小错距上下煤层反向同采对上工作面巷道的影响

王海成

（国投新集能源股份有限公司新集一矿，安徽省淮南市，232000）

小错距上下煤层反向同采对上工作面巷道的影响

王海成

（国投新集能源股份有限公司新集一矿，安徽省淮南市，232000）

根据新集一矿已有的工程地质资料和科研成果建立模型，采用FLAC3D进行了数值模拟，并结合现场观测，研究了小错距上下煤层工作面反向同采时，上工作面巷道围岩应力、塑性区和变形情况，研究结果表明，上工作面巷道围岩变形在两工作面推进过程中呈现两个阶段的变化，该巷道围岩一定范围内发生塑性破坏是其围岩变形不断增长的主要原因，因此上工作面巷道支护的关键是加固其围岩的塑性破坏区，提高围岩的自承载能力。

回采工作面 反向同采 数值模拟 小错距 回采巷道 围岩变形

1 工程概况

老矿井经过多年的开采，生产系统较为复杂，采掘接续也比较紧张，因此有时出于接续方面的原因，不可避免地会出现小错距上下煤层工作面同采的问题，这时就需要研究上下煤层工作面同采对上工作面巷道的影响，有针对性地采取有效措施，以保证上工作面能够正常回采。

261306工作面位于新集一矿二水平六采区，为走向长壁悬移支架放顶煤炮采工作面，沿煤层走向布置，开采煤层为13－1、13－1下煤层，煤层倾角0～20°，平均11°，煤层厚度较稳定，全层厚度平均为7.11m，工作面风巷底板标高为－526.8～－563.6m，机巷底板标高为－545.3～－582.2m，该工作面平均走向长为769.0m，平均倾斜长为97.0m。

261306回风巷为半圆拱断面，净高3.6m，净宽3.0m，采用U36型钢支护。

241107工作面位于新集一矿二水平四采区，为走向长壁一次采全高综采工作面，采高约3.5m，开采煤层为11－2煤层，煤层倾角1～24°，平均10°，煤层厚度较稳定，平均厚度3.70m，工作面回风巷底板标高为－563.9～－587.3m，运输巷底板标高为－598.7～－622.5m，该工作面平均走向长1385.8m，平均倾斜长149.4m。

261306和241107工作面为反向同采，两工作面的相对位置关系如图1所示。

图1 241107及261306工作面布置示意图

2 计算模型的建立

采用FLAC3D进行数值模拟，分析2 4 1 1 0 7和261306两工作面反向同采时，对261306回风巷的影响。

2.1 几何力学模型的建立

根据241107和261306工作面的煤系地层资料建立三维数值模型，X方向为煤层倾向，Y方向为煤层走向，整个模型高度246.5m，倾向长度430m，走向长度200m，共划分成322880个单元体，338045个节点。

模型的前后和左右边界限制水平移动，下部边界限制垂直移动，上部边界为自由边界，上部边界以上的岩层作为外载荷施加在模型的上边界上。

2.2 初始地应力场的赋值

中国地质科学院地质力学研究所采用水压致裂法对新集一矿的地应力场进行了测试，根据测试结果，本次数值模拟的初始地应力值由以下公式算出：

式中：σz——Z方向垂直主应力，MPa；

σy——Y方向水平主应力，MPa；σx——X方向水平主应力，MPa；

H——地层深度，m。

2.3 岩石力学参数的选取

本次数值模拟计算采用莫尔－库仑（Mohr－Coulomb）准则判断岩体的破坏，根据新集一矿已有的岩石力学实验结果，选取的力学参数见表1。

表1 岩层力学参数

3 计算结果分析

3.1 261306回风巷围岩垂直应力分布

回风巷掘出后，其两帮围岩在一定范围内形成了垂直应力增高区，顶底围岩在一定范围内形成了垂直应力降低区，在两工作面相遇之前，随着两工作面的向前推进，回风巷围岩两帮垂直应力峰值不断增加，应力增高区范围不断增大，在两工作面相遇之后，随着两工作面的继续向前推进，下帮垂直应力峰值不断增加，应力增高区范围不断增大，但上帮（靠近241107工作面一帮）垂直应力峰值逐步降低，围岩的垂直应力降低区向241107工作面的采空区方向扩展。

