近距離煤層巷道重疊布置技術的應用研究

李瑞琪

（西山煤電集團公司杜兒坪礦，山西省太原市，030022）

近距離煤層巷道重疊布置技術的應用研究

李瑞琪

（西山煤電集團公司杜兒坪礦，山西省太原市，030022）

介紹了杜兒坪礦南九盤區及73902工作面概況，對近距離煤層上部2＃煤柱的穩定性進行了理論分析，闡述了近距離煤層下部3＃煤層巷道的布置類型及布置方式，即內錯式、外錯式及重疊式3種。通過比較指出，巷道重疊布置設計方案可行，技術經濟效益顯著，具有很好的推廣價值和應用前景。

近距離煤層 巷道重疊布置 煤柱穩定性

杜兒坪礦井下煤層埋藏深度為100～700m，井田內主要含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組，共含煤19層。含煤地層總厚151.91m，煤層總厚19.32m，可采煤層有1＃、2＃、3＃、6＃、7＃、8＃和9＃煤層，共計7層，可采煤層總厚16.37m，主采煤層為2＃、3＃、8＃和9＃共4層。其中2＃與3＃煤層屬上組煤層，礦井大部分采區2＃煤層已采，現主要開采3＃煤層，3＃煤層開采巷道布置方式一般采用內錯式，煤柱浪費較為嚴重，為解決這一問題，該礦與煤科院支護研究所合作，采用巷道重疊布置設計3＃煤層工作面，既減少了煤柱損失，又簡化了原煤運輸系統，取得了較好效果。

1 南九盤區73902工作面概況

73902工作面位于杜兒坪礦南九盤區，屬于1010水平3＃煤層，工作面北鄰南大巷及南九軌道巷，南鄰杜兒坪斷層，西鄰73903工作面（未掘），東鄰73901工作面（回采中），上部為72902工作面采空區，2＃與3＃煤層間距平均約4m。蓋山厚度400～456m，平均428m。工作面設計可采走向長870m，采長219m，平均采高3.3m，可采儲量84.4萬t。煤層厚度3.0～3.6m，平均3.3 m，煤層結構復雜，頂板下0.2～0.5m處有一層夾矸，厚0.1～0.3m，平均0.2m，煤層傾角1～5°，平均3°。直接頂為2.90～4.20m細砂巖，屬高瓦斯工作面。

上部72902工作面采用“兩進一回”布置方式，即副巷、正巷進風，尾巷回風，其中正尾巷煤柱留30m（中對中），開采時間已有7～8年，采空區圍巖活動基本恢復到平穩狀態，73902工作面采用U型通風，布置兩條巷道，一進一回。

72902正巷正對煤倉，故73902正巷需從72902正巷施工，通過穿層斜坡至3＃煤層。73902工作面位于72902工作面采空區下方，73902工作面正巷與72902工作面正巷重疊布置。

2 2＃煤柱穩定性分析

煤層開采引起回采空間圍巖應力重新分布，不僅在回采空間周圍的煤柱上形成集中應力，而且該集中應力會向底板傳遞和擴散。煤柱應力集中程度受煤柱尺寸、煤柱性質和圍巖性質的影響。煤柱寬度的大小不同，煤柱和圍巖的強度和結構不同，所產生的應力集中程度不同，由此引發傳遞到底板的應力分布狀態各異。研究南九采區2＃煤層開采后殘留煤柱的穩定性，是確定3＃煤層回采巷道合理位置的首要條件。

煤柱受到回采引起的側向支承壓力作用后，一般可分為破壞區、塑性區和彈性區。南九采區近距2＃煤層開采后殘留的煤柱，絕大部分處于兩側采空狀態，煤柱長期承受側向支承壓力的作用，支承壓力形成的形態與煤柱的寬度有關。

