郭二莊礦近距離煤層同采合理錯距研究

劉新河 于海洋 周奕朝 李哲寧 王 鵬

（1.河北工程大學(xué)，河北省邯鄲市，056038；2.冀中能源邯礦集團(tuán)郭二莊礦，河北省武安市，056000）

郭二莊礦近距離煤層同采合理錯距研究

劉新河1于海洋1周奕朝2李哲寧1王 鵬1

（1.河北工程大學(xué)，河北省邯鄲市，056038；2.冀中能源邯礦集團(tuán)郭二莊礦，河北省武安市，056000）

結(jié)合郭二莊煤礦21311和22311兩工作面的實(shí)際情況，通過對兩工作面現(xiàn)場礦壓觀測和理論分析，提出兩煤層同采時，初采錯距要大于正常同采錯距，并確定了同采工作面在減壓區(qū)內(nèi)的合理錯距范圍，對同采煤層的采場和巷道維護(hù)起到了積極作用。

綜采 近距離煤層開采 礦壓觀測 合理錯距

1 采區(qū)概況

郭二莊煤礦位于河北省武安市礦山鎮(zhèn)境內(nèi)，太行山東麓山前地帶，地表呈中低山丘陵地形。礦井同采工作面位于二水平－300m北翼三采區(qū)，三采區(qū)在二水平二采區(qū)和原二坑五采區(qū)下部，上至F11斷層，下至章F3斷層，左至4076000經(jīng)緯線，右至章郭邊界保護(hù)煤柱。走向長度2540m，傾斜長1510m，面積3835400m2。上限標(biāo)高－60m，下限標(biāo)高－600m。三采區(qū)上、下兩煤層均采用走向長壁后退式采煤方法，兩煤層均采用綜合機(jī)械化回采工藝，采用全部垮落法管理頂板。

2 地質(zhì)條件

郭二莊煤礦三采區(qū)同采1＃（小煤）、2＃（大煤）兩個煤層，兩層煤層中分別布置了21311和22311兩個工作面，工作面位置關(guān)系如圖1所示。上下煤層間距16.45～23.13m，平均間距18m，煤層傾角8～16°，平均傾角13°。1＃煤層賦存不穩(wěn)定，煤厚1.54～1.86m，平均厚1.70m，局部可采，為本區(qū)局部可采煤層。直接頂為泥巖，灰黑色，層理細(xì)膩，層厚0.52～3.20m；直接底為粉砂巖，灰黑色，含植物化石和少許泥質(zhì)結(jié)核，層厚2.1～6.25m。2＃煤層賦存較穩(wěn)定，煤厚1.86～2.15m，平均厚度2.0m，大部可采，為本區(qū)主采煤層。直接頂為泥巖，灰黑色，含炭質(zhì)成分較高，質(zhì)地松軟，層厚0～2.35m；直接底為粉砂巖，黑色，層理細(xì)膩，含大量植物化石和少量炭質(zhì)成分，層厚0～4.71m。

圖1 工作面位置及測區(qū)布置圖

大煤頂板中砂巖為直接充水含水層，山西組中、上部的中、細(xì)砂巖為間接補(bǔ)給含水層，富水性弱，通過導(dǎo)水裂隙帶接受上部二坑五采區(qū)老空區(qū)積水補(bǔ)給，以靜儲量為主，補(bǔ)給量小，水文地質(zhì)條件簡單；工作面瓦斯含量低；煤塵無爆炸危險(xiǎn)；煤層無自燃現(xiàn)象；地溫、地?zé)釤o異常。

3 礦壓觀測

3.1 測區(qū)布置

為確定兩煤層工作面的壓力狀態(tài)，在兩工作面分別布置了3個測區(qū)進(jìn)行礦壓觀測，如圖1所示，測區(qū)布置在工作面的上、中、下3個位置，通過液壓支架上的壓力自記儀記錄數(shù)據(jù)，并在回采期間對煤壁片幫深度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3.2 方案實(shí)施

