近距離煤層采空區下回采巷道布置方案研究

孫 文

（同煤集團煤峪口礦技術科，山西 大同 037003）

在煤炭開采過程中，下煤層回采巷道的布置位置關系到巷道圍巖控制效果和煤礦安全生產，同時，巷道布置位置對于巷道支護難度、支護成本和工作面回采率等影響很大。因此，近距離煤層采空區下回采巷道布置的選擇與煤礦安全和經濟有著密切關系，科學合理的巷道布置可以讓支護效果更好，成本更低，為煤炭開采打下良好的基礎。

本文針對煤峪口礦近距離煤層回采巷道位置與煤柱尺寸較大的問題進行分析與研究，提出更加合理的方案。

1 概況

煤峪口礦14#層307盤區于2017年7月開采結束，14#層406盤區于2017年9月開采結束，14#層410盤區將成為今后主采盤區。14#層410盤區與上覆11、12#層410盤區層間距為2～9m，為近距離煤層。為使巷道易于掘進維護，14#層410盤區原工作面布面方式為與11、12#層410盤區相應工作面內錯布置，與上覆層采空區相應工作面兩巷內錯留設煤柱為4～5m，導致14#層410盤區相鄰工作面面間煤柱為36m，留設煤柱尺寸較大，造成了煤炭資源的浪費。

2 近距離煤層下煤層回采巷道布置研究

2.1 下煤層回采巷道布置方法

410盤區有11#、12#和14#三個煤層，其中11#和12#合并層已經采空，14#層410盤區與上覆11#、12#層410盤區層間距為2～9m。在對近距離煤層進行開采的時候，上覆煤層的開采會影響下煤層的開采，特別是會破壞甚至嚴重破壞下煤層的頂板完整性。另外，上覆煤層開采后垮落的矸石會影響下煤層的頂板應力，其邊界煤柱和區段煤柱會導致下煤層頂板局部應力集中，易導致頂板冒落、圍巖大范圍變形，加大了支護的難度。

11#和12#煤層開采后，原巖應力重新分布，形成了工作面周圍局部范圍應力集中。工作面拐角位置會產生超前支承壓力和側向支承壓力的疊加，應力集中更明顯，同樣的壓力疊加也會產生在區段煤柱上。這些壓力通過煤柱傳向底板，使得下煤層回采巷道圍巖應力分布復雜多變。

一般而言，近距離煤層下煤層巷道的布置方法有內錯式、外錯式和重疊式三種：

（1）內錯式布置是把回采巷道布置在上煤層采空區下的卸壓帶范圍內，布置巷道處在應力降低區，便于巷道的支護。其缺點是需要留設較大范圍區段煤柱，使得下煤層工作面的長度減少，回采率大大降低。

（2）外錯式布置是把回采巷道布置在上煤層實體煤柱下，可以加大下煤層工作面長度，提高回采率。其缺點是下煤層回采巷道位于高應力區，巷道圍巖穩定性差，支護難度大。

（3）重疊式布置是把回采巷道布置在上煤層巷道的豎直正下方，上下煤層的工作面長度一樣，保證了回采率，也使得掘進方向容易控制。其缺點同樣是巷道圍巖控制難度較大。

2.2 410盤區回采巷道布置方案分析

14#層410盤區81012工作面、81014工作面巷道通過跨上覆層工作面面間煤柱布置，將巷道布置在11、12#煤層采空區下的卸壓帶內，使巷道處于煤柱影響下底板巖層中的應力降低區內，巷道易于掘進維護。81010工作面與81012工作面面間煤柱留設8m，81016工作面與81014工作面面間煤柱留設8m。

3 下煤層回采巷道布置方式比較

將巷道布置在應力水平低且均勻分布的煤巖層中，將會極大提高巷道的穩定性，降低支護成本與后期的維護成本。極近距離煤層下行開采中，下煤層合理的回采巷道位置主要取決于巷道與上煤層殘留煤柱的相對位置關系，即下煤層回采巷道距上煤層煤柱的合理垂直距離及相應合理的水平距離。鑒于煤層回采巷道的服務性質，巷道一般只布置于煤層中，巷道與上部煤層之間的垂直間距無法選擇，為了避開應力集中區域和破碎區域，只能通過選擇合理的水平距離使巷道的布置盡量滿足該條件。

14#層410盤區原來工作面回采巷道布置方式與現81012、81014工作面布置方式作比較，如圖1所示。

從圖中可以看出，原布置方式為：14#層81012工作面21012巷與51012巷分別位于11、12#層81012工作面采空區下方的煤層中，為內錯式布置，與11、12#層21012巷、51012巷內錯距離為6m，工作面切巷長度為134m。從布置的位置來看，巷道位于垂直應力降低區內，圍巖應力比較小，但留設煤柱尺寸大，煤炭采出率低，工作面長度太短。

圖1 工作面層間對照圖及兩種布置方式比較

改進后的布置方式為：14#層81012工作面21012巷位于11、12#層81010工作面21010巷偏右8m處，位于采空區的下部；14#層81012工作面51012巷位于11、12#層81012工作面21012巷偏右8m處，位于采空區下方的煤層中，為內錯式布置，內錯距離為8m，工作面切巷長度為175m。從布置的位置來看，巷道位于垂直應力降低區內，圍巖應力比較小，而且距離煤柱邊緣有一定距離，降低了應力大小，減小了留設煤柱尺寸，工作面長度增加，提高了煤炭采出率。

改進后的布置方案相比原方案要好，圍巖控制難度降低，而且采出率增加了。14#層410盤區81012工作面回采巷道的布置是各個因素綜合考慮的結果，結合上覆11、12#層410盤區工作面的布置位置、煤柱的留設尺寸、煤柱下的底板應力分布情況及14#層21012巷的合理布置等因素綜合考慮，確定14#層21012巷位于11、12#層81010工作面下方采空區內，14#層51012巷位于11、12#層81012工作面采空區下。這樣布置可以使14#層410盤區81012工作面兩巷都位于采空區下，之后布置14#層410盤區81010工作面留設煤柱時不必考慮11、12#層殘留煤柱的影響，所留的煤柱尺寸較小，同時使得14#層81012工作面的長度增加，提高了14#層410盤區煤炭的采出率。14#層410盤區81014工作面布面方式與81012工作面相同，且81014工作面51014巷位于81016工作面揭露的斷層外側。

4 應用情況

改進后的布置方式應用于14#層410盤區81010工作面、81012工作面、81014工作面。按照原布置方式：81010布面兩順槽長度為995m，切巷長度為135m，預計可采出煤量為39萬t；81012工作面兩順槽長度為995m，切巷長度為135m，預計可采出煤量為39萬t；81014布面兩順槽長度為995m，切巷長度為135m，預計可采出煤量為39萬t。共計117萬t。按照現布置方式：81010布面兩順槽長度為995m，切巷長度為125m，預計可采出煤量為36.5萬t。81012工作面兩順槽長度為995m，切巷長度為175m，預計可采出煤量為53萬t。81014工作面兩順槽長度為995m，切巷長度為174m，預計可采出煤量為50萬t。總計139.5萬t。

因此，綜合來看總共可以多采出煤量為22.5萬t。

5 總結

（1）分析了近距離煤層開采下回采巷道布置的基本方案，研究了410盤區近距離煤層開采下回采巷道的布置方法，新的布置方法讓巷道處于垂直應力降低區域，減小了留設煤柱尺寸，提高了采出率。

（2）通過實踐檢驗，新的布置方式比較合理，兩個工作面累計多采出煤炭量為22.5萬t。證明該方案具有較好的經濟效益，可以為類似工作面提供參考。