通過煤層穩定性理論分析，兩層極近距離煤層上部煤層穩定煤柱的最小寬度B為：

式中：C——煤體內聚力，MPa；

M——煤層采高，m；

f——煤層與頂底板接觸面的摩擦系數；

Pi——支架阻力，kN；

k——應力集中系數；

γ——煤層上覆巖層平均容重，kN／m3；

H——煤層埋藏深度，m；

φ——煤體的內摩擦角，（°）；

杜兒坪礦南九采區2＃煤層平均厚度取3.0m，內摩擦角取29.5°；考慮煤層的節理裂隙影響，內聚力C取1.05MPa，支架對煤幫的阻力Pi取0。煤層與頂底板巖層接觸面的摩擦系數f取0.2，應力集中系數k取5.0，上覆巖層平均容重γ為25kN／m3，煤層平均埋深H取400m，由式（1）計算得煤柱的最小寬度為14.5～17.5m。

南九采區近距上部2＃煤層形成穩定煤柱的最小寬度在14.5～17.5m，即杜兒坪礦上部2＃近距煤層開采煤柱寬度大于17.5m時能夠形成穩定煤柱，而南九采區2＃煤層工作面留有30m（中對中）煤柱，處于穩定狀態。

3 3＃煤巷道布置方式方案的選擇

3.1 近距下部煤層巷道布置類型

多年的開采實踐證明，煤層群采區巷道聯合布置是提高礦井集中生產程度的重要措施之一，杜兒坪礦屬高瓦斯礦井，2＃與3＃、8＃與9＃煤層的工作面均采用“三進一回”通風系統，即正巷、副巷、尾巷，其中正巷與尾巷之間留設30m的煤柱，尾巷可二次復用作為下一工作面的副巷，近距下部3＃煤層巷道全部布置在2＃煤層采空區下，與上部煤柱錯距一般為10m。2010年《煤礦安全規程》修改后，集團公司要求高瓦斯礦井綜采工作面全部采用“一進一回”U型通風系統或沿空留巷Y型通風系統。針對這一情況，杜兒坪礦對不同煤層工作面采取了“一面一策”的通風方式。對于近距離下部煤層工作面確定為“一進一回”U型通風系統，巷道布置方式主要有3種，即重疊式布置、外錯式布置和內錯式布置。其中內錯式布置為下部煤層回采巷道均布置在上部煤層工作面采空區的下方，優點是巷道壓力小，易于維護，缺點是煤柱大，中對中50m，資源浪費嚴重，回采率低；外錯式布置是下部煤層回采巷道均布置在上部煤層的煤柱下，巷道圍巖處于煤柱支承壓力作用區，工作面巷道壓力大，其優點是下部3＃煤層煤柱尺寸小，回采率高，煤炭損失量小；重疊巷道布置方式即為上下煤層回采巷道立體垂直布置，圍巖應力處于以上二者之間，同時又可以簡化工作面運輸系統。

巷道布置形式的選擇，主要考慮上部2＃煤層采空區底板巖層的應力分布特征，以及2＃煤柱集中應力在下部3＃煤層頂板的傳遞規律，必須對下部3＃煤層的應力降低區、應力增高區和應力平衡區進行分析，并進行經濟技術比較后才能確定。現代礦壓理論認為，煤柱集中程度對巷道的礦壓顯現程度起決定性作用，將巷道布置在煤柱下方的低應力區是實現控制巷道穩定性的根本途徑。

3.2 3＃煤層巷道布置方式

杜兒坪礦南九采區近距上部2＃煤層回采工作面間煤柱留設30m（中對中），凈煤柱尺寸大約25m，參照2＃煤層回采工作面形成穩定煤柱尺寸條件（18m以上），表明南九采區工作面殘留煤柱能形成穩定煤柱。73902工作面正巷的布置方式不僅關系到73903工作面副巷的布置，而且也直接關系到73902工作面副巷的布置方式。

根據理論分析，73902正副巷最佳布置方式為內錯布置，見圖1。如果內錯10m的話，那么73901工作面正巷和73902工作面副巷間煤柱寬度達到45m（凈煤柱），73901工作面已掘通巷道支護狀況良好，表明采用該種方式布置巷道是可行的，但煤柱尺寸太大，煤炭資源損失非常嚴重。

