下分層煤層回采巷道的布置研究

賈瑞榮

（霍州煤電集團有限責任公司 回坡底礦，山西 霍州 041600）

多煤層聯合開采很重要[1]，尤其下位煤層回采巷道的布置很關鍵。從多年的研究和實踐可知，煤層群上位煤層的開采易在回采空間周圍的煤柱上造成應力集中現象[2]，還會向巖層深部及周邊傳遞，導致下位煤層巷道的變形較大、成為較大隱患，所以下位煤層巷道的合理布置就顯得尤為重要。本文以回坡底礦下位煤層11號煤11-101工作面回采巷道布置為例，分析回采巷道按內錯、外錯、重疊布置時的頂底板及兩幫圍巖變形情況[3]為提高煤炭資源采出率、降低巷道維護成本、實現礦井安全高效生產提供有力保障。

1 煤層概況

11號煤層厚3.2～3.4 m、平均3.3 m，煤層穩定，含1～2層不穩定夾矸；上層煤10號煤層厚2.5～2.7 m，含1～2層不穩定夾矸；10號煤和11號煤層間距7.3～8.2 m；11號煤直接底為白砂巖、灰白色，致密、質脆，含黃鐵礦及植物化石，厚0.5 m，普氏硬度6～10；煤層底板泥巖厚3.9～4.4 m、灰黑色，致密、質脆，含黃鐵礦及植物化石，普氏硬度4～6；煤層頂板泥巖厚2.6～3.0 m、灰黑色，含少量黃鐵礦薄膜、植物化石碎屑，平均厚度2.8 m，普氏硬度4～6，含厚0.4 m左右的煤線；老頂為粉砂巖，平均厚度5.0 m、灰白色，致密、質脆，含黃鐵礦及植物化石碎屑夾薄泥巖，普氏硬度6～10。

2 巷道布置方式的分析

1）內錯布置：內錯布置圖，見圖1。內錯式布置是下分層工作面巷道位于上分層工作面采空區內。10號煤和11號煤層間距7.3～8.2 m，屬于極近距離煤層。這種內錯式巷道布置，回坡底礦根據多年的實踐：上分層10號煤工作面之間留設的煤柱為30 m，屬于穩定煤柱；下分層11號煤工作面正副巷與上層工作面正副巷內錯10 m進行布置。這種布置方式使下分層回采巷道正好處于上分層采空區的下方，處于卸壓區或應力恢復區。其優點是巷道承受壓力小，礦壓顯現不明顯[4]，易于維護，缺點是當煤層距離太近時，有可能造成頂板破碎，以及上工作面采空區水或有毒氣體進入下工作面，這是其一。如果內錯10 m，下分層相鄰工作面之間留設的煤柱達到50 m，煤柱浪費較為嚴重，回采率低，這是其二。最終沒用這種布置方式。

圖1 內錯布置圖

2）外錯布置：外錯布置圖，見圖2。外錯式布置是下部煤層回采巷道布置在上部煤層的煤柱下。這種布置雖能減小煤炭損失、提高回采率，避免了內錯布置的缺點，但巷道圍巖處于上煤層留設煤柱的支承壓力區，應力較大，易使煤柱側幫片幫、底板底鼓，較嚴重時可能壓垮煤柱，巷道圍巖的穩定性很差，易埋下大的安全隱患。這種方式布置時，后期投入的人力、物力、財力將非常大，經濟上也不合理。因此舍棄這種布置方式。

圖2 外錯布置圖

3）重疊布置：重疊布置圖，見圖3。下煤層的回采巷道與上煤層的完全一致，這種布置是前兩種方式的折衷處理，其優點是一定程度上減小了煤柱尺寸、簡化了運輸環節、提高了回采率，缺點是煤柱集中應力相對較高，加大了巷道維護的難度，但是通過適當的支護可以彌補這一缺點。綜合來講，不論是從安全角度還是從經濟角度考慮，相對于內錯、外錯來講是較合理的。

