西铭矿极近距离煤层回采巷道布置方式分析

苑 杰

（山西西山煤电股份有限公司西铭矿，山西 太原 030052）

西铭矿采用下行式开采顺序，南四采区下组煤8#煤层和9#煤层的层间距在1.3～4.9 m范围内，平均层间距仅为2.88 m，属于极近距离煤层开采。由于上覆8#煤层的各个工作面已开采完毕，在开采其下方9#煤层时，9#煤层顶板围岩的整体性、稳定性已遭到破坏。因此9#煤层工作面回采巷道的围岩活动将会剧烈、变形破坏大，巷道支护也将非常困难。

1 工程概况

49403 工作面位于西铭矿南四采区，其东、南、西、北四个方向分别与南四轨道巷相邻、49405 工作面、尚未开采的南六采区、主运输皮带巷相邻。上覆8#煤层48403 工作面已回采，8#与9#煤的层间距范围为1.3～4.9 m，平均2.88 m。9#煤层厚度范围为2.07～3.20 m，平均2.75 m；煤层倾角范围为2°～11°，平均5°。直接顶岩性为平均厚度2.68 m的细粒砂岩，基本顶岩性为平均厚度7.82 m的石灰岩；直接底岩性为平均厚度0.95 m的砂质泥岩，老底岩性为平均厚度2.21 m的中粒砂岩。工作面盖山厚度为131～392 m，平均盖山厚度261 m。

49403 工作面布置两条回采巷道，其中轨道巷主要承担进料、进风的任务，皮带巷主要承担出煤、回风的任务。综合考虑目前9#煤层支护形式和机电设备尺寸，49403 工作面两条回采巷道均为矩形断面，巷道宽、高分别为4.0 m、2.4 m。

2 数值模拟

2.1 岩石力学参数

运用岩石力学测试设备，对9#煤层及其顶底板围岩的煤样、岩样进行岩石力学测试，得到其体积模量、剪切模量、摩擦角、粘结力、抗拉强度等数值模拟建模所需岩石力学参数。49403 工作面顶底板岩石力学参数见表1。

表1 49403 工作面顶底板岩石力学参数

2.2 数值模拟方案

根据西铭矿南四采区8#煤层和9#煤层赋存情况，以及上覆8#煤层已回采的48403 工作面和其相邻的48405 工作面、以及下部49403 工作面的实际工程地质情况，建立数值模拟模型见图1。

图1 数值模拟模型

采用三种方案进行数值模拟，以对比不同巷道布置条件下回采巷道围岩变形破坏情况。

方案一：内错方式，内错距离为留设上下两条巷道中心线之间距离为10 m的煤柱，实体煤煤柱宽度6 m。

方案二：内错方式，内错距离为留设上下两条巷道中心线之间距离为7 m的煤柱，实体煤煤柱宽度3 m。

方案三：上下重叠方式，将49403 工作面的轨道巷布置在48403 工作面轨道巷的正下方。三个回采巷道数值模拟布置方案见图2。

图2 数值模拟方案

2.3 数值模拟分析

（1）开采8#煤层后对下方9#煤层围岩影响分析

图3 为开采8#煤层的48403、48405 工作面开采后垂直应力分布情况。

图3 垂直应力分布情况

对图3 进行分析可以得出，在9#煤层上方8#煤层布置的48403、48405 工作面回采后，在铅垂方向上其所形成的采空区上、下部均出现应力降低区域，两个工作面之间所留设的煤柱具有明显的应力集中现象，并且在铅垂方向上其应力也逐渐向下方9#煤扩展。若将9#煤层工作面回采巷道布置于应力增大区域，其围岩变形将会非常剧烈，不利于巷道支护工作。因此，方案三采用重叠布置不利于轨道巷的维护，首先排除方案三。

（2）掘巷期间数值模拟分析

图4、图5 为在8#煤层开采后，其残留应力影响轨道巷，在掘巷期间的垂直应力分布、塑性破坏分布图。

图4 垂直应力分布

图5 塑性破坏分布

对图4、图5 进行分析可以得出，在方案一条件下，轨道巷可完全位于上部8#煤层回采后形成采空区应力降低区域中，其所受垂直应力可保持在2 MPa的低水平范围内，并且其所出现的塑形破坏程度也比较小，轨道巷只是在靠煤柱一侧的侧帮和顶板发生小范围低程度的塑性变形。在方案二条件下，轨道巷可基本位于上部8#煤层回采后形成采空区应力降低区域中，其所受垂直应力可保持在2～4 MPa的较低水平范围内，并且其所出现的塑形破坏程度也不算大，轨道巷的顶板发生范围为0.5 m的塑性变形。相比较而言，在方案一条件下，轨道巷所受8#开采后的残留应力比方案二更小；但是，就数值模拟结果来看，方案二也可以满足回采巷道正常的使用和维护，并且所留煤柱更小，利于实现更大经济技术价值。综上所述，采用方案二的内错布置方式，即内错距离为中对中7 m煤柱、实体内错煤柱为3 m。

3 巷道支护

在留设内错距离为中对中7 m煤柱条件下，根据以往经验，轨道巷拟采用锚网索联合支护的方式。支护主要参数选择如下：巷道顶板和两帮的锚杆均采用规格为Φ22 mm×1.8 m，顶锚杆的间距为0.85 mm，顶锚杆的排距为1.1 m；帮锚杆的间距为1.2 m，帮锚杆的排距1.1 m。锚索采用规格为Φ17.8 mm×5.3 m，在巷道垂直方向上沿顶板正中打设锚索一根，相邻两排锚索相距3.3 m。

4 结语

采用岩石力学测试、数值模拟的方式，在西铭矿下组煤极近距离开采条件下，对9#煤层回采巷道的不同布置方式进行对比分析；最终采用内错距离为中对中7 m煤柱的内错布置方式，实体内错煤柱为3 m，最为科学合理；与内错距离为中对中10 m煤柱方案相比较，可多出煤量近1 万吨，多创收近400万元；轨道巷拟采用锚网索联合支护方式，有利于主动支护方式预紧力的发挥及其扩散效果，从而确保回采巷道的安全使用，同时减少巷道维护工作量。