由圖1可知，22311工作面開切眼位置滯后21311工作面100m左右，本方案設(shè)計(jì)為兩煤層同時進(jìn)行回采，均以勻速推進(jìn)，22311工作面推進(jìn)速度是21311工作面推進(jìn)速度的2.5倍，隨著同采時間的增長，兩工作面錯距呈遞減狀態(tài)。同采開始時兩煤層錯距100m，當(dāng)錯距達(dá)到10m（即21311面推進(jìn)60m，22311面推進(jìn)150m）時方案實(shí)施結(jié)束。21311工作面液壓支架初撐力2600kN，額定工作阻力3200kN；22311工作面液壓支架初撐力2600kN，額定工作阻力3000kN。同采期間每天對上、下煤層工作面測區(qū)內(nèi)支架載荷進(jìn)行記錄，并計(jì)算出每個工作面內(nèi)3個測區(qū)支架載荷的平均值，繪出兩工作面支架壓力曲線，如圖2所示。

由圖2可以看出，21311工作面初次來壓步距33m左右，周期來壓步距10m左右；22311工作面初次來壓步距32m左右，周期來壓步距11m左右。21311工作面初次來壓時，兩工作面錯距為50m，22311工作面支架載荷略高于本煤層周期來壓強(qiáng)度，說明22311工作面在錯距為50m時受到了21311工作面初次來壓的影響，但影響程度比較微弱。隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，兩工作面錯距為42m時，22311工作面支架載荷急劇上升，工作面煤壁片幫嚴(yán)重，此時22311工作面液壓支架有乳化液溢流現(xiàn)象。隨著兩工作面的繼續(xù)向前推進(jìn)，錯距繼續(xù)縮短，當(dāng)兩工作面錯距在13～19m時，22311工作面支架載荷有明顯降低的現(xiàn)象。

圖2 同采期間工作面支架壓力曲線圖

4 合理錯距分析

4.1 常規(guī)理論公式計(jì)算合理錯距

合理錯距的確定目前有兩個觀點(diǎn)，一是合理的錯距應(yīng)能保證下煤層工作面處于上煤層工作面開采冒落穩(wěn)定后再開采；二是合理的錯距應(yīng)能保證下煤層工作面處于上煤層工作面開采形成的減壓區(qū)內(nèi)進(jìn)行回采。

常規(guī)理論公式計(jì)算合理錯距為：

式中：M——兩煤層間距，取18m；

δ——巖石移動角，取72°；

L——考慮上煤層工作面頂板冒落基本穩(wěn)定及上、下工作面推進(jìn)速度不均衡安全距離，一般取20～25m；

B——上部煤層工作面最大控頂距，取4.6m。

根據(jù)式（1）計(jì)算同采合理錯距為：

式（1）計(jì)算的同采錯距與現(xiàn)場實(shí)測礦壓顯現(xiàn)規(guī)律不相符，且上式?jīng)]有區(qū)分初采（上煤層開切眼至初次來壓期間）與正常同采時的錯距，用式（1）計(jì)算錯距具有局限性，因此分開計(jì)算初采和正常同采錯距才是合理的。

4.2 初采合理錯距確定

由礦壓觀測可知，21311工作面初次來壓時，上覆巖層活動劇烈，支架載荷增大，此時，同采錯距約為50m左右，22311工作面支架載荷略有增加，但無異常增大現(xiàn)象；當(dāng)錯距達(dá)到42m時，22311工作面支架載荷明顯增加，煤壁片幫嚴(yán)重，說明此時下煤層工作面進(jìn)入了上煤層初次來壓沖擊壓力影響區(qū)，礦壓顯現(xiàn)劇烈。因此初采時安全距離L至少要留設(shè)1～1.2個初次來壓步距，才能保證22311工作面免受21311工作面初次來壓時沖擊壓力的影響，如圖3所示。

圖3 初采時錯距分析圖

經(jīng)式（1）計(jì)算初采時合理錯距為：

通過計(jì)算，同采錯距至少要留設(shè)43.45～50.05m，下煤層工作面才能夠避開上煤層初次來壓頂板冒落引起的沖擊壓力影響，與現(xiàn)場觀測到的礦壓規(guī)律相符，因此初采時錯距保持在44～50m內(nèi)是合理的。

