马兰矿近距离采空区下巷道内错距离的研究_赵旦实.pdf

182023 年第 2 期马兰矿近距离采空区下巷道内错距离的研究赵旦实 （山西焦煤西山煤电股份有限公司马兰矿，山西 太原 030205）摘 要 针对马兰矿 10606 工作面近距离采空区下回采巷道稳定性较差、顶板易冒落等问题，结合工程地质条件，采用数值模拟的方法，确定了 1#煤层和 2#煤层近距离采空区回采巷道内错 1020 m 的合理距离，并通过现场实践以及围岩变形监测验证了数值计算结果的合理性。关键词 近距离；采空区；巷道；内错中图分类号 TD822+.2 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.007Study on the Internal staggered Distance in the Roadway Under the Close Distance Goaf of Malan MineZhao Danshi(Malan Mine of Shanxi Coking Coal Xishan Coal Electricity Co.,Ltd.,Shanxi Taiyuan 030205)Abstract:Aiming at the problems such as poor stability and the roof is easy to fall of the mining roadway under the close distance goaf of the 10606 working face in Malan Coal Mine,combined with the engineering geological conditions,the method of numerical simulation is adopted,the reasonable distance of internal staggered 10-20 m in the close distance goaf of the 1#coal seam and the 2#coal seam is determined,and the rationality of the numerical calculation results is verified by field practice and surrounding rock deformation monitoring.Key words:close distance;goaf;roadway;internal staggered收稿日期 2022-07-16作者简介 赵旦实（1986），男，山西古交人，2013 年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，本科，助理工程师，现在山西焦煤西山煤电股份有限公司马兰矿从事煤炭技术管理工作。赵旦实：马兰矿近距离采空区下巷道内错距离的研究赵旦实：马兰矿近距离采空区下巷道内错距离的研究我国的近距离煤层资源分布广泛，煤炭资源储量丰富。下行开采时，先开采的煤层一般会对后开采的煤层产生较大的影响，下部煤层顶板完整结构会受到一定程度的破坏，从而在煤层顶板支护时较为困难，极易发生坍塌事故。因此，进行近距离采空区下巷道围岩的内错距离研究具有重要意义1-7。1 工程概况10606 工作面位于南六采区左翼，两巷均开口于南六轨道下山，10606 工作面运输巷沿 2#煤层底板掘进，煤层厚度 1.402.37 m，平均 2.14 m，结构为 1.20（0.10）0.84，普氏硬度 2.0。巷道断面采用矩形断面，宽度为 4.4 m，高度为 2.8 m。顶底板岩性如图 1。10606 工作面回采巷道的上方为 1#煤层 11202采空区，在 10606 工作面回采巷道掘进时，巷道稳定性较差。图 1 煤岩层综合柱状图2 数值模拟2.1 模拟方案为探究 2#煤层开采过程中对底板的扰动破坏，192023 年第 2 期赵旦实：马兰矿近距离采空区下巷道内错距离的研究赵旦实：马兰矿近距离采空区下巷道内错距离的研究根据马兰矿的实际地质条件，利用数值模拟软件FLAC3D建立三维数值计算模型。各煤层根据煤层倾角近似取为水平煤层，模型尺寸长 宽 高=200 m90 m60 m，模型总共 374 670 个实体单元，379 821 个网格节点，模型左右、前后、下边界均为固定约束，上表面为自由约束。各岩层的物理力学参数见表 1。