密切的影响关系。
在煤层层间距离足够小时，采动上部煤层时非常容易破坏下部煤层顶板，因破坏了的顶板，开采下部煤层时，顶板漏、冒情况就非常容易发生在工作面。
所以，下部煤层受到的上部煤层影响表现在自然灾害防治、巷道围岩控制与下部煤层工作面控制上。
为此，以定性分析看极近距离煤层，可以解释为煤层间有很近的距离，在开采时彼此间的影响程度非常显著。
2）从定量定义出发，因开采上部煤层，应力将在其底板再次出现分布，底板越深，应力集中程度则会衰减。
如果底板岩层与应力衰减达到值相同，那么可设为损伤深度或底板岩层深度，极近距离煤层可根据进行划分，即若，hj为煤层间距。
近距离煤层采空区底板破坏特征及影响分析发表时间：2014-12-09T09:22:22.687Z 来源：《价值工程》2014年第10月中旬供稿作者：王保锋[导读] 采空区底板下周围的岩体，在支撑压力达到承受的范围，就促使采空区底板隆起一个连续的滑移面。
王保锋WANG Bao-feng（山西马堡煤业有限公司，长治046300）（Shanxi Mabao Coal Co.，Ltd.，Changzhi 046300，China）摘要：针对近距离煤层开采过程过中，上层煤开采过后导致下层煤巷道围岩受扰动破坏，下层煤回采巷道围岩破碎严重、完整性较差的实际情况，利用滑移线场理论再结合部分矿场，进行实际计算不同采高时上层煤采空区底板破坏的范围，并根据两煤间距变化情况对不同状况下下层煤巷道稳定性进行分析，得出了采空区底板最大破坏深度随采高的增加而增大、两煤间距越大对下层煤巷道稳定性影响越小的结论。
Abstract院In the mining process of close distance coal seams, after mining the upper coal seam, the lower coal roadway surroundingrock will be damaged by disturbance. The surrounding rock of the lower coal gateway will be serious broken and with poor integrity. Basedon this situation, by slip line field theory, and combined with some mine fields, the upper coal seam goaf floor damage range is calculated.And according to the distance between the two seams, the lower coal seam gateway stability is analyzed. The conclusion is that themaximum damage depth of the goaf floor increases as the mining height increase and the bigger the distance between the coal seams, theless impact on the stability of the lower coal seam gateway.关键词：底板破坏范围；围岩稳定性；近距离煤层Key words院floor damage range；surrounding rock stability；close distance coal seam中图分类号院TD353 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2014）29-0147-020 引言近些年，随着高产高效技术的不断发展，促使很大一部分开采条件较好的煤矿得到很大的发展，但是由于发展速度较快也导致一些近距离的煤层在开采时出现的问题也迅速被人们重视起来。
近距离煤层开采围岩破坏规律分析
本文以友众煤矿3#煤层赋存条件为工程背景，分析了近距离煤层开采时，上覆岩层未充分垮落、充分垮落两种情况下围岩应力分布规律，并采用滑移线场理论计算了底板损伤深度。
标签：近距离；滑移线场；底板损伤深度
