极近距离煤层下分层回采巷道支护技术研究

ｄｏｉ：１０ １１７９９／ｃｅ２０１９Ｓ００４７㊀㊀收稿日期：２０１９－０５－１０㊀㊀作者简介：陈㊀航（１９９４ ），男，山西孝义人，主要从事采掘技术管理，Ｅ－ｍａｉｌ：１１１３６４２５０８＠ｑｑ ｃｏｍ㊂㊀㊀引用格式：陈㊀航．极近距离煤层工作面巷道内错布置方式研究［Ｊ］．煤炭工程，２０１９，５１（Ｓ０）：２３－２６．极近距离煤层工作面巷道内错布置方式研究陈㊀航（山西省晋神能源有限公司，山西河曲㊀０３６５００）㊀㊀摘㊀要：为了解决极近距离煤层回采巷道布置方式与工作面煤炭资源回收率之间的矛盾问题，以山西河曲晋神磁窑沟煤业有限公司平均层间距为５ ５０ｍ的１０－２＃㊁１１＃近距离煤层为研究对象，并对１１１０１工作面主回撤通道进行外错式布置实验，结果表明工作面巷道布置在上层煤煤柱下掘进压力大，后期维护成本较高，并通过理论计算以及现场实践，最终确定下部煤层的工作面巷道布置采用内错式布置较为合理，可实现巷道稳定与较低成本的维护，为类似条件下回采巷道布置提供了较好的指导作用㊂㊀㊀关键词：磁窑沟；极近距离；内错布置㊀㊀中图分类号：ＴＤ８２２＋ ２㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀文章编号：１６７１－０９５９（２０１９）Ｓ０－００２３－０４ＰｒａｃｔｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＩｎｎｅｒ－ＭｉｓａｌｉｇｎｅｄＷｏｒｋｉｎｇＦａｃｅｉｎＥｘｔｒｅｍｅｌｙＣｌｏｓｅＣｏａｌＳｅａｍｓＣＨＥＮＨａｎｇ（ＳｈａｎｘｉＪｉｎｓｈｅｎＥｎｅｒｇｙＣｏ ，Ｌｔｄ ，Ｈｅｑｕ０３６５００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇｒｏａｄｗａｙｉｎｔｈｅｖｅｒｙｃｌｏｓｅｄｉｓｔａｎｃｅｃｏａｌｓｅａｍａｎｄｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙｒａｔｅｏｆｔｈｅｃｏａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ，ＣｉｙａｏｇｏｕＣｏａｌＭｉｎｅｉｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｓｐａｃｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｉｔｓ１０－２＃ａｎｄ１１＃ｓｅａｍｉｓ５ ５０ｍ，ａｎｄｔｈｅｏｕｔｅｒ－ｍｉｓａｌｉｇｎｅｄｌａｙｏｕｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｍａｉｎｒｅｔｒａｃｔｉｏｎｃｈａｎｎｅｌｏｆｔｈｅ１１１０１ｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｏａｄｗａｙｉｎｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｉｓａｒｒａｎｇｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｕｐｐｅｒｃｏａｌｐｉｌｌａｒａｎｄｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｉｓｈｉｇｈ，ｔｈｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｃｏｓｔｉｓｈｉｇｈｅｒｉｎｔｈｅｌａｔｅｒｓｔａｇｅ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｆｉｅｌｄｐｒａｃｔｉｃｅｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ｉｔｉｓｆｉｎａｌｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｈａｔｉｔｉｓｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｕｓｉｎｇｉｎｎｅｒ－ｍｉｓａｌｉｇｎｅｄｌａｙｏｕｔｆｏｒｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｏｆｔｈｅｌｏｗｅｒｃｏａｌｓｅａｍ，ｗｈｉｃｈｃａｎｏｂｔａｉｎｒｏａｄｗａｙｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｌｏｗｅｒｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｃｏｓｔ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅａｇｏｏｄｇｕｉｄｉｎｇｒｏｌｅｆｏｒｔｈｅｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇｒｏａｄｗａｙｕｎｄｅｒｓｉｍｉｌａｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣｉｙａｏｇｏｕＣｏａｌＭｉｎｅ；ｅｘｔｒｅｍｅｌｙｃｌｏｓｅｄｉｓｔａｎｃｅ；ｉｎｎｅｒ－ｍｉｓａｌｉｇｎｅｄａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ㊀㊀我国近距离煤炭资源丰富，涉及到近距离煤层的开采方法㊁巷道布置形式的研究也较为多样；不同地质特性㊁工程扰动条件下的近距离煤层的开采难度也会有所不同；当层间距小于等于２０ｍ时，一般采用下行开采，其中针对极近距离煤层，下行开采时在二次扰动后的下部煤层会形成极其复杂的应力场，其主要原因为：上部煤层采动影响后的采空区顶板垮落以及垮落程度的不确定性会给下部采场㊁巷道的顶板带来复杂的应力分布；部煤层开采后的预留煤柱的存在，会导致上部煤层顶板的支承压力通过预留煤柱在下部煤层顶板的附近位置形成应力集中的现象㊂故破坏后的上部煤层会给下部煤层的回采造成极大困难，本文结合磁窑沟矿现场巷道的变形情况对预留煤柱导致的支承压力集中下的近距离煤层开采巷道布置方式进行研究，进而得出最优的巷道布置位置㊂１㊀工程概况１１＃煤层所属地层为石炭系上统太原组，煤层赋存情况与上部已开采的１０－２＃煤层相同㊂煤层总体走向近南北向㊁倾向向西，构造形态是单一构造，构造属简单类型㊂１１１０２运输巷道和１１１０２回风巷道３２第５１卷第９期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀煤㊀炭㊀工㊀程ＣＯＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ ５１，Ｎｏ ９在１１＃煤层中为沿煤层底板掘进巷道，根据对已揭露的底板高程的测定，１１１０２回采工作面煤层倾角在５ʎ２８ᶄ ９ʎ０１ᶄ，平均倾角为７ʎ１５ᶄ左右㊂１１１０２回采工作面，东部为１１１０３回采工作面（未形成），南部为１０－２＃煤层西辅运大巷，西部为１１１０１回采工作面（正在回采），北部为１１＃煤层未开采的实体煤㊂根据１０－２＃煤层探测１１＃煤层厚度结果，以及１１１０２工作面各巷道掘进中施工锚索的情况，１０－２＃煤层和１１＃煤层层间距为４ ５ ７ ０ｍ，平均厚度为５ ５ｍ左右㊂其中１１１０２采区煤岩综合柱状图如图１所示㊂图１㊀１１１０２采区煤岩综合柱状图２㊀回采巷道现状及存在的问题掘进１１１０２回采巷道前对１１１０１主回撤巷道进行支护分析；１１１０１主回撤通道布置在１０－２＃煤层１０２０１综采工作面主㊁辅回撤通道之间煤柱下方（布置在１０２０１主回撤通道外错垂直距离４ ５ｍ处），与１０－２＃煤层层间距平均为５ ５ｍ，设计巷道宽度５ ０ｍ，高度为３ ７ｍ，支护情况如图２所示，顶锚杆规格为Φ１８ｍｍˑ２０００ｍｍ钢筋锚杆，间排距为１０００ｍｍˑ１０００ｍｍ，锚索（加Ω钢带）规格为Φ１５ ２４ｍｍˑ５０００ｍｍ，间排距为１５００ｍｍˑ２０００ｍｍ，所用树脂规格均为ＣＫ２３６０，顶网采用１ ２ｍˑ５ ４ｍ铁丝网支护；帮锚杆规格为Φ１６ｍｍˑ１８００ｍｍ钢筋锚杆，间排距１１５０ｍｍˑ１６００ｍｍ，帮网采用２ ５ｍˑ图２㊀１１１０１主回撤巷道顶板㊁正帮支护图（ｍｍ）１１１０１主回撤通道掘进初期巷道出现顶㊁帮部破碎㊁片帮现象，但巷道整体形变量相对较小，掘进完成后封闭㊂后期末采期间对１１１０１主回撤通道施工时启封１１１０１主回撤通道，现场检查发现受工作面采动及煤柱下压力影响，１１１０１主回撤通道内靠胶带运输巷侧５０ｍ范围巷道片帮非常严重，现场测量片帮后巷道宽度达６ ５ｍ左右；靠运输巷段出现帮鼓现象，长度约５ ０ｍ，该段巷道宽度为４ ０ｍ左右；同时１１１０１主回撤通道内靠运输巷侧３０ｍ范围整体巷道出现下沉现象，现场实际测量该段巷道高度为３ １ ３ ２ｍ，整体下沉高度为５００ ６００ｍｍ，部分锚杆㊁锚索已经断裂失效㊂后期对该段巷道进行了一系列措施进行维修处理，即对帮部失效锚杆㊁顶板失效锚索重新进行了补打，然后对整条１１１０１回撤通道顶板重新补挂双层网㊁补打锚索和Ｗ钢带进行了补强支护，对１１１０１主回撤通道及联巷负帮在原有支护基础上整体施工三排帮锚索补强支护；对欠宽巷道进行扩帮处理；对该段变形巷道顶板注射了马丽散加固破碎顶板，整体维护费用约为２４０万元㊂通过对磁窑沟矿的煤柱下方的１１１０１主回撤通道变形情况的观察与监测，发现巷道变形量较大，１１１０１主回撤巷道受力和巷道变形前后对比分别如图３㊁图４所示，锚索变形㊁锚杆断裂㊁煤壁片帮㊁巷道顶板下移㊁帮鼓严重，导致后期巷道维护成本４２㊀设计技术㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀煤㊀炭㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第９期㊀增加㊁维护效果差等一系列的问题㊂图３㊀１１１０１主回撤巷道受力示意图图４㊀１１１０１主回撤巷道变形前后对比（ｍｍ）结合上述观测结果并分析，发现位于上部煤层预留煤柱下方的支承压力增高区内１１１０１主回撤巷道出现了巷道变形严重㊁维护困难的现状，为避免同样情况出现在即将掘进１１１０２回采巷道，故确定１１１０２工作面进回风巷采用内错式布置㊂３㊀内错式巷道布置可行性分析通过对１１１０１主回撤通道外错布置实验结果表明，工作面巷道布置在上层煤煤柱下掘进压力大，后期维护成本较高，带来的安全风险也比较大㊂由于开掘巷道破坏了掘巷前围岩的应力平衡状态，围岩应力重新分布，出现应力集中区和巷道周围的极限平衡区㊂针对下行开采极近距离煤层时，除重叠式巷道布置是将巷道布置在应力集中区域外，无论内错式㊁还是外错式的巷道布置都是将巷道布置在极限平衡区，故相对前者来说，后者的布置方式更有利于巷道的稳定㊂为保证１１１０２回采工作面的安全㊁高效的推进，１１１０２回采巷道采用内错式布置，如图５所示㊂图５㊀１１１０２回采巷道内错式布置图由图５所示的内错式巷道布置示意图可知，此种布置方法结合合理的支护方式可保证回采巷道的安全稳定与高效维护，但会增加中间预留煤柱宽度，从而导致下部１１＃煤层工作面随之缩短，使下部工作面回采率降低，为了尽可能提高下部工作面的回采率，故需要确定合理的内错距㊂图６㊀内错式布置下１１１０２回采巷道受力示意图有学者根据现场实测［１］，得出巷道距煤柱边缘的水平距离Ｓ与上下煤层间距ｘ的经验公式㊂认为在煤柱或煤体下方为高应力区，在采空区下方为应力降低区，为了保证巷道的稳定性，将下部煤层回采巷道内错一定距离布置在采空区下方，内错距离的计算公式如下：Ｓȡｘｓｉｎ（ｕ＋θ）ｓｉｎβ（１）㊀㊀式中，Ｓ为内错距离，ｍ；ｘ为上下煤层的层间距，ｍ；ｕ为煤层倾角，（ʎ）；θ为β余角，θ＝９０－β，（ʎ）；β为煤体影响角，取２５ʎ ５５ʎ㊂根据式（１）即可求出，当１０－２＃与１１＃煤层平均层间距为５ ５０ｍ时，ｕ＝７ʎ时，内错距离应在２ ４５ ６ ７３ｍ㊂４㊀现场验证对初采形成的１１１０２回风巷进行支护，１１１０２回风巷道变形前后对比如图７所示，顶锚杆规格为５２㊀２０１９年第９期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀煤㊀炭㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀设计技术㊀Φ１８ｍｍˑ２０００ｍｍ钢筋锚杆，间排距为１０００ｍｍˑ１０００ｍｍ，锚索（加Ω钢带）规格为Φ１５ ２４ｍｍˑ５０００ｍｍ，间排距为１５００ｍｍˑ２０００ｍｍ，所用树脂规格均为ＣＫ２３６０，顶网采用１ ２ｍˑ５ ４ｍ铁丝网支护；帮锚杆规格为Φ１６ｍｍˑ１８００ｍｍ钢筋锚杆，间排距１１５０ｍｍˑ１６００ｍｍ，帮网采用２ ５ｍˑ５ｍ铁丝网支护㊂掘进期间通过对工作面巷道现场检查发现，巷道整体成型较好，没有较大片帮㊁离层现象，掘进期间压力较小，利于巷道维护，同时对现场锚杆㊁锚索拉拔力进行了检查，均能达到合格值，整体支护效果较好㊂图７㊀１１１０２回风巷道变形前后对比（ｍｍ）对比图７（ａ）和７（ｂ）可知，采用内错式布置后的回采巷道稳定性较１１１０１主回撤巷道稳定性有较大的提升，证明了方案的可行性㊂５㊀结㊀论１）本文分析，认为内错距离的大小主要受煤层倾角ｕ和相邻煤层层间距ｘ的影响，内错距离与煤层倾角ｕ呈负相关关系，与相邻煤层的层间距ｘ呈正相关关系㊂故在安全理论范围内，煤层倾角越大㊁相邻煤层层间距越小时，可实现最小的内错距离㊂２）现场对比分析了主回撤巷道和回风巷道的变形情况，发现采用内错式布置有利于维护回采巷道的稳定㊂参考文献：［１］㊀杨岁寒．近距离煤层下煤层回采巷道布置研究［Ｊ］．内蒙古煤炭经济，２０１９（３）：１４８－１４９．［２］㊀许金钟．近距离煤层采空区下回采巷道合理错距研究［Ｊ］．煤炭工程，２０１８，５０（Ｓ１）：１３９－１４２．［３］㊀侯㊀鑫，杨路林，王㊀辉．极近距离下煤层巷道布置方案数值模拟研究［Ｊ］．煤炭技术，２０１７，３６（９）：５７－５９．［４］㊀贺㊀飞，王继仁，郝朝瑜，等．浅埋近距离煤层内错布置采空区自燃危险区域研究［Ｊ］．中国安全生产科学技术，２０１６，１２（２）：６８－７２．［５］㊀元永国．极近距离煤层下煤层回采巷道内错布置合理错距的研究［Ｊ］．中国矿业，２０１５，２４（１１）：１０４－１０６，１３８．［６］㊀王宝玉．陆成煤矿近距离煤层联合布置开采可行性研究［Ｊ］．能源与节能，２０１５（２）：１７－１８，５６．［７］㊀李㊀政，康官先，黄志明，等．近距离煤层同采工作面顺槽合理位置的模拟研究［Ｊ］．煤矿安全，２０１４，４５（７）：２０－２２．［８］㊀杨占国．多煤层开采下伏巷道零内错布置及支护设计研究［Ｊ］．山西煤炭，２０１４，３４（７）：２６－２８．［９］㊀康官先．近距离煤层同采工作面顺槽合理位置及稳定性研究［Ｄ］．太原：太原理工大学，２０１３．［１０］㊀徐小兵．浅埋近距离煤层群回采巷道变形机理及其控制技术研究［Ｄ］．西安：西安科技大学，２０１２．［１１］㊀张随喜，张东升，王旭锋，等．曹村矿近距离煤层群下位煤层巷道布置分析［Ｊ］．煤炭工程，２０１２（１）：４６－４８．［１２］㊀杨国和，柏建彪，李㊀磊．底抽巷合理位置及围岩支护技术研究［Ｊ］．能源技术与管理，２０１１（６）：３４－３６．［１３］㊀岳殿召，罗安超，兰树员．厚煤层下分层回采巷道布置方式的改进［Ｊ］．中州煤炭，２００６（１）：１５－１６．［１４］㊀王金亮．挖金湾矿近距离煤层联合布置可行性研究［Ｊ］．山西焦煤科技，２００４（１２）：７－８，１１．［１５］㊀杨建辉，蔡美峰，郭延华．下分层回采巷道微量内错布置技术研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００２（８）：１２５３－１２５６．（责任编辑㊀苏㊀越）６２㊀设计技术㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀煤㊀炭㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第９期㊀。

