（极）近距离煤层群上行开采巷道布置分析

冯万里

（西山煤电集团东曲煤矿，山西 太原 030200）

0 引言

当前很多煤矿矿井中，随着深度开采工作的进行，易于开采的煤层基本采空，主采煤层也随之变为较薄煤层，而这些较薄煤层通常以煤层群的方式分布。以往对于这些较薄煤层群的开采，多采用下行式开采，但如煤层开采区域顶板裂隙较为明显则容易引发安全风险问题，此时则需要采用上行式开采[1-2]。为此，应当结合实际情况，对上行开采工作及其巷道布置模式的优化做进一步研究。

1 项目概况

某煤矿开采区域内为典型的较薄煤层群分布，该区域可采煤层分为三层，分别编号为C19、C20 和C24。整体来看，各个煤层均较为稳定，厚度为1.0～1.2 m 不等，各煤层倾角均为15°，均为局部可采。当前，该矿井主要针对C19 和C20 两个煤层进行回采作业，机巷设计图如图1 所示。

图1 机巷设计图（单位：mm）

概括而言，该矿井的工作面回采工艺为走向长壁后退式采煤法，主要分为以下几部分：采用双滚筒落煤方式，进刀方式为端部斜切进刀，滚筒截深为0.6 m，循环落煤进度为0.6 m；采用装煤机械和人工的方式相结合进行装煤；采用输送机进行运煤作业；应用液压支架和支护面顶板进行支护；针对采空区域，应用自然垮落法进行处理[3]。

2 上行开采方案布置及分析

2.1 回采巷道布置

在回采巷道布置环节，技术人员应用FLAC3D 软件对开采区域的应力情况进行分析，基于分段积分方法，求解均布载荷在半无限体中的垂直应力分布，而后使用MATLAB 软件对应力系数分布情况进行分析，分析结果如图2 所示。

图2 附加垂直应力系数分布情况

由图2 可知，附加垂直应力系数的分布呈现“泡状”，垂直应力随着埋深的增加而非线性减小，同时可见该区域存在较为明显的应力集中。结合实际经验可知，巷道上一煤层采空后也容易形成高应力集中区域，因此为避免出现安全风险，其关键则在于避免高应力集中区的叠加。结合以上条件，最终确定采用平错式布置方案，其示意图如图3 所示。

图3 平错式布置方案示意图

由图3 可知，在这种布置方案下，1 号和2 号两个主要巷道错开布置，这种布置方式的优点在于，上层煤柱开采的应力对于2 号巷道几乎不存在影响，因此也不需要进行煤柱留设，有效提升了煤炭资源开采效率。

2.2 规划开采顺序

为避免各个煤层群的开采之间存在过多影响，在本环节的研究中，应用比值判别法对开采顺序进行规划，在该方法中，应用相邻煤层的层间距与下煤层采高两个数值做除法运算，得到一个系数k，据此判断开采模式[4]。

根据前期勘查资料可知，在该矿井中，C19 与C20 两个煤层的层间距为3 m，采高为1.4 m，C20 和C24 两个煤层的层间距为10 m，采高为1.4 m。将其代入上述运算方法中，得出两个系数分别为2.1 和7.1，根据以往研究经验可知，由于两个系数均小于临界值7.5，应优先采用煤层下行式开采。但从现场经验来看，以往对类似情况进行下行式开采后，工作面、采空区和机巷内均存在严重积水现象，对安全和效率均造成严重制约。结合分析结果和实际情况，最终确定开采顺序如下：对不同煤层间进行下行式开采，同一煤层区段使用上行开采。

2.3 支护方案设计

为保证留巷效果，技术人员对巷旁支护方案进行研究，综合考虑支护体强度、施工可行性和经济成本等多方面因素后，采用矸石袋宽幅支挡隔离技术进行支护方案设计。在该技术模式下，采用矸石和双头螺纹式锚杆，并辅以钢带和钢筋梯子梁等材料进行支护作业。矸石采用矿井现场掘进过程中产生的废弃材料，经过粉碎后采用0.8 m 规格的编织袋进行装袋，装袋长度控制为0.6 m，封紧袋口后，进行规则的堆码和锚固。

3 现场矿压观测及分析

3.1 该矿井C19 煤层巷道变形观测结果

为检验本次巷道布置方案的可靠性，本环节采用激光断面仪对该巷道进行断面扫描，扫描结果应用专业计算机软件进行分析处理。根据工作面的实际位置，共计选择3 个位置进行扫描，根据扫描结果判断，三个断面分别位于未受影响区，影响较弱区和超前支持应力影响强烈区[5]，断面收缩率分别为0.05、0.28和0.32。整体来看，C19 煤层巷道的主要问题在于超前支持应力影响强烈区，该区域内的巷道变形情况较为突出，从断面扫描处理图（图4）来看，其形状已及其不规整，为规避上述问题，应当将超前加密支护部分予以增强处理，同时增大超前支护的距离。

图4 断面扫描处理图

3.2 该矿井C24 煤层底抽巷测量结果

针对C24 煤层的测量仍采用激光扫描仪进行测量，重点对该区域的1196 工作面进行测量，测量结果分为以下几个部分。

1）对超前支撑压力影响区断面的测量分析，分析结果显示，该区域巷道收缩率为0.06，几乎不存在变形情况，也基本不存在集中应力影响。

2）对1196 工作面采空区下方断面进行分析，分析结果显示，该区域部分存在积水，导致巷道出现约150 mm 的底鼓，但两帮基本无收敛，据此预测在开采过程中，超前支持压力对C24 煤层不会产生明显影响。

3）对1196 工作面采空区与该区段的煤柱交界处断面进行分析，分析结果显示，该断面巷道顶板出现约150 mm 的下沉，存在两帮收敛约100 mm，且出现约270 mm 的底鼓。经过初步分析，其主要原因是由于煤柱附近的集中应力影响所致。

4）对1196 工作面所留煤柱下方断层情况进行分析，分析显示，该部位出现近8 m 的断层，并出现大面积垮落，垮落高度约为200 mm，整体变形情况较为严重，与断层发育不无关联，仍需采用加强支护措施予以解决。

3.3 该矿井C24 底抽巷断面变形监测

为进一步了解C19 煤层开采如何影响C24 煤层断面变形情况，在本环节中，结合施工图纸，在该区域的编号1146 机巷中布置三个监测断面，每个断面距离为30 m，能够实现对160 m 区段的监测，主要监测内容如表1 所示。

表1 主要监测内容

据此对相关参数进行监测，得出如下监测结果：

1）巷道顶板压力存在明显上升，最大值约为14.2 MPa，推测是由于上覆岩层垮落所引起，但在推过1106 工作面后基本保持稳定。

2）工作面在回采过程中，顶板最大离层值为45 mm，且顶底板最大移进量约为100 mm，证明引起断面变形的主要原因是底鼓，为解决此问题，应当引入巷道排水措施加以解决。

4 结语

本次结合近距离煤层开采的实际情况，从回采巷道布置、开采顺序和支护方案三个角度同时着手，对上行开采模式在近距离煤层群中的应用进行了较为详细的探讨，并应用理论与实践相结合的方式，对上行开采过程中的主要指标参数进行分析，根据分析结果对后续的工作提出相应建议。总而言之，上行开采方案较为可行，但在后续工作中仍有待于进一步优化改进。