近距離煤層下行開采下煤層回采巷道布置方式研究

蘇克軍

(七臺(tái)河市桃山區(qū)應(yīng)急管理局，黑龍江 七臺(tái)河 154600)

我國(guó)煤礦開采的主要對(duì)象為近距離煤層，開采順序以下行式開采為主。不同煤層之間的間距很近，因此下部煤層的礦壓會(huì)受上部煤層的影響而發(fā)生變化，尤其是應(yīng)力集中等因素影響極為顯著。如何進(jìn)行回采巷道的科學(xué)規(guī)劃在一定程度上決定了后續(xù)回采過(guò)程能否有效進(jìn)行巷道支護(hù)。巷道支護(hù)也會(huì)影響上部煤層的應(yīng)力傳遞，若下部煤層中存在巷道布置不科學(xué)問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致巷道出現(xiàn)大幅變形，維護(hù)難度增加，使得煤礦開采安全性無(wú)法得到有效保障，對(duì)礦井的正常接替造成不利影響。

1 研究意義

近距離煤層是我國(guó)煤礦開采的主要對(duì)象，但大部分礦區(qū)都存在開采難題，使得煤礦開采工作的安全性受到了一定的影響，阻礙了煤礦的高效生產(chǎn)。針對(duì)近距離煤層開采進(jìn)行研究，分析了近距離煤層回采巷道布置方式，探討如何在近距離煤層開采過(guò)程中選擇適宜的巷道布置方案及相應(yīng)的支護(hù)技術(shù)，為實(shí)際工程中巷道布置技術(shù)的優(yōu)化及支護(hù)手段的選擇提供支持，對(duì)于提升我國(guó)近距離煤層開采的安全性具有積極作用。

2 近距離煤層

可采煤層中不同層次之間距離較短的煤層被稱為近距離煤層。因?yàn)椴煌簩又g缺乏足夠的間距，在上層開展作業(yè)時(shí)會(huì)對(duì)下層巷道產(chǎn)生影響，對(duì)于近距離煤層而言，上層的底部也可以視為下層的頂板，在對(duì)上煤層進(jìn)行作業(yè)時(shí)，周邊的巖石往往會(huì)被損壞，導(dǎo)致下煤層的頂板遭到破壞。在上煤層煤柱中，應(yīng)力與外界的不同作用力會(huì)凝聚在一起，而不同煤層的間距較短，這些應(yīng)力會(huì)向下轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致下煤層發(fā)生顯著形變。一旦出現(xiàn)這種狀況，下煤礦開采的危險(xiǎn)性會(huì)顯著提升，工作人員的人身安全會(huì)受到嚴(yán)重威脅。應(yīng)針對(duì)近距離煤層回采巷道進(jìn)行研究，進(jìn)一步提升巷道布置的科學(xué)性。

3 近距離煤層下行開采研究現(xiàn)狀

針對(duì)近距離煤層下行開采的研究，大部分集中探討如何通過(guò)科學(xué)的巷道布置來(lái)減少上煤層的應(yīng)力可能產(chǎn)生的破壞。通過(guò)下行式開采，上煤層煤柱產(chǎn)生的集中應(yīng)力會(huì)傳至底板處，引發(fā)下煤層應(yīng)力環(huán)境及頂板結(jié)構(gòu)的改變。研究人員在對(duì)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析與整理之后，發(fā)現(xiàn)了巷道和煤柱邊緣之間的距離和上部煤層間垂距的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，對(duì)底板巷道和上煤層之間的垂直距離進(jìn)行分析，探究了巷道和上煤層之間的水平距離。通過(guò)數(shù)值分析法、解析法等數(shù)學(xué)方法，可分析近距離煤層開采過(guò)程中不同煤層之間的相互作用及應(yīng)力分布形式，為下煤層巷道布置方式的改良提供幫助。部分學(xué)者采取相似理論及光彈性力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)等手段，探討了平煤集團(tuán)八礦井田內(nèi)不同煤層在相同的條件下的應(yīng)力分布規(guī)律，明確了在同時(shí)進(jìn)行不同煤層的開采時(shí)，煤層中的應(yīng)力分布規(guī)律、集中程度與其產(chǎn)生的影響，取得的模擬結(jié)果對(duì)于明確煤層開采規(guī)律、提升回采巷道布置科學(xué)性具有積極作用。

