摘 要：以沙曲矿18516工作面工程地质条件为背景，通过相似模拟、数值模拟和现场实测对比分析了近距离煤层群下行开采下位工作面机巷采用内错式布置、风巷采用外错式布置时矿压显现差异。研究表明：18516机巷处在18517采空区形成的卸压区下，而风巷正好处在18517采空区侧向支承压力影响区，导致在18517风巷与18516风巷之间煤柱中形成很高的应力集中，18516风巷侧向支承压力及巷道变形量明显高于机巷，采场顶板下沉量峰值出现在上煤层采空区边沿下方位置。提出了近距离煤层开采下位工作面采用内错式布置可有效避开上煤层应力集中区。
关键词：巷道布置；采空区；矿压显现；数值模拟；近距离煤层
中国分类号：TD822 文献标志码：A
在煤层群开采中，由于上煤层开采后，其上覆岩层垮落或裂隙发育，当开采下煤层时，覆岩结构与单煤层开采有较大的区别，采空区下工作面的矿压显现也因此表现出不同的特征。当下位工作面两巷分别采用内错和外错布置时，将会使得工作面矿压显现表现出明显的区域性。因此，下位工作面回采巷道的合理布置成为制约近距离煤层安全高效开采的关键因素[1-3]。本文以沙曲矿18516工作面工程地质条件为背景，采用相似模拟试验、数值模拟和现场实测对比分析了工作面两巷分别采用内错式和外错式布置时矿压显现规律，为近距离煤层开采下位工作面合理布置提供了理论依据。
1工作面概况
18516工作面上方为18517采空区，两煤层垂距平均为11m，18516工作面机巷内错47m，风巷外错64m（图1）。煤层厚度平均4.3m。直接顶为泥质砂岩，平均厚2.4m，老顶为砂质泥岩，平均厚2.3m[9]。
2相似模拟试验分析
2.1 模型设计
相似模拟试验模型尺寸为L×B×H＝4000×300×1300mm。共布置3条应力测线，4条位移测线，测线布置如图2所示。模型开挖根据矿里实际开采顺序，先开挖上方的18517工作面，待覆岩运移稳定后再开挖下方的18516工作面。
（1）垮落带
在18517采空区下方，18516工作面垮落带高度15.8m，为3.6倍采高。
（2）裂隙带
18516工作面裂隙带高度59m，为9.8倍采高。受上方煤柱的影响，煤柱两边出现非对称性裂隙发育，在18517工作面采空区侧岩层垮落角为38°，实体煤侧岩层垮落角为59°。
18516工作面平均采高为4.4m，根据“三下”开采规程中的经验公式[1]，得到工作面理论垮落带高度8.9~13.3m，裂隙带高度41.2~52.4m。相似模拟试验观测到的两带高度与理论计算值较为吻合。
3变形量的分析
3.1 采空区对下位工作面顶板下沉量的影响
通过提取工作面不同位置支架顶梁末端处顶板垂直位移，可以得到工作面顶板下沉量沿倾向变化曲线（图4）[2-3]。
由于工作面两巷布置方式不同，采场顶板下沉量非对称出现，在距离机巷约200m处突然增加到峰值877.48mm（包括两巷长度，工作面长250m）。采场顶板下沉量之所以在该位置出现峰值，主要原因是该位置上方为18517采空区边沿，且7煤和6煤距离较近，受到上方煤柱显著影响。
3.2 采空区对下位巷道变形量的影响
通过两巷围岩变形规律可以看出：由于机巷布置在采空区卸压区下方，无论是在本工作面超前支承压力影响区内，还是在影响区外，巷道围岩变形量均明显小于风巷。
4矿压显现现场实测
18516工作面选用ZZ7200-22/45型支架，额定工作阻力7200KN。泵站压力28MPa时，支架的理论初撑力为5497KN。
工作面初次来压期间，上部工作面（实体煤下）132#~152#支架压力较大，影响剧烈。整个观测期间上部工作面（实体煤下）支架末阻力平均值5274KN，下部工作面（采空区下）支架末阻力平均值4572KN。上部支架末阻力平均值比下部支架高702KN。
5结 论
对比分析了近距离煤层开采下位工作面两巷分别采用内错式和外错式布置时矿压显现差异，得到以下结论：
（1）下煤层两巷分别采用内错式和外错式布置，两巷将表现出不同的矿压显现特征。
（2）下煤层采场顶板下沉量峰值位置不是出现在工作面中部位置，而是出现在上煤层采空区边沿位置。受18517采空区侧向支承压力影响，在18517风巷与18516风巷之间煤柱中形成很高的应力集中。
（3）18516机巷处在18517采空区形成的卸压区下，而风巷正好处在18517采空区边沿支承压力影响区，导致18516风巷侧向支承压力峰值及巷道变形量明显高于机巷。
参考文献：
[1]国家煤炭工业局．建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M]．北京：煤炭工业出版社，2000：23-25．
[2]李志华，华心祝，杨科，等．采空区下孤岛工作面矿压显现规律研究[J]．煤炭工程，2013，45(11)：72-72．
[3]李伟，李志华．大采高工作面沿空掘巷护巷煤柱稳定性分析[J]．能源技术与管理，2019，44(1)：5-6
论文作者:马嘉星
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/15
标签：工作面论文; 采空区论文; 煤层论文; 顶板论文; 巷道论文; 支架论文; 裂隙论文; 《工程管理前沿》2019年第9期论文;