煤矿井下掘进中的巷道支护技术摘要：在煤矿井下掘进开采过程中，当掘进设备不断向前移动时，对煤矿巷道的顶板与围岩进行强化稳固是必不可少的，必须通过相关技术和设施加以支护。

但是，如果在支护煤矿顶板与围岩的过程中，掘进活动与支护工作同时进行，就会降低煤炭开采的效率，导致成本大幅提升。

因此，想要提高煤炭开采效率，提升煤炭开采量，对支护模式进行优化和创新是必不可少的。

下面本文就煤矿井下掘进中的巷道支护技术进行简要探讨。

关键词：煤矿；井下掘进；巷道支护技术；1巷道支护的重要性煤矿井下各个生产过程中，围岩控制是尤为重要的环节。

围岩控制措施主要有降低围岩应力、提高围岩固结稳定性和选择合理的支护方式，巷道支护效果直接关系到职工生命安全。

回采工作面煤层开采作业引起巷道岩体应力重新分布，围岩受回采影响发生变形，致使围岩应力按原压力的数倍增长，此时选取正确适宜的巷道支护技术是控制围岩压力、防范围岩失稳的主要手段。

2煤矿巷道掘进施工与支护技术存在的问题2.1煤矿巷道支护技术中的安全问题在对煤矿巷道进行支护时，大部分难题均是由外来的作用力造成的，比如，部分煤矿巷道在地质力学上较低，导致煤矿巷道的正常掘进受到影响，进而严重降低了煤矿开采的效率。

在开展煤矿巷道掘进工作时，最常用到的方式包括锚喷与爆破两大方式，在爆破与锚喷的综合作用下能够充分提升施工速度和质量。

在具有确切爆破点以后方可使用爆破法，爆破点的勘测与明确则是通过人工完成的，而对锚喷工艺的运用必须是在光面爆破的基础下进行的。

2.2地质构造异常复杂地质条件同样会给煤矿巷道的掘进活动带来较大影响，对于这类问题大都采用比较成熟的顶板支护技术来解决，并且还要在实践中根据实际情况进行适当调节。

一般煤矿周边区域的地质环境也是非常复杂多变的，稳固型的地质环境十分少见，但在稳固的地质环境能够促进支护工作和掘进活动的顺利进行。

如果是处在地质环境复杂的情况下，就需要对掘进方式和速度进行适度调节，另外对于巷道支护的稳固性也必须进行提升。