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作 者
郝登云1,2,吴拥政1,2,陈海俊3,褚晓威1,2,李 杨4
作者单位
1. 天地科技股份有限公司开采设计事业部；2. 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室；3. 山西世德孙家沟煤矿有限公司；4. 中国矿业大学(北京) 资源与安全工程学院
研究背景
我国许多煤田均含有多层距离比较近的可采或局部可采煤层,对这些近距离煤层的开采主要以下行开采为主。现场实践和研究表明,近距离煤层群下行开采时,上下煤层开采的相互影响使得下部煤层开采与单一煤层开采相比要更加复杂和困难,特别是回采巷道维护、工作面顶板管理等。国内许多专家学者对近距离煤层群开采回采巷道布置方式及支护设计进行了深入研究,得到了非常有价值的研究成果。
但是,对上层煤已全部开采,下层煤在采空区条件下进行特厚煤层综放工作面开采情况研究的不多,可借鉴的资料和经验较少,因此,有必要对此类条件的煤层开采进行研究。
摘 要
采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面13311回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。
研究表明,13311回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。
为改善13313回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式,将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于20m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到20m以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。
据此,在13313回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻13311工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250~300kN,约为其破断力的50%,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形。
13313回风巷顶底板移近量为400mm左右,两帮移近量为300mm左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层13号煤层13313工作面回采时,因工作面上方11号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。
文中图片
工作面地质综合柱状
巷道空间位置关系
煤柱支承应力在下层煤中影响范围示意
13 号煤层工作面侧向支承压力分布
煤柱作用下13号煤层垂直应力分布曲线(单位:MPa)
数值计算模型
不同煤柱宽度时13313回风巷两侧垂直应力分布
13313回风巷布置位置示意
巷道支护参数示意
煤柱钻孔应力计布置示意
煤柱垂直应力分布
顶板锚索受力和巷道表面位移监测曲线
来源：
郝登云,吴拥政,陈海俊,等. 采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制[J]. 煤炭学报,2019,44(9):2682-2690.
HAO Dengyun,WU Yongzheng,CHEN Haijun,et al. Instability mechanism and prevention technology of roadway in close distance and extra thick coal seam under goaf[J]. Journal of China Coal Society,2019,44(9):2682-2690.
责任编辑：韩晋平编辑整理：郭晓炜
审 核：常琛
End
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