摘要：煤炭为国民经济发展提供了充足发展能源，煤炭占据国内一次性能源结构的67%以上，且长时期占据主导。因成煤条件的不同，造成赋存条件也各不相同，煤层厚度的层间距离也千变万化。赋存条件多样与复杂性，对企业经济效益有直接影响。在我国煤炭开采中，开采的多是近距离煤层。分层开采近距离煤层时，将会有新的岩层应力分布于回采空间，出现应力集中于煤柱之上，且分层开采造成了不规律与不明显的煤层顶板来压，对布置与维护回采巷道造成影响。
关键词：极近距离煤层；分层开采；矿压显现规律
前言：
近距离煤层是指井田开采范围内相邻两煤层的层间距离很近，且开采相互间能具有显著影响的煤层。我国许多矿井处于深部近距离煤层群开采环境之中，目前近距离煤层群的多次开采覆岩运移特征的研究还相对较少，近距离煤层群煤层间距小，煤层采动相互影响大，在下向开采的过程中，上煤层开采上覆岩层的垮落必然会对下煤层的开采造成一定影响， 近距离煤层群从上至下逐层回采过程中上覆岩层随着各工作面的回采而逐步发生移动。
一、极近距离煤层概念与距离判定
1.1极近距离煤层概念分析
1）因煤层层间距离与赋存条件存在的差异，开采煤层时也出现不同的影响程度。在开采煤层下行时，如果煤层间间距在逐渐缩小，则煤层间就有更密切的影响关系。在煤层层间距离足够小时，采动上部煤层时非常容易破坏下部煤层顶板，因破坏了的顶板，开采下部煤层时，顶板漏、冒情况就非常容易发生在工作面。所以，下部煤层受到的上部煤层影响表现在自然灾害防治、巷道围岩控制与下部煤层工作面控制上。为此，以定性分析看极近距离煤层，可以解释为煤层间有很近的距离，在开采时彼此间的影响程度非常显著。
2）从定量定义出发，因开采上部煤层，应力将在其底板再次出现分布，底板越深，应力集中程度则会衰减。如果底板岩层与应力衰减达到值相同，那么可设 为损伤深度或底板岩层深度，极近距离煤层可根据 进行划分，即若 ，hj为煤层间距。
1.2判定极近距离煤层的依据
在理论上，我们可以通过以下式子判断极近距离煤层：
判定极近距离煤层实例分析
2.1煤矿甲
1）该煤矿煤层开采条件：215m为上部10#煤层采深，25kN/m?为上覆岩层容重的平均值，156m的工作面长，1.92m的煤层均厚M，粉细砂岩为下部煤层11-1#2-1#与10#煤层合并间岩石类型，以61.8MPa为单轴抗压强度，0.32的节理裂隙系数， =29.5°的内摩擦角，因节理裂隙的存在，以1.08MPa为C，以3.6为应力集中系数（回采导致），0为pi（煤帮受到的支架阻力），0.2为顶底板岩层和煤层间的摩擦接触系数。
2）有了以上数据，结合极近距离煤层的定量分析公式，得到该煤矿存在5.43m与3.84m的最大间距。考虑极近距离煤层内涵以及不利于开采煤矿的条件，明确该煤矿存在5.5m》 的间距比较值。极近距离上下部煤层存在0.4-3.0m的层间距离，所以，该部分为极近距离煤层。
2.2煤矿乙
1）300m为下组煤层群的埋深，25kN/m?为上覆岩层容重平均值，3.0，m的平均煤层厚度，150m的平均工作面长，以55.2-86MPa为砂岩类（煤层间岩层）单轴抗压强度，取64MPa的平均值，33°的煤层间岩层摩擦角，0.37的节理裂隙系数。以30°为煤层内摩擦角，1.8MPa为内聚力。0为煤帮受到的支架阻力，3.6为因回采造成的应力集中系数。0.2时顶底板岩层和煤层间存在的摩擦接触面系数。
2）通过以上数据，根据公式，可得到5.91与5.16m的最大极近距离煤层间距。考虑开采煤层不利制约因素与极近距离煤层的概念，以 为极近距离煤层间距比较值，也就是说，极近距离煤层为小于6m时的煤层群层间距位置。4 极近距离煤层下分层开采矿压显现规律分析。
三、模型试验设计
3.1地质概况
潘二煤矿西四采区位于陶王背斜北翼及西部转折端，煤系地层被巨厚的新生界地层所覆盖，厚度为280m～340m左右。潘二矿西四采区B组煤主采煤层8、7、6、5煤为近距离煤层群，各煤层顶底板岩性见表1。8煤平均厚度为2．9m，属较稳定煤层，煤层结构简单;7煤平均厚度为2．4m，属较稳定煤层，煤层结构较复杂;6煤平均厚度为1．8m，属不稳定煤层，煤层结构较复杂;5煤平均煤厚1．6m，属不稳定煤层，煤层结构较简单。
3.2试验模型设计
试验选取平面旋转架型试验平台，其长×宽×高=2m×0．2m×2m，按平均倾角10°铺设各煤岩层，模拟的煤岩层垂高为140 m，模型上未能模拟的上覆岩层厚度，采用配重铁块加载实现。试验采用几何相似系数Cl= 1∶100，时间相似系数Ct=1∶10，弹性模量相似系数CE=1∶160，泊松比相似系数Cμ=1，应力相似系数Cσ=1∶160。
3.3位移测线布置
模型按照煤岩层倾向及垂直方向布置间隔为5 cm的网格线，沿网格线倾向方向每10 cm布置一个位移测点，倾向上的测点在一条测线上，在网格线垂直方向共布置 6 条测线，测线具体布置如图1所示。
图1
3.4开采、观测方案
