煤层上行开采顶板巷道围岩稳定性研究

李 华

（太原东山李家楼煤业有限公司,太原 030000）

0 引言

在我国现行的煤炭开采方式中，下行开采占绝大多数，但是下行开采方式也有自身的局限性不能适合所有的开采环境，因此在某些特定的地质条件下，采用上行开采既可以满足生产又能降低投资[1]，同时针对早期矿井开采遗留在采空区的可采煤层，采用上行开采的方式可充分回收被遗弃的煤层，提高矿井的产量和生产效率，近年来随着矿井的开采深度增加，使得地压越来越严重，顶板管理难度增加，巷道变形严重，采用上行泄压开采可以降低矿压，是解决深矿井开采的一种途径[2]。

1 工作面概况

小河嘴煤矿隶属四川达竹煤电集团，2016（24）工作面地面标高580-648m，井下标高7.9-147m，24工作面在201采区的斜东侧，煤层厚度为0.3-0.75m，平均厚度0.58m，斜角3°-4°，煤层厚度不稳定，对回采过程有一定的影响。在掘工作面时出现过断层结构，水文地质属于坚硬裂隙岩层，开采过程中，工作面出现淋水，整体工作面生产条件较差。

2 上行开采覆岩破坏规律

在工作面向前推进的过程中，采空区的覆岩会受到不同程度的破坏，按破坏程度的大小，可分为垮落带、裂缝带及弯曲带[3]。垮落带破坏程度较严重，垮落带岩块下部分排列不整齐，而上部分排列整齐，保持原有层序，初始的碎胀系数为1.3-1.5数值较大，跨落带内岩块缝隙多，易积水和瓦斯。裂缝带内的跨落岩块较垮落带的排列整齐，是由于岩层间受力不均和岩层拉伸造成的，弯曲带的破坏程度最小，很少出现层间离层，岩层基本保持原样。

工作面的推进会将原有的覆岩应力的平衡状态打破，之后覆岩应力会重新形成平衡，在形成的过程中会产生纵向和横向的变形，造成大量的裂痕，一些裂痕会随着工作面的继续推进而慢慢闭合，但纵向的变形会形成岩层台阶错动，影响煤层的完整性，严重影响上行开采，所以为了保证生产的安全进行，必须控制好纵向的台阶错动。通过形成以矸石为支撑的平衡岩层结构可以有效的降低纵向的台阶错动。

3 上行开采顶板巷道围岩控制

3.1 顶板巷道矿压显现规律

围岩应力原有的平衡随着工作面的推进被破坏，之后围岩应力重新进行分布，产生围岩应力的升高区和降低区，支撑压力的方向由底板向顶板传递[4]，采空区的围岩应力随着工作面的推进而逐步减小，距离采空区越远，应力下降越多，分布越缓和，支撑力的方向为与法线成一定角度向顶板延伸，值的大小符合负指数。

巷道距下部煤层的垂距和距煤柱的水平距决定了顶板巷道的压力，同时覆岩性质也对巷道的压力有一定的影响。垂直距离越大，巷道的支撑压力就越小，巷道相对来说就稳定。水平距越大，支撑压力也越来越小，但光单一的垂距或水平距小，巷道依然容易受破坏。当巷道在增高区内时，煤柱周围的采动和煤柱宽度对顶板岩层应力影响大，巷道易受破坏。当位于应力降低区域内时，巷道受采动的影响不是很大，但如果位于采空区的顶板围岩，会出现拉应力，巷道仍然会受到破坏。

3.2 顶板巷道围岩控制

上行开采围岩控制可以先从确定巷道空间位置入手，为了避免较高的支撑压力和保持与下部煤柱较大的水平距和开采煤层的垂距，可以将矸石的压区的上方作为巷道的位置。在顶板的支护方面，在顶板的支撑压力下，单一支护不能保证顶板巷道的稳定，且一旦支护出现问题，容易造成大面积的巷道破坏，一次需要多种支护相结合的支护方式，来提高围岩强度和支护稳定性[2]。

支护强化的重点区域是底板，在用上行开采的过程中，由于下部工作面的采动对顶板造成一定的影响，使得巷道两帮的围岩逐步向中间靠拢，最终形成水平应力，这种新形成的水平应力对破碎底板产生较大的结构效应，使底板岩层产生压曲破坏，因此底板稳定有助于两帮稳定，所以必须对底板进行加强支护，一般在工作面影响区的前方，在原有支护上进行加强支护，抵抗动压影响。

3.3 支护方案设计

通过对顶板巷道矿压显现规律和顶板巷道围岩控制的研究，并结合小河嘴煤矿2016工作面实际情况，采取锚杆、锚索、金属网和钢筋梯的组合加强支护的方式，选取直径43mm的锚杆，长1.8m，锚索直径15.24mm，长5m，金属网2000mm*1000mm，钢筋梯为14mm圆钢焊接而成。

4 结论

分析上行开采的覆岩破坏规律，得出上下煤层间距和岩层结构是影响上行开采的主要因素。在工作面推进的过程中，采动压力随时变化，并且影响时间较短，加强支护应该设在剧烈影响区的前方，才能保证上行开采的安全进行。

[1]潘昌建.薄煤层上行开采顶板巷道活动规律及支护[J].西安科技大学学报,2014(01).

[2]蒋金泉,代进,李洪,曲华.复杂结构薄煤层工作面煤壁破坏规律及应用[J].煤炭学报,2013(11).

[3]刘小强,唐建新.近距离薄煤层上行开采可行性分析与实践[J].中国煤炭工业,2013(10).

[4]张勇,刘传安,张西斌,刘珂铭,张胜凯,赵光普.煤层群上行开采对上覆煤层运移的影响[J].煤炭学报,2011(12).

[5]张恩强,张建忠,刘金辉.煤矿上行开采覆岩运动规律研究[J].西安科技大学学报,2011(03).