3.2 261306回风巷围岩水平应力分布

回风巷掘出后，其顶底围岩在一定范围内形成了水平应力增高区，两帮围岩在一定范围内形成了水平应力降低区，在两工作面相遇之前，随着两工作面的向前推进，回风巷上帮和顶底板围岩水平应力变化较小，而下帮围岩水平应力峰值和增高区范围不断增大，在两工作面相遇之后，下帮围岩水平应力峰值和增高区范围继续不断增大，但顶、底板围岩和上帮的水平应力峰值随着两工作面的继续向前推进，应力峰值逐步降低，巷道围岩的水平应力降低区同样向241107工作面的采空区方向扩展。

4 现场观测结果分析

在261306回风巷内从工作面向外依次布置巷道围岩表面变形观测点，1＃测点距261306工作面为10m，测点间距为10m，共布置10个测点，用钢卷尺和测杆测读巷道变形量，每1～2d测1次，变形观测从2010年11月2日开始至12月10日结束，11月26日两工作面在推进方向上相遇，此时，261306回风巷推进37m，241107运输巷推进112m，取6＃和8＃测点的变形结果进行分析，变形曲线见图2。

从图2中可以看出，随着两工作面的向前推进，261306回风巷移近速度逐步增大，两工作面相遇之后，移近速度逐步平缓，通过观测，261306回风巷顶底变形量大于两帮变形量，因回风巷底板未进行有效支护，通过现场观测风巷底臌严重，所有测点中顶底板累计最大变形量为2299mm，两帮累计最大变形量为1950mm。

图2 261306回风巷内测点变形分析图

5 结论

（1）通过分析发现261306回风巷形变从距241107工作面煤壁20m位置开始逐渐变大，其中40～60m范围内巷道移近速度最大，矿压显现最为明显，距离超过80m后，巷道变形量开始变小，逐渐趋于稳定。

（2）两工作面开采后引起261306回风巷围岩应力场的变化，而应力变化将导致塑性场的变化，故塑性场变化是风巷围岩变形增长的主要原因。

（3）针对261306回风巷变形影响因素，在采动影响范围内提前卧底注浆，对U型棚棚卡和拉条重新进行紧固，并且打一梁二柱托棚加强支护，经过上述措施巷道变形得到有效控制。

［1］ 张蕊，鞠远江，彭华等.新集一矿地应力测试及应用分析［J］.煤炭科学技术，2010（8）

［2］ 谢和平，周宏伟，王金安等.FLAC在煤矿开采沉陷预测中的应用及对比分析［J］.岩石力学与工程学报，1999（4）

［3］ 刘波，韩彦辉.FLAC原理实例与应用指南［M］.北京：人民交通出版社，2005

［4］ 彭苏萍，凌标灿，郑高升等.采场弯曲下沉带内部巷道变形与岩层移动规律研究［J］.煤炭学报，2002（1）

Influence of two coal faces with small horizontal separation in upper and lower coal seams mined in opposite directions on roadway of upper face

Wang Haicheng
（No.1Colliery of SDIC Xinji Energy Company Ltd.，Huainan，Anhui 232000，China）

The numerical model was established by FLAC3Dsoftware according to the existing engineering geological data and scientific research results on No.1Colliery of Xinji Energy Company.Combined with the observation data from the coal mine，the stress of surrounding rock，the plastic region and the deformation of the roadway in the upper mining face were studied during the coal mining in opposite directions in the upper and lower coal seams with small horizontal separation.The results showed that the surrounding rock deformation of the roadway in the upper mining face varied in two stages in the advancing process of two mining faces.The plastic damage in some regions caused the continuous deformation of the surrounding rock.So the key of roadway support in the upper mining face is to strengthen the plastic damage area of surrounding rocks so as to improve the own bearing capacity of surrounding rocks.

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TD322

A

王海成（1981－），男，陕西汉中人，本科学历，工程师，现在国投新集一矿从事采矿技术管理工作。

（责任编辑 张毅玲）