近距离采空区下巷道内错距离的研究

李海龙

（晋能控股集团同发东周窑煤业有限公司，山西 大同 037200）

在开采近距离煤层群时，后开采煤层的稳定性受先开采的煤层的扰动影响较大，上部煤层首先开采时，下部煤层顶板完整性遭到破坏，巷道围岩的控制困难，易发生冒顶、片帮事故。因此，研究近距离采空区下巷道合理内错距离具有重要意义[1-9]。

1 概况

5202 工作面位于石炭系5#层二盘区，西部三条大巷西北侧，四周均为实煤区，上覆侏罗系煤系地层不存在采空区。石炭系5#层二盘区8202 工作面煤层结构复杂，煤厚为7.15～14.35 m，有3～10 层0.20～1.71 m 的夹石。该工作面火成岩侵入严重，煤层赋存不稳定。煤层大致走向东西，倾向北，倾角为2°～6°/4°。5 号煤层顶底板情况见表1。

表1 岩层物理力学参数

表1 煤层顶底板情况

4#煤层与5#煤层垂距4.5 m，之间的岩层依次为厚度3.55 m 的粉砂岩岩、厚度0.95 m 的碳质泥岩。

5202 工作面回采巷道顶板采用直径22 mm、长度2200 mm 高强度螺纹钢锚杆，锚杆间距850 mm，排距800 mm；同时采用Ф21.8 mm×5800 mm 的中空注浆锚索，全部垂直巷道顶板施工，锚索间距1400 mm，排距1500 mm，配套BHW-280-4.5×3300 mm 钢带和5500 mm×1100 mm 六边形金属网。

两帮采用直径22 mm、长度2400 mm 高强度螺纹钢锚杆，锚杆间距900 mm，排距800 mm。如图1。

图1 回采巷道支护断面图（mm）

2 数值模拟研究

2.1 模拟方案

为研究近距离采空区下不同内错距离回采巷道围岩变形规律，采用FLAC3D数值模拟软件建立长×宽×高=100 m×5 m×40 m 的三维模型，模型中各煤层近似为水平煤层。模型共划分为179 675个节点、195 200 个单元，模型四周及底面设置为固定约束边界，模拟顶面设置为自由约束边界。所建立的模型如图2。

图2 数值模型图

所建模型中的岩层物理力学参数见表1。

分别模拟5#煤层回采巷道内错4#煤层回采巷道（采空区）10 m、20 m、30 m 和40 m 四种不同方案，进行围岩变形情况分析。

2.2 结果与分析

5#煤层回采巷道内错4#煤层回采巷道（采空区）10 m、20 m、30 m 和40 m 内错距离条件下回采巷道变形曲线如图3 所示。

图3 不同内错距离下巷道围岩变形曲线图

分析图3 可知，在不同内错距离下，5202 工作面回采巷道围岩变形量随距巷道表面距离的增加而减小。当内错距离为10 m、20 m 时，5202 工作面回采巷道的最大变形量位于帮部；当内错距离为30 m、40 m 时，5202 工作面回采巷道的最大变形量位于顶板。内错距离40 m 时，巷道围岩的变形量最大，此时巷道顶板、左、右帮最大变形量分别为278 mm、275 mm、253 mm。造成这种现象的主要原因是5#煤层和其顶板岩层受到了4#上煤层的开采扰动。

当内错距离为10 m、20 m 时，5202 工作面回采巷道围岩变形较为均匀，围岩变形没有出现骤减现象；当内错距离为30 m、40 m 时，巷道两帮变形量有发生急剧下降的现象，两帮处围岩内可能出现了离层破坏。

综上分析，回采巷道内错距离为10～20 m 范围时，巷道围岩的稳定性较好。

3 工业性试验

根据以上研究结果，回采巷道内错距离选择为15 m，并采用十字交叉法对5202 工作面回采巷道围岩变形情况进行现场监测，监测曲线如图4 所示。

图4 巷道变形监测曲线图

由图4 可知，在监测前15 d，巷道围岩变形速率较大，变形量不断增加，15 d 后巷道围岩变形无明显变化，巷道顶底板、左右两帮最大变形量分别为100.5 mm、22.4 mm、115.45 mm、92.5 mm。巷道围岩变形量在允许变形范围内。

4 结语

1）通过数值模拟得出，4#煤层和5#煤层回采巷道内错距离为10～20 m 时可有效控制巷道围岩的变形破坏。

2）现场工业试验结果得出，4#煤层和5#煤层回采巷道内错距离15 m 时，巷道围岩变形在15 d后趋于稳定且满足煤层开采过程中的使用，验证了数值计算结果的合理性。