煤層上行開采頂板巷道圍巖穩(wěn)定性研究

李 華

（太原東山李家樓煤業(yè)有限公司,太原 030000）

0 引言

在我國(guó)現(xiàn)行的煤炭開采方式中，下行開采占絕大多數(shù)，但是下行開采方式也有自身的局限性不能適合所有的開采環(huán)境，因此在某些特定的地質(zhì)條件下，采用上行開采既可以滿足生產(chǎn)又能降低投資[1]，同時(shí)針對(duì)早期礦井開采遺留在采空區(qū)的可采煤層，采用上行開采的方式可充分回收被遺棄的煤層，提高礦井的產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，近年來隨著礦井的開采深度增加，使得地壓越來越嚴(yán)重，頂板管理難度增加，巷道變形嚴(yán)重，采用上行泄壓開采可以降低礦壓，是解決深礦井開采的一種途徑[2]。

1 工作面概況

小河嘴煤礦隸屬四川達(dá)竹煤電集團(tuán)，2016（24）工作面地面標(biāo)高580-648m，井下標(biāo)高7.9-147m，24工作面在201采區(qū)的斜東側(cè)，煤層厚度為0.3-0.75m，平均厚度0.58m，斜角3°-4°，煤層厚度不穩(wěn)定，對(duì)回采過程有一定的影響。在掘工作面時(shí)出現(xiàn)過斷層結(jié)構(gòu)，水文地質(zhì)屬于堅(jiān)硬裂隙巖層，開采過程中，工作面出現(xiàn)淋水，整體工作面生產(chǎn)條件較差。

2 上行開采覆巖破壞規(guī)律

在工作面向前推進(jìn)的過程中，采空區(qū)的覆巖會(huì)受到不同程度的破壞，按破壞程度的大小，可分為垮落帶、裂縫帶及彎曲帶[3]。垮落帶破壞程度較嚴(yán)重，垮落帶巖塊下部分排列不整齊，而上部分排列整齊，保持原有層序，初始的碎脹系數(shù)為1.3-1.5數(shù)值較大，跨落帶內(nèi)巖塊縫隙多，易積水和瓦斯。裂縫帶內(nèi)的跨落巖塊較垮落帶的排列整齊，是由于巖層間受力不均和巖層拉伸造成的，彎曲帶的破壞程度最小，很少出現(xiàn)層間離層，巖層基本保持原樣。

工作面的推進(jìn)會(huì)將原有的覆巖應(yīng)力的平衡狀態(tài)打破，之后覆巖應(yīng)力會(huì)重新形成平衡，在形成的過程中會(huì)產(chǎn)生縱向和橫向的變形，造成大量的裂痕，一些裂痕會(huì)隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)而慢慢閉合，但縱向的變形會(huì)形成巖層臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)，影響煤層的完整性，嚴(yán)重影響上行開采，所以為了保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行，必須控制好縱向的臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)。通過形成以矸石為支撐的平衡巖層結(jié)構(gòu)可以有效的降低縱向的臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)。

3 上行開采頂板巷道圍巖控制

3.1 頂板巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

圍巖應(yīng)力原有的平衡隨著工作面的推進(jìn)被破壞，之后圍巖應(yīng)力重新進(jìn)行分布，產(chǎn)生圍巖應(yīng)力的升高區(qū)和降低區(qū)，支撐壓力的方向由底板向頂板傳遞[4]，采空區(qū)的圍巖應(yīng)力隨著工作面的推進(jìn)而逐步減小，距離采空區(qū)越遠(yuǎn)，應(yīng)力下降越多，分布越緩和，支撐力的方向?yàn)榕c法線成一定角度向頂板延伸，值的大小符合負(fù)指數(shù)。

巷道距下部煤層的垂距和距煤柱的水平距決定了頂板巷道的壓力，同時(shí)覆巖性質(zhì)也對(duì)巷道的壓力有一定的影響。垂直距離越大，巷道的支撐壓力就越小，巷道相對(duì)來說就穩(wěn)定。水平距越大，支撐壓力也越來越小，但光單一的垂距或水平距小，巷道依然容易受破壞。當(dāng)巷道在增高區(qū)內(nèi)時(shí)，煤柱周圍的采動(dòng)和煤柱寬度對(duì)頂板巖層應(yīng)力影響大，巷道易受破壞。當(dāng)位于應(yīng)力降低區(qū)域內(nèi)時(shí)，巷道受采動(dòng)的影響不是很大，但如果位于采空區(qū)的頂板圍巖，會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，巷道仍然會(huì)受到破壞。

3.2 頂板巷道圍巖控制

上行開采圍巖控制可以先從確定巷道空間位置入手，為了避免較高的支撐壓力和保持與下部煤柱較大的水平距和開采煤層的垂距，可以將矸石的壓區(qū)的上方作為巷道的位置。在頂板的支護(hù)方面，在頂板的支撐壓力下，單一支護(hù)不能保證頂板巷道的穩(wěn)定，且一旦支護(hù)出現(xiàn)問題，容易造成大面積的巷道破壞，一次需要多種支護(hù)相結(jié)合的支護(hù)方式，來提高圍巖強(qiáng)度和支護(hù)穩(wěn)定性[2]。

支護(hù)強(qiáng)化的重點(diǎn)區(qū)域是底板，在用上行開采的過程中，由于下部工作面的采動(dòng)對(duì)頂板造成一定的影響，使得巷道兩幫的圍巖逐步向中間靠攏，最終形成水平應(yīng)力，這種新形成的水平應(yīng)力對(duì)破碎底板產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)效應(yīng)，使底板巖層產(chǎn)生壓曲破壞，因此底板穩(wěn)定有助于兩幫穩(wěn)定，所以必須對(duì)底板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，一般在工作面影響區(qū)的前方，在原有支護(hù)上進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，抵抗動(dòng)壓影響。

3.3 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

通過對(duì)頂板巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和頂板巷道圍巖控制的研究，并結(jié)合小河嘴煤礦2016工作面實(shí)際情況，采取錨桿、錨索、金屬網(wǎng)和鋼筋梯的組合加強(qiáng)支護(hù)的方式，選取直徑43mm的錨桿，長(zhǎng)1.8m，錨索直徑15.24mm，長(zhǎng)5m，金屬網(wǎng)2000mm*1000mm，鋼筋梯為14mm圓鋼焊接而成。

4 結(jié)論

分析上行開采的覆巖破壞規(guī)律，得出上下煤層間距和巖層結(jié)構(gòu)是影響上行開采的主要因素。在工作面推進(jìn)的過程中，采動(dòng)壓力隨時(shí)變化，并且影響時(shí)間較短，加強(qiáng)支護(hù)應(yīng)該設(shè)在劇烈影響區(qū)的前方，才能保證上行開采的安全進(jìn)行。

[1]潘昌建.薄煤層上行開采頂板巷道活動(dòng)規(guī)律及支護(hù)[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2014(01).

[2]蔣金泉,代進(jìn),李洪,曲華.復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄煤層工作面煤壁破壞規(guī)律及應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào),2013(11).

[3]劉小強(qiáng),唐建新.近距離薄煤層上行開采可行性分析與實(shí)踐[J].中國(guó)煤炭工業(yè),2013(10).

[4]張勇,劉傳安,張西斌,劉珂銘,張勝凱,趙光普.煤層群上行開采對(duì)上覆煤層運(yùn)移的影響[J].煤炭學(xué)報(bào),2011(12).

[5]張恩強(qiáng),張建忠,劉金輝.煤礦上行開采覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011(03).