王海成

（國(guó)投新集能源股份有限公司新集一礦，安徽省淮南市，232000）

小錯(cuò)距上下煤層反向同采對(duì)上工作面巷道的影響

王海成

（國(guó)投新集能源股份有限公司新集一礦，安徽省淮南市，232000）

根據(jù)新集一礦已有的工程地質(zhì)資料和科研成果建立模型，采用FLAC3D進(jìn)行了數(shù)值模擬，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，研究了小錯(cuò)距上下煤層工作面反向同采時(shí)，上工作面巷道圍巖應(yīng)力、塑性區(qū)和變形情況，研究結(jié)果表明，上工作面巷道圍巖變形在兩工作面推進(jìn)過(guò)程中呈現(xiàn)兩個(gè)階段的變化，該巷道圍巖一定范圍內(nèi)發(fā)生塑性破壞是其圍巖變形不斷增長(zhǎng)的主要原因，因此上工作面巷道支護(hù)的關(guān)鍵是加固其圍巖的塑性破壞區(qū)，提高圍巖的自承載能力。

回采工作面 反向同采 數(shù)值模擬 小錯(cuò)距 回采巷道 圍巖變形

1 工程概況

老礦井經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采，生產(chǎn)系統(tǒng)較為復(fù)雜，采掘接續(xù)也比較緊張，因此有時(shí)出于接續(xù)方面的原因，不可避免地會(huì)出現(xiàn)小錯(cuò)距上下煤層工作面同采的問(wèn)題，這時(shí)就需要研究上下煤層工作面同采對(duì)上工作面巷道的影響，有針對(duì)性地采取有效措施，以保證上工作面能夠正常回采。

261306工作面位于新集一礦二水平六采區(qū)，為走向長(zhǎng)壁懸移支架放頂煤炮采工作面，沿煤層走向布置，開(kāi)采煤層為13－1、13－1下煤層，煤層傾角0～20°，平均11°，煤層厚度較穩(wěn)定，全層厚度平均為7.11m，工作面風(fēng)巷底板標(biāo)高為－526.8～－563.6m，機(jī)巷底板標(biāo)高為－545.3～－582.2m，該工作面平均走向長(zhǎng)為769.0m，平均傾斜長(zhǎng)為97.0m。

261306回風(fēng)巷為半圓拱斷面，凈高3.6m，凈寬3.0m，采用U36型鋼支護(hù)。

241107工作面位于新集一礦二水平四采區(qū)，為走向長(zhǎng)壁一次采全高綜采工作面，采高約3.5m，開(kāi)采煤層為11－2煤層，煤層傾角1～24°，平均10°，煤層厚度較穩(wěn)定，平均厚度3.70m，工作面回風(fēng)巷底板標(biāo)高為－563.9～－587.3m，運(yùn)輸巷底板標(biāo)高為－598.7～－622.5m，該工作面平均走向長(zhǎng)1385.8m，平均傾斜長(zhǎng)149.4m。

261306和241107工作面為反向同采，兩工作面的相對(duì)位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 241107及261306工作面布置示意圖

2 計(jì)算模型的建立

采用FLAC3D進(jìn)行數(shù)值模擬，分析2 4 1 1 0 7和261306兩工作面反向同采時(shí)，對(duì)261306回風(fēng)巷的影響。

2.1 幾何力學(xué)模型的建立

根據(jù)241107和261306工作面的煤系地層資料建立三維數(shù)值模型，X方向?yàn)槊簩觾A向，Y方向?yàn)槊簩幼呦?，整個(gè)模型高度246.5m，傾向長(zhǎng)度430m，走向長(zhǎng)度200m，共劃分成322880個(gè)單元體，338045個(gè)節(jié)點(diǎn)。

模型的前后和左右邊界限制水平移動(dòng)，下部邊界限制垂直移動(dòng)，上部邊界為自由邊界，上部邊界以上的巖層作為外載荷施加在模型的上邊界上。

2.2 初始地應(yīng)力場(chǎng)的賦值

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所采用水壓致裂法對(duì)新集一礦的地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，本次數(shù)值模擬的初始地應(yīng)力值由以下公式算出：

式中：σz——Z方向垂直主應(yīng)力，MPa；

σy——Y方向水平主應(yīng)力，MPa；σx——X方向水平主應(yīng)力，MPa；

H——地層深度，m。

2.3 巖石力學(xué)參數(shù)的選取

本次數(shù)值模擬計(jì)算采用莫爾－庫(kù)侖（Mohr－Coulomb）準(zhǔn)則判斷巖體的破壞，根據(jù)新集一礦已有的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取的力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖層力學(xué)參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 261306回風(fēng)巷圍巖垂直應(yīng)力分布

回風(fēng)巷掘出后，其兩幫圍巖在一定范圍內(nèi)形成了垂直應(yīng)力增高區(qū)，頂?shù)讎鷰r在一定范圍內(nèi)形成了垂直應(yīng)力降低區(qū)，在兩工作面相遇之前，隨著兩工作面的向前推進(jìn)，回風(fēng)巷圍巖兩幫垂直應(yīng)力峰值不斷增加，應(yīng)力增高區(qū)范圍不斷增大，在兩工作面相遇之后，隨著兩工作面的繼續(xù)向前推進(jìn)，下幫垂直應(yīng)力峰值不斷增加，應(yīng)力增高區(qū)范圍不斷增大，但上幫（靠近241107工作面一幫）垂直應(yīng)力峰值逐步降低，圍巖的垂直應(yīng)力降低區(qū)向241107工作面的采空區(qū)方向擴(kuò