近距离煤层上部煤层回采后，因物理空间发生变化导致采空区围岩的应力平衡状态改变，伴随着围岩应力重新分布，上覆岩层产生移动、变形与破坏现象，并且从上往下发展，对下部煤层的开采产生显著影响。
山西寿阳段王集团友众矿主采3#煤层，煤厚1.20-2.65m，平均厚度为2.05m，顶板和底板均为砂质泥岩、泥岩，与下部煤层距离仅12m。
本文以此为工程背景，重点分析3#煤层采场底板损伤程度。
1 上覆岩层未充分垮落围岩应力场分布
当冒落矸石未充满采空区时，采空区上覆的岩层与下部采场未贴实，部分悬空，这样未能完全垮落岩石的重量就会在工作面两侧煤柱或者煤体内形成应力集中。
（1）煤柱应力。
煤柱载荷的来源主要有两方面，一方面来自于自身上覆岩层重量（图1中的），另一方面来自于未充分垮落的悬露岩层所施加在煤柱上的重量，分为一侧（图1中的）或者两侧（图1中的）。
则有：
①两侧采空煤柱载荷。
采空区上覆岩层垮落高度为，煤柱两侧采空，其上总载荷为：
式中：—煤柱上的总载荷；—采深；—工作面宽度；—煤柱宽度；—上覆岩层垮落角；—上覆岩层平均容重。
由此可以得到煤柱载荷集度为：
②一侧采空煤体载荷。
采空区上覆岩层垮落高度为，煤柱一侧采空，采空侧支承压力影响宽度为，其上总载荷为：
则一侧采空煤体载荷集度为：
（2）采空区底板应力。
当采空区上覆顶板没有充分垮落时，底板承受载荷则为冒落矸石。
因此采空区底板载荷集度为：
2 上覆岩层充分垮落围岩应力场分布
工作面推进过后，上覆冒落矸石充填采空区，随着老顶周期性的破断活动，远离工作面的后方采空区矸石被压实，上方未冒落的岩层找到新的支撑面，此种采空区垮落方式为充分垮落。
当采空区顶板充分冒落时，采空区周围围岩载荷集度为：
（1）支承压力集度。
设定支承压力峰值和煤壁之间的距离为，支承压力作用边界与煤壁之间的距离为，把煤壁到支承压力峰值位置支承压力看作呈现线性递增规律，支承压力峰值位置到支承压力作用边界呈现线性递减规律。
支承压力大小为，在弹性区的区域内逐渐由峰值减小到原岩应力，与之对应的是，在极限平衡区内逐渐从零增大至峰值。
由以上假定可以得到支承压力集度为：
（2）底板载荷集度。
当工作面推进一段距离之后，上覆岩层活动由剧烈逐渐回归到稳定，采空区冒落矸石充填采空区，使得冒落岩层之上的岩层重新找到新的支撑点。
则采空区底板载荷集度为：
式中：—煤厚；—采深；—上覆岩层平均容重。
3 近距离采空区下底板损伤状态分析
顶板充分垮落时，采场围岩支承压力作用之下出現的底板屈服破坏深度用图2来表示。
根据滑移线场理论能够计算出底板屈服破坏深度为：
设定：
则有：
由以上公式可以得到：
用极限平衡理论分析计算，可以得到煤壁塑性区宽度为：
由以上两公式能够得到上煤层开采后的底板岩层最大破坏深度，也就是用长臂采煤法开采的采场底板损伤深度为：
式中：—采厚；—应力集中系数；—上覆岩层的平均容重；—采深；—煤内聚力；—煤内摩擦角；—摩擦系数；—三轴应力系数，；—支架对煤帮的支承力；—底板内摩擦角。
友众矿3#煤平均采深为400 m，上覆岩层重量γ为25 kN/m3，煤层平均厚度为0.96 m，煤层间的岩石多为砂质泥岩，砂质泥岩内摩擦角取45°，考虑煤层的节理裂隙，煤层内聚力取5MPa，内摩擦角取20°，回采引起的应力集中系数为4，支架与煤帮的摩擦阻力为0，煤层与顶底板接触面的摩擦系数取0.2，三轴应力系数为2.04。
根据以上数据，代入上一公式中，可算得的友众矿3#煤开采条件下，底板损伤深度为2.04m。
4 结语
本文针对煤层开采后底板应力分布规律和损伤破坏规律进行研究，分析了上覆岩层未充分垮落、充分垮落两种情况下围岩应力分布规律，采用滑移线场理论分析了煤层开采后底板损伤状态，计算出煤层采场底板损伤深度为2.04m。
参考文献：
[1]宋阳升，范军.近距煤层回采巷道支护技术实践[J].煤炭科技，2009（02）：41-43.
[3]吕志强，刘建军等.近距离煤层群开采下巷道稳定性研究[J].煤炭科技，2009（01）：11-14.
[3]吴基文.工作面推进方向对含断层底板采动效应的影响[J].煤炭科学技术，2009，37（09）：119-121.
作者简介：王立明（1988-），男，山东济南人，本科，中级工程师，技术科长，从事采矿工程、地质工程专业。