表 1 围岩物理力学参数岩体密度/（kg/m3）摩擦角/（）黏聚力/MPa抗拉强度/MPa体积模量/GPa砂岩2.35361.230.675.49泥岩2.94320.690.433.302#、1#煤层1.38240.840.120.59泥岩2.67351.510.813.76中砂岩2.34391.330.714.45为探究不同内错距离对 10606 工作面近距离采空区巷道围岩变形的影响，分别模拟 2#煤层、1#煤层回采巷道 10 m、20 m、30 m 和 40 m 的内错距离下四种不同方案的 2#煤层回采巷道围岩变形情况。2.2 结果与分析1#煤层 11202 工作面开采前后周围实体煤的垂向应力分布如图 2。由图 2 可知，1#煤层 11202工作面开采前其周边实体煤的垂向应力值约为 6.1 MPa，11202 工作面开采后，围岩应力开始转向周围实体煤中。在煤体 2.54.5 m 的深部范围，应力出现集中，最大值约17.1 MPa，煤体4.5 m的深部后，应力值开始逐步趋于稳定值。可以看出，与采空区的距离越小，其对 2#煤层围岩扰动破坏越大。图 2 1#煤层开采前后围岩应力变化曲线图2#煤层、1#煤层回采巷道 10 m、20 m、30 m和 40 m 的内错距离下巷道围岩变形情况，如图 3。由图 3 可知，在不同内错距离下，2#煤层回采巷道围岩变形量随距工作面距离的不断增加而减少。在10 m、20 m 内错距离下，巷道帮部变形量大于顶板变形量，且顶板、左帮、右帮处的变形量变化较为平缓，围岩变形没有出现骤减现象，巷道围岩变形较为均匀。在 30 m、40 m 内错距离下，巷道顶板变形量大于帮部变形量，且 40 m 内错距离下，巷道围岩变形量最大，顶板最大下沉量约278 mm，左、右帮最大变形量约为 275 mm、253 mm，这主要是由于 1#上煤层的开采对 2#煤层及其顶板岩层的不同扰动影响造成的。同时，顶板、左帮、右帮处的变形量变化在与巷道表面距离 0.52.5 m 范围内，巷道围岩两帮处变形量由 247253 mm 骤减至 852 mm，岩体内塑性破坏的程度较大，巷道围岩内大概率发生了离层破坏。（1）内错距离 10 m （2）内错距离 20 m（3）内错距离 30 m （4）内错距离 40 m图 3 不同内错距离下巷道围岩变形曲线图202023 年第 2 期从以上分析可以看出，1#煤层和 2#煤层近距离采空区回采巷道内错 1020 m 的距离可有效保证巷道围岩稳定性。3 工业性试验将马兰矿 1#煤层、2#煤层回采巷道内错距离设计为 15 m，采用十字交叉法对 2#煤层回采巷道掘进过程进行巷道顶底板及两帮围岩表面变形进行观测，如图 4。同时采用 LBTY-1 型的顶板离层指示仪监测巷道顶板离层量，顶板离层变形如图 5。（1）巷道顶底板变形 （2）巷道两帮变形图 4 巷道围岩变形曲线图图 5 巷道顶板离层变形曲线图由图 4 可知，在 10606 工作面回采巷道掘进过程中，巷道围岩变形量在 15 d 后开始趋于稳定，巷道顶板最大沉降量约为 90 mm，底板最大底鼓量约为 19 mm。由于 10606 工作面左侧邻近采空区，导致巷道左侧变形量较大，左、右帮最大移近量分别约为 114 mm、91 mm。由图 5 可知，在顶板离层监测过程中，顶板离层变形在 14 d 左右趋于稳定，最大离层量为7 mm。巷道围岩变形量均在控制范围内，满足煤层开采过程中的使用要求，表明数值计算所得结果的合理性。4 结语以马兰矿 2#煤层 10606 工作面回采巷为工程背景，对近距离采空区巷道内错距离展开研究，得出以下主要结论：（1）通过数值模拟分析得出，1#煤层和 2#煤层近距离采空区回采巷道内错 1020 m 的距离可有效控制巷道围岩的变形破坏。（2）将数值计算所得结果进行现场试验，巷道围岩变形在15 d后趋于稳定、顶板离层变形较小，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正确性。【参考文献】1 张向阳，常聚才.上下采空极近距离煤层开采围岩应力及破坏特征研究J.采矿与安全工程学报，2014，31（04）：506-511.2 张百胜.极近距离煤层开采围岩控制理论及技术研究 D.太原：太原理工大学，2008.3 龚红鹏，李建伟，陈宝宝.近距离煤层群开采覆岩结构及围岩稳定性研究 J.煤矿开采，2013，18（05）：90-92+43.4 李可，张开智，张进红.煤层底板采动应力分布及 破 坏 特 征 J.煤 矿 安 全，2017，48（06）：192-195.5 吴伟伟，戴兴国，胡毅夫，等.矿脉群卸压开采技术在岩爆防治中的应用研究 J.矿业研究与开发，2018，38（09）：6-11.6 王拓，常聚才，张兵，等.深井坚硬顶板回采巷道锚网索支护技术研究 J.煤炭工程，2016，48（07）：50-52.7 曹海彬.开拓煤业极近距离煤层回采巷道围岩控制技术研究应用 J.山东煤炭科技，2021，39（10）：48-50+54+57.