4 回采巷道布置方式

隨著煤礦開采技術(shù)的發(fā)展，巷道布置形式也逐漸多元化，根據(jù)煤礦開采需求，主要有以下幾種巷道布置形式。

4.1 內(nèi)錯(cuò)式回采巷道布置

內(nèi)錯(cuò)式回采巷道布置通過(guò)分析各種煤層中的支護(hù)參數(shù)來(lái)進(jìn)行巷道布置，該方法能夠有效減少下煤層回采巷道受應(yīng)力的影響，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作速度與質(zhì)量的進(jìn)一步提升，還可確保采煤作業(yè)人員的安全。但采取這一巷道布置形式會(huì)導(dǎo)致煤柱寬度進(jìn)一步提升，對(duì)煤層的穩(wěn)定性造成負(fù)面影響。

4.2 重疊式回采巷道布置

采用重疊式方法進(jìn)行回采巷道布置，能夠令不同煤層之間的煤柱保持一致狀態(tài)，有助于降低開采階段的煤炭損耗，提升出煤率和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。但在實(shí)際施工中，這種巷道布置手段難以得到有效落實(shí)，會(huì)導(dǎo)致下煤層開采受到一定的限制。采取重疊式布置方法，要定期維護(hù)，這會(huì)產(chǎn)生高額的維護(hù)費(fèi)用，降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 外錯(cuò)式回采巷道布置

采用外錯(cuò)式方法進(jìn)行巷道布置，能夠降低煤柱寬度，進(jìn)一步增強(qiáng)煤層的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)回采工作面，提高煤炭開采的整體效率。在采取外錯(cuò)式方法進(jìn)行巷道布置時(shí)，下煤層會(huì)受到來(lái)自于上煤層的應(yīng)力影響，導(dǎo)致巷道維護(hù)工作難度上升，無(wú)法取得良好的維護(hù)效果。

5 內(nèi)錯(cuò)式布置回采巷道具體位置的確定

近距離煤層回采巷道布置方法各有利弊，而內(nèi)錯(cuò)式手段具有較高的效益，因此，對(duì)巷道布置具體位置的確定進(jìn)行了分析。為了防止礦山壓力對(duì)煤礦開采造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，要了解該壓力的具體規(guī)律及產(chǎn)生原因。若煤層底板位置保持在相同的水平截面，那么與煤柱之間的距離越短，應(yīng)力的均衡性就越低，反之，與煤柱之間的距離越遠(yuǎn)，其應(yīng)力大小就能夠保持相對(duì)均衡。諸多實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若回采巷道的位置沒(méi)有受到較高的應(yīng)力影響，且與煤柱之間的距離較遠(yuǎn)，就能夠保持一定的穩(wěn)定性，降低維護(hù)難度。在規(guī)劃巷道位置時(shí)，巷道位置應(yīng)在盡可能減小應(yīng)力的情況下保持其均衡性。由于煤柱受到的應(yīng)力會(huì)對(duì)巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，因此在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)力變化率越低，分布的穩(wěn)定性越高，應(yīng)通過(guò)公式計(jì)算來(lái)確定最穩(wěn)定的位置，將其和應(yīng)力變化程度較小的位置相結(jié)合，明確如何進(jìn)行回采巷道的布置。

6 結(jié)語(yǔ)

作為一種具有特殊性質(zhì)的煤層賦存形式，近距離煤層中的不同煤層之間影響較大，尤其是在進(jìn)行上煤層回采之后近距離煤層的穩(wěn)定性會(huì)受到一定的破壞，導(dǎo)致下煤層開采工作的安全性大幅降低。應(yīng)采用數(shù)值模擬等方法分析如何進(jìn)行下煤層回采巷道布置，提高巷道布設(shè)的科學(xué)性，確保開采人員的人身安全，為煤礦綜合效益的增長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)。