在模拟实验平台的左、 右边界分别留设长度为450 mm、 580 mm 的边界煤柱，以消除模型边界效应，则有效试验开采长度为1 000 mm。煤层开采采用俯斜开采，每两小时开采 100 mm， 开采一层煤结束后观察一日后再开采下层煤，煤层群开采顺序为8煤→7煤→6煤→5煤。在模型开挖过程中，使用数码相机拍摄高清照片， 采用拓普康 GPT-7500 型全站仪对各测点进行位移观测。
极近距离煤层开采中的不足
1）因存在煤层层间间距差异，影响开采程度的不同，如果煤层间存在较大距离，下部煤层开采会受到上部煤层开采较小程度作用。这样，开采方法、矿压显现规律是不受到任何制约的，开采方法同于单一煤层。若煤层间存在较小距离，那么煤层上下间则存在较大的作用力。若煤层间距非常小，开采上部煤层造成了顶板完整性受损，开采下部煤层就面临新的力学环境。长时间的生产经验表明，在开采完成上部煤层后，再开采下部煤层，顶板漏、冒事故经常发生，出现工作面漏风，采空区沟通，对生产能力与安全构成了不小威胁。
2）对于极近距离煤层，巷道支护与布置时，没有太多的硬性指标，如，系统认知支护对策、支护原则与原理，这也是初步认知怎样确定极近距离下部煤层开采巷道的位置。在完成开采上部煤层后，开采下部煤层时的围岩因上部集中压力而出现位移场与应力场，难以维护巷道。通常说来，开采下部煤层时，可将回采巷道布置在应力降低区内，维护轻松。但在实践中，即使如此，也存在明显的巷道压力，严重的破坏与变形，难以维护。支护巷道的办法有可缩性U型支架、金属网、锚索、锚杆等，但支出大，没有多大效率。
3）在以上分析中，我们可以归纳出极近距离煤层开采时，存在有哪些不足。首先，支架――围岩关系与矿压显现规律的模糊，没有科学的设计支护选型办法。上层采动易影响下部煤层，冒顶、漏顶以及支架压埋常常出现，极易造成火灾出现。其次，无有效的理论指导开采，工作面出现了严重的破坏与变形，较大的支出成本，难以获得预期经济效益，回采率很低。在今后，有待于在以下几个方面做好研究：①开采极近距离煤层时的覆岩结构和运动规律；②开采极近距离煤层时的控制围岩技术理论；③极近距离煤层开采技术可靠性与工艺方式研究；④开采极近距离下部煤层时的矿压显现规律分析。
极近距离煤层下分层开采时的安全保障
5.1 工作面通风
在开采极近距离煤层下分层时，容易勾通上部煤层采空区，若周围存在较多小煤窑，将会破坏采掘布局，对矿井通风构成危害。因复杂多变的通风网络，全风压通风系统可能在回采工作面无法构建，无法排出有毒气体。所以，有必要做好矿井通风工作。“U”型是较常用的通风形式，进风、回风都通过顺槽，以矿井全风压的现实条件，具备稳定的通风系统。
5.2 防火
某些极近距离煤层下分层开采时，出现破碎顶板情况，工作面不能及时推进，明显有利于遗煤的自然。所以，要提出合理的防火方案。气雾阻化防火在煤炭开采时较为常用。隔绝作用、负催化剂作用于吸水降温作用是阻化剂防火的主要作用体现。隔绝作用，主要是媒体裂隙中因氯化物溶液的渗入，同时在煤表面覆盖，隔绝空气；负催化作用，主要是阻化处理煤之后，煤表面有阻化剂，降低了氧与煤合力；吸水降温作用，主要是因氯化物有很强的吸水性，使得煤表面含有大量水分，起到降温作用，发火期得到延长。氯化镁因无毒、无害，是应用较为广泛的水类阻化剂，能最小腐蚀机械，所以，应是合理之选。雾化、管路系统与雾化泵站是主要的汽雾阻化系统。电器开关、储液箱、过滤器、雾化泵设置于雾化泵站，接头、高压球阀、高压管构成系统管理，雾化器为雾化部分。
5.3 防治瓦斯积聚策略
（1）配风的计划性，确保新鲜风能及时到达工作面。
（2）设有两道风门，不可同时打开。在通风区，开关传感器、闭锁与拉簧是风门必备。
（3）在工作面尾部打风障，且存1300m?/min的风量，同时存在超过1%的瓦斯浓度，则需要抽排风。
（4）瓦电闭锁装置要安装于工作面。
结束语
在以节能减排、发展新能源政策下，煤炭资源依然占我国能源利用的主导地位。极近距离煤层开采并没有深入的理论研究，下分层开采更会出现应力的重新分布，出现来压不规律与不明显情况。本文主要极近距离煤层做了概念阐述，并通过案例用以深入理解什么是极近距离煤层，同时分析了极近距离煤层开采时的不足。在以王村煤矿几个工作面的矿压分析后，得知极近距离煤层下分层开采时需要注意的几个层面的矿压显现规律。当然，采矿安全是重中之重，需要采取各项措施，保证矿工的生命安全。
参考文献：
[1]崔猛.极近距离煤层开采顶板来压规律实测研究.2014.1
[2]刘新江.刀柱式采空区下方极近距离煤层开采方法研究.2015.5
[3]王存权.极近距离煤层开采通防综合管理.2011.6
[4]杨晋.极近距离煤层开采围岩控制理论及技术探析.2013.2
论文作者:朱银胜
论文发表刊物:《防护工程》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/19
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