4.3 正常同采合理錯距確定

根據(jù)現(xiàn)場礦壓觀測可知，兩層煤正常同采時，21311工作面周期來壓同樣劇烈，當(dāng)兩工作面錯距在13～19m時，22311工作面支架載荷有明顯降低的現(xiàn)象?；诤侠礤e距觀點(diǎn)二，下煤層工作面只有處于上煤層工作面開采形成的減壓區(qū)內(nèi)，才會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。在確定減壓區(qū)內(nèi)最小錯距時，因下煤層工作面回采時前支承壓力將會對煤壁有塑性破壞，若使塑性破壞區(qū)不至于影響到上煤層工作面支架的控頂區(qū)，安全距離L至少要留設(shè)煤壁塑性破壞帶的寬度，取2m，才不會對上煤層開采造成影響，如圖4所示。

圖4 減壓區(qū)最小錯距示意圖

經(jīng)式（1）計(jì)算同采時減壓區(qū)最小錯距為：

在確定減壓區(qū)內(nèi)最大錯距時，安全距離L的最大臨界值取上煤層工作面一個周期來壓步距。根據(jù)“砌體梁”結(jié)構(gòu)假說，下煤層工作面處于上部煤層頂板巖層已斷裂而相互擠壓的巖塊形成的結(jié)構(gòu)保護(hù)下，才能確保下煤層工作面處于上煤層開采形成的減壓區(qū)內(nèi)部，如圖5所示。

圖5 減壓區(qū)最大錯距示意圖

經(jīng)式（1）計(jì)算同采時減壓區(qū)最大錯距為：

通過計(jì)算，減壓區(qū)內(nèi)錯距范圍為12.45～20.45m，由現(xiàn)場礦壓觀測可知，錯距在13～19m時，22311工作面支架載荷明顯降低，與理論計(jì)算的同采錯距相符，因此正常同采時錯距保持在13～19m內(nèi)是合理的。

5 結(jié)論

（1）兩層煤同采時，初采合理錯距遠(yuǎn)大于正常同采合理錯距，因此同采錯距在留設(shè)時分開計(jì)算更為合理。

（2）初采時，兩煤層工作面錯距控制在44～50m范圍內(nèi)，21311工作面初次 來壓對22311工作面影響不大，因此初采錯距在44～50m范圍內(nèi)是合理的。

（3）正常同采時，22311工作面布置在21311工作面開采形成的減壓區(qū)內(nèi)，同采錯距保持在13～19m的范圍，22311工作面礦壓顯現(xiàn)明顯降低，實(shí)施效果良好。

［1］ 錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1984

［2］ 徐永圻.煤礦開采學(xué)［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999

［3］ 王月星.極近距離煤層同采合理錯距研究［J］.煤礦開采，2011（2）

［4］ 林衍，譚學(xué)術(shù)，胡耀華.對緩傾近距煤層群同采合理錯距的探討［J］.貴州工學(xué)院學(xué)報(bào)，1994（4）

［5］ 馬全禮，耿獻(xiàn)文，童培國.近距離煤層同采工作面合理錯距研究［J］.煤炭工程，2006（3）

［6］ 叢利，石建軍，劉洪濤.近距離煤層開采礦山壓力規(guī)律數(shù)值模擬研究［J］.中國煤炭，2010（2）

Study on rational dislocation distance in simultaneously mining in contiguous seams in Guo＇erzhuang Coal Mine

Liu Xinhe1，Yu Haiyang1，Zhou Yizhao2，Li Zhening1，Wang Peng1
（1.Hebei University of Engineering，Handan，Hebei 056038，China；2.Guo＇erzhuang Coal Mine，Hankuang Group，Jizhong Energy Group，Wu＇an，Hebei 056000，China）

Combining with actual conditions of 21311and 22311mining faces in Guo＇erzhuang Coal Mine，and after in－situ ground－control observation and theoretical analysis，the paper suggests that the rational dislocation distance of primary mining should be longer than normal mining in simultaneously mining in 2contiguous seams，and it also establishes the rational dislocation distance range of simultaneous mining faces in pressure reducing zone，which is beneficial to keep mining field and roadway stable.

fully mechanized mining，contiguous seams mining，ground－control observation，rational dislocation distance

TD823.81

A

劉新河（1954－），男，河北邯鄲人，教授，現(xiàn)從事采礦工程專業(yè)的教學(xué)與科學(xué)研究工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）