近距离煤层巷道支护优化设计与应用范文

本站小编为你精心准备了近距离煤层巷道支护优化设计与应用参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。

摘要：针对中兴煤矿近距离煤层开采巷道支护难的问题，采用理论分析、数值模拟的方式，对下位煤层4503工作面运输巷位置与支护方式进行研究。结果表明：当内错距离增大时，运输巷围岩应力也逐渐变大，确定合理的内错距离为30m。结合非对称支护对策，对原支护方式进行优化设计，监测显示：运输巷顶底板和两帮移近量累计分别达到241mm和319mm，之后趋于稳定。巷道变形最终稳定，总体支护效果良好。

关键词：近距离煤层；数值模拟；围岩应力；非对称支护

近距离煤层开采指的是煤层间距较小，在煤炭开采过程中，上下两层会产生应力场互相影响，如先期对下分层进行开采，由于煤层距离较近，在矿压作用下，下层煤会受到上层煤采空区积水、瓦斯以及应力场互扰的威胁，同时还会造成下层煤顶板破碎下沉，巷道难以支护的问题。国内学者对极近距离下煤层巷道布置与支护进行了大量的研究，取得了良好的效果，本文以中兴煤矿4402工作面运输巷为例，采用理论分析、数值模拟等方式，确定下层煤合理支护方式，对巷道围岩控制起到很好的支护作用，为同类矿井提供了一定的借鉴意义。

1概况

中兴煤矿位于吕梁山脉中段东翼，距交城县城约10km，全井田面积约19.9km2。井田中部、南部位置相对较低，其它方位较高，最高点绝对标高+1535m，最低点绝对标高+990m。全井田按上下组煤划分两个开采水平。目前2号煤层已采完，现阶段在开采下煤组4（4+5）号煤层，水平标高设在+680m，与2号煤平均距离仅3.4m，最小间距2.5m，最大间距8.9m。该煤层4503工作面平均厚度5.3m，煤层倾角平均11°，2号煤层残留煤柱48m，含1～2层夹矸，顶板岩性为泥岩、炭质泥岩，底板岩性为砂质泥岩、泥岩。

2运输巷围岩变形影响因素

经资料查阅与巷道施工情况，影响4503工作面运输巷稳定性因素有3个。（1）巷道顶底板围岩状态差，围岩强度遇水极易降低，顶板松散破碎，2号煤与4（4+5）号煤属极近距离煤层，层间岩层主要由泥岩和炭质泥岩为主，受上层煤2200工作面与1202工作面采动影响，4503工作面运输巷处在破坏带范围内，巷道围岩损伤严重，围岩强度已受到严重影响，由于煤层埋深大，巷道围岩应力水平依然较高，运输巷布置在2200工作面采空区下方，巷道围岩以泥岩为主，应力承载能力极差。（2）受上层煤多次采动影响，应力重复扰动，加剧巷道围岩变形。4503工作面运输巷开挖前，巷道顶板已处在上位工作面底板破坏范围内，破碎严重，开挖后，首先受2200上位工作面采动扰动，又遭受本工作面的采动影响，反复多重作用下，围岩稳定性较难保证。（3）从4503工作面运输巷所处地质条件看，巷道处于非均匀应力状态，原有对称支护结构已很难控制巷道围岩变形。当上位煤层开采后，受多重应力扰动，巷道各个部位应力状态差别较大，围岩处于非均匀应力状态。巷道即表现出非线性力学特性，常规的巷道支护对称设计极易出现应力集中现象，造成巷道局部破坏严重，严重时导致整个支护结构的失稳。

3运输巷位置合理布置

3.1数值模型

建立2200工作面与1202工作面已回采结束，为了解上位工作面对下位4503工作面运输巷布置的影响，最终确定运输巷与上位煤柱的具体位置关系，巷道在能够满足生产情况下，尽可能减小受采动影响，简化支护形式，减少支护成本。采用FLAC3D数值模拟软件进行模拟，模型长×宽×高为200m×100m×90m，共划分98800个单元，采用摩尔－库仑本构模型进行计算。

3.2方案设计

在改变巷道与煤柱相对位置情况下，观察巷道围岩变形情况，确定不同层间距下巷道受采动影响较小的最小内错距离。设计层间距分别为3、5、8、10和12m，内错距5、10、15、20、25、30和35m。3.3数值模拟结果分析结合数值模拟方案，在上位煤柱与4503工作面运输巷不同位置关系情况下，绘制巷道表面位移曲线。

4工程应用及效果

4.1支护优化方案

根据围岩变形主要因素分析与数值模拟结果，为保证巷道掘进速度和控制围岩变形，决定采用锚网索+U型钢支护方式。其中锚网索作为基础支护，U型钢作为补强支护，锚索选用高预应力，规格φ22mm×3400mm，巷道顶板间排距为1400mm×1500mm，巷道两帮的间排距为1500mm×1200mm。选用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，其规格为φ22mm×2500mm，巷道顶板的间排距为800mm×80mm，巷道两帮的间排距为900mm×1000mm。选用三心拱斜腿可缩性支架U型钢，间排距均为1000mm。

4.2应用效果

为了跟踪记录优化后支护效果，现场实施围岩变形位移与应力监测，并绘制变化曲线，如图3～图4所示。为期130d监测期间，运输巷顶底板和两帮移近量累计分别达到241和319mm，130d后围岩整体变形趋于稳定。运输巷锚索应力监测显示，前20d监测期间，锚索受力急剧上升，之后缓慢下降，最终趋于稳定，但相对仍维持在较高应力水平。巷道变形最终稳定，总体支护效果良好。

5结论

（1）4503工作面运输巷处于非均匀应力状态，巷道表现出非线性力学特性，原有对称支护结构已很难控制巷道围岩变形，常规的巷道支护对称设计极易出现应力集中现象，造成巷道局部破坏严重，导致整个支护结构的失稳。（2）当内错距离增大时，运输巷围岩应力也逐渐变大，而两帮移近量逐渐降低，并逐渐区域平稳。最终确定运输巷合理的内错距离为30m。（3）采用优化支护方案后，为期130d监测显示，运输巷顶底板和两帮移近量累计分别达到241和319mm，之后趋于稳定。运输巷锚索受力先上升，之后缓慢下降，最终趋于稳定。巷道变形最终稳定，总体支护效果良好。

参考文献：

[1]鲁岩，高杰，刘长友，等.近距煤层同采巷道优化布置研究[J].采矿与安全工程学报，2012，29（6）：798-801．

[2]周启为.王村矿极近距离煤层开采技术[J].煤炭科学技术，2006，34（3）：6-10．

[3]张春雷，张勇.近距离煤层同时开采巷道布置优化研究[J].煤炭科学技术，2014，42（10）：53-56，78．

[4]梁建民，杨战标.极近距离下位煤层巷道合理布置与支护设计[J].煤炭工程，2016，48（4）：9-12．

[5]许力峰，刘珂铭，张江利，等.近距离煤层群上行开采薄煤层覆岩移动规律研究[J].煤矿安全，2012（7）：52-55．

[6]于文佳，蒋志刚.近距离煤层群上行开采技术[J].煤矿安全，2011（7）：38-40．

[7]邓磊，东兆星.煤巷复合层顶板长短锚杆联合支护技术研究[J].中国矿业，2016，25（9）：92-96．

[8]杜少华，余伟健，张田莲，赵建峰.极破碎软弱大变形煤岩巷道变形机理及支护技术[J].煤炭科学技术，2016，44（12）：15-21，56．

作者：陈晋蜀 单位：山西焦煤汾西矿业中兴煤矿