如果73902工作面正副巷都采用重疊布置，見圖2，根據理論分析，盡管該種布置并非最佳方式，主要原因在于煤柱集中應力相對比較高，給巷道維護帶來一定的難度，但是通過合理的支護可以解決這一難點。采用重疊布置方式，不僅可以大大減少煤柱尺寸，而且可以簡化掘進和回采過程的運輸環節，這兩方面可創造顯著的經濟效益。經綜合考慮，提出73902工作面正巷（帶式輸送機巷）采用重疊方式布置。

4 技術經濟效益

（1）73901工作面與73902工作面間煤柱尺寸為35m（凈煤柱），相比內錯10m布置，煤柱尺寸減小了10m。73902工作面巷道長大約900m，煤層平均采高3.0m，3＃煤層比重1.43t／m3，工作面回采率按照0.95計算，可以節約煤炭資源36679.5t。假設噸煤價格500元／t，可獲得經濟效益1834萬元。

（2）73902工作面與73903工作面間煤柱尺寸為25m（凈煤柱），相比內錯10m布置，煤柱尺寸就減小了20m。按上述條件計算，可獲得經濟效益3668萬元。

這里僅以減少煤柱尺寸方面簡單舉例說明采用重疊布置方式創造的經濟效益。如果再考慮73902工作面正巷重疊布置，簡化了運輸系統所產生的經濟效益，經濟效益更加巨大。

5 結語

該巷道采用樹脂全長錨固錨桿律，利用模型改變命令實現了工作面連續推進，并得到了該大采高工作面推進過程中的應力分布云圖。通過選取煤層頂底板網格點繪制了頂底板在工作面推進25m時的應力位移曲線。數值模擬結果可為該大采高工作面實際生產時的礦壓控制提供理論參考。

[1] 孟憲瑞.采礦學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2009

[2] 邢平偉，宋選平等.神東大采高超長工作面礦壓顯現強度預測研究[J].中國煤炭，2009（8）

[3] 劉濤.厚煤層大采高綜采技術現狀[J].煤炭工程，2002（2）

[4] 郝海金，吳健，張勇，袁宗本.大采高開采上位巖層平衡結構及其對采場礦壓顯現的影響[J].煤炭學報，2004（2）

[5] 胡國偉，靳鐘銘.大采高綜采工作面礦壓觀測及其顯現規律研究[J].太原理工大學學報，2006（2）[6] 宋建國.大采高綜采面礦壓顯現規律研究[J].礦山壓力與頂板控制，2005（2）

[7] 王國旺，高登彥.基巖淺埋煤層大采高工作面礦壓顯現規律分析[J].煤炭科學技術，2010（7）

[8] 黃慶享，劉文崗，田銀素.近淺埋煤層大采高礦壓顯現規律實測研究[J].礦山壓力與頂板控制，2003（3）

Application of overlapping layout of roadways for contiguous seams to No.73902 working face of Duerping coal mine

Li Ruiqi

（Duerping Coal Mine，Xishan Coal Electricity Group Co.，Ltd.，Taiyuan，Shanxi 030022，China）

The outlines of the ninth panel in the south of Duerping coal mine and No.73902 working face were introduced.The stability of No.2coal pillar in the upper contiguous seams was theoretical analyzed，and the layouts of roadways for No.3coal seam in the lower contiguous seams were described，namely internal misaligned layout，alternate exterior entry layout and overlapping layout.The superiority of overlapping layout was pointed out via the comparison.The measurement of strata pressure showed that this kind of layout of roadways could bring notable economic benefits，being of wide application value and good development future.

contiguous seams，working face roadway，layout of roadways，overlapping layout

TD263

A

劉勝志（1975－），男，河北保定人，工程師，碩士學歷。主要從事煤礦建設和生產工作。

（責任編輯 張毅玲）