下分层煤层回采巷道的布置研究

贾瑞荣

（霍州煤电集团有限责任公司 回坡底矿，山西 霍州 041600）

多煤层联合开采很重要[1]，尤其下位煤层回采巷道的布置很关键。从多年的研究和实践可知，煤层群上位煤层的开采易在回采空间周围的煤柱上造成应力集中现象[2]，还会向岩层深部及周边传递，导致下位煤层巷道的变形较大、成为较大隐患，所以下位煤层巷道的合理布置就显得尤为重要。本文以回坡底矿下位煤层11号煤11-101工作面回采巷道布置为例，分析回采巷道按内错、外错、重叠布置时的顶底板及两帮围岩变形情况[3]为提高煤炭资源采出率、降低巷道维护成本、实现矿井安全高效生产提供有力保障。

1 煤层概况

11号煤层厚3.2～3.4 m、平均3.3 m，煤层稳定，含1～2层不稳定夹矸；上层煤10号煤层厚2.5～2.7 m，含1～2层不稳定夹矸；10号煤和11号煤层间距7.3～8.2 m；11号煤直接底为白砂岩、灰白色，致密、质脆，含黄铁矿及植物化石，厚0.5 m，普氏硬度6～10；煤层底板泥岩厚3.9～4.4 m、灰黑色，致密、质脆，含黄铁矿及植物化石，普氏硬度4～6；煤层顶板泥岩厚2.6～3.0 m、灰黑色，含少量黄铁矿薄膜、植物化石碎屑，平均厚度2.8 m，普氏硬度4～6，含厚0.4 m左右的煤线；老顶为粉砂岩，平均厚度5.0 m、灰白色，致密、质脆，含黄铁矿及植物化石碎屑夹薄泥岩，普氏硬度6～10。

2 巷道布置方式的分析

1）内错布置：内错布置图，见图1。内错式布置是下分层工作面巷道位于上分层工作面采空区内。10号煤和11号煤层间距7.3～8.2 m，属于极近距离煤层。这种内错式巷道布置，回坡底矿根据多年的实践：上分层10号煤工作面之间留设的煤柱为30 m，属于稳定煤柱；下分层11号煤工作面正副巷与上层工作面正副巷内错10 m进行布置。这种布置方式使下分层回采巷道正好处于上分层采空区的下方，处于卸压区或应力恢复区。其优点是巷道承受压力小，矿压显现不明显[4]，易于维护，缺点是当煤层距离太近时，有可能造成顶板破碎，以及上工作面采空区水或有毒气体进入下工作面，这是其一。如果内错10 m，下分层相邻工作面之间留设的煤柱达到50 m，煤柱浪费较为严重，回采率低，这是其二。最终没用这种布置方式。

图1 内错布置图

2）外错布置：外错布置图，见图2。外错式布置是下部煤层回采巷道布置在上部煤层的煤柱下。这种布置虽能减小煤炭损失、提高回采率，避免了内错布置的缺点，但巷道围岩处于上煤层留设煤柱的支承压力区，应力较大，易使煤柱侧帮片帮、底板底鼓，较严重时可能压垮煤柱，巷道围岩的稳定性很差，易埋下大的安全隐患。这种方式布置时，后期投入的人力、物力、财力将非常大，经济上也不合理。因此舍弃这种布置方式。

图2 外错布置图

3）重叠布置：重叠布置图，见图3。下煤层的回采巷道与上煤层的完全一致，这种布置是前两种方式的折衷处理，其优点是一定程度上减小了煤柱尺寸、简化了运输环节、提高了回采率，缺点是煤柱集中应力相对较高，加大了巷道维护的难度，但是通过适当的支护可以弥补这一缺点。综合来讲，不论是从安全角度还是从经济角度考虑，相对于内错、外错来讲是较合理的。

图3 重叠布置图

3 实测分析

鉴于上述分析，回坡底矿决定东一采区下分层11-101工作面巷道采用重叠布置。为能及时了解重叠布置巷道的合理性、随时掌握巷道围岩的变化情况，回坡底矿采取以下措施。

1）仪器布置：下位煤层11-101工作面巷道，采用液压枕和顶板离层仪配合锚杆锚索锚固力检测进行在线观测。由于副巷11-1012巷及俩切巷的变形不太明显，仅就11-1011巷来说，采用KJ216型顶板在线监测系统配合锚杆锚索锚固力检测进行监测，沿巷道中线基本上是每100 m安设一组，中间遇到顶板破碎不好时也得安设；离层仪的浅基点固定在顶板深2 m的位置、深基点固定顶板深6.5 m位置，顶板离层仪内、外筒初始读数控制在10 mm之内，液压枕初始值控制在2 MPa之内；巷道的宽度和高度变化情况通过拉尺子进行实测。

2）实测数据分析：11-101工作面所有巷道现都已掘完，监测系统基本装好，由于11-1011巷道变形相对明显，它的最新数据统计，如表1所示。下面结合表1实测数据对巷道顶板的离层、压力及巷道的宽度、高度变化进行了数据分析，以及时能了解掌握巷道围岩变形情况，从而针对性地采取维护措施。实测数据分析变化张，见图4-图7。

（1）图4看出，6号～10号点区域变化起伏较大，其2 m浅基点变化量1～12 mm不等；6.5 m深基点变化量3～16 mm，说明该区域的顶板变化明显，需要加强维护；其他各点基本上没什么变化。图5看出3号～10号点区域压力变化明显，变化范围4.6～22.4 MPa，顶板容易变形。图6看出，6号～10号点区域的变化较明显，变化范围20～310 mm，巷道两帮的围岩变形较明显。图7看出6号～10号点区域变化较明显，变化范围40～150 mm，顶底板的围岩变化明显。

表1 变形监测数据表

图4 顶板离层仪数值变化曲线

图5 液压枕数值变化曲线

图6 巷道宽度变化曲线

（2）综合上可以得出：3号～10号区域的围岩变形较明显，尤其是6号～10号区域。据现场实测6号～10号区域共208 m，即该范围内的围岩变化需要我们重点监测、加强维护，尤其是该工作面开始推进以后，随着时间的推移，如果顶板离层明显、巷道两帮变形严重、底鼓突出，我们应及时在这一围岩变形明显区域进行架钢棚支护。

4 结束语

图7 巷道高度变化曲线

①通过分析内错、外错、重叠三种布置的优缺点，结合回坡底矿具体条件，从安全、经济、维护方面考虑，最终选择重叠布置为宜。②通过数据分析看出，11-1011巷6号～10号点208 m的区域范围的围岩变形较明显，需要加强维护，尤其是该工作面开始生产后。③一般来讲，内错布置是进行下分层煤层巷道布置的首选，因为这样布置的巷道承受压力小、矿压显现不明显、易于维护，但是任何一种布置都要结合每个矿的具体条件才能确定。例如一些厚煤层分层开采时还有用外错布置。所以要具体情况具体分析。④重叠布置虽使煤柱集中应力相对较高，加大了巷道维护难度；但是如果适当支护可以弥补这一缺点时，那么既能减少煤炭损失，又能提高回采率、降低吨煤生产成本。

[1] 郭文兵,刘明举,李化敏，等.多煤层开采采场围岩内部应力光弹力学模拟研究[J].煤炭学报,2001（1）:8-12.

[2] 钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.

[3] 邓鹏海,王建平,孔令根，等.某矿近距离煤层巷道布置研究[J].煤,2014（1）:8-11，31.

[4] 翟英达,李宝富.回采巷道外错布置的理论与实践[J].太原理工大学学报,2006（4）:420-422，433.