圖3 重疊布置圖

3 實測分析

鑒于上述分析，回坡底礦決定東一采區下分層11-101工作面巷道采用重疊布置。為能及時了解重疊布置巷道的合理性、隨時掌握巷道圍巖的變化情況，回坡底礦采取以下措施。

1）儀器布置：下位煤層11-101工作面巷道，采用液壓枕和頂板離層儀配合錨桿錨索錨固力檢測進行在線觀測。由于副巷11-1012巷及倆切巷的變形不太明顯，僅就11-1011巷來說，采用KJ216型頂板在線監測系統配合錨桿錨索錨固力檢測進行監測，沿巷道中線基本上是每100 m安設一組，中間遇到頂板破碎不好時也得安設；離層儀的淺基點固定在頂板深2 m的位置、深基點固定頂板深6.5 m位置，頂板離層儀內、外筒初始讀數控制在10 mm之內，液壓枕初始值控制在2 MPa之內；巷道的寬度和高度變化情況通過拉尺子進行實測。

2）實測數據分析：11-101工作面所有巷道現都已掘完，監測系統基本裝好，由于11-1011巷道變形相對明顯，它的最新數據統計，如表1所示。下面結合表1實測數據對巷道頂板的離層、壓力及巷道的寬度、高度變化進行了數據分析，以及時能了解掌握巷道圍巖變形情況，從而針對性地采取維護措施。實測數據分析變化張，見圖4-圖7。

（1）圖4看出，6號～10號點區域變化起伏較大，其2 m淺基點變化量1～12 mm不等；6.5 m深基點變化量3～16 mm，說明該區域的頂板變化明顯，需要加強維護；其他各點基本上沒什么變化。圖5看出3號～10號點區域壓力變化明顯，變化范圍4.6～22.4 MPa，頂板容易變形。圖6看出，6號～10號點區域的變化較明顯，變化范圍20～310 mm，巷道兩幫的圍巖變形較明顯。圖7看出6號～10號點區域變化較明顯，變化范圍40～150 mm，頂底板的圍巖變化明顯。

表1 變形監測數據表

圖4 頂板離層儀數值變化曲線

圖5 液壓枕數值變化曲線

圖6 巷道寬度變化曲線

（2）綜合上可以得出：3號～10號區域的圍巖變形較明顯，尤其是6號～10號區域。據現場實測6號～10號區域共208 m，即該范圍內的圍巖變化需要我們重點監測、加強維護，尤其是該工作面開始推進以后，隨著時間的推移，如果頂板離層明顯、巷道兩幫變形嚴重、底鼓突出，我們應及時在這一圍巖變形明顯區域進行架鋼棚支護。

4 結束語

圖7 巷道高度變化曲線

①通過分析內錯、外錯、重疊三種布置的優缺點，結合回坡底礦具體條件，從安全、經濟、維護方面考慮，最終選擇重疊布置為宜。②通過數據分析看出，11-1011巷6號～10號點208 m的區域范圍的圍巖變形較明顯，需要加強維護，尤其是該工作面開始生產后。③一般來講，內錯布置是進行下分層煤層巷道布置的首選，因為這樣布置的巷道承受壓力小、礦壓顯現不明顯、易于維護，但是任何一種布置都要結合每個礦的具體條件才能確定。例如一些厚煤層分層開采時還有用外錯布置。所以要具體情況具體分析。④重疊布置雖使煤柱集中應力相對較高，加大了巷道維護難度；但是如果適當支護可以彌補這一缺點時，那么既能減少煤炭損失，又能提高回采率、降低噸煤生產成本。

[1] 郭文兵,劉明舉,李化敏，等.多煤層開采采場圍巖內部應力光彈力學模擬研究[J].煤炭學報,2001（1）:8-12.

[2] 錢鳴高,石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州:中國礦業大學出版社,2003.

[3] 鄧鵬海,王建平,孔令根，等.某礦近距離煤層巷道布置研究[J].煤,2014（1）:8-11，31.

[4] 翟英達,李寶富.回采巷道外錯布置的理論與實踐[J].太原理工大學學報,2006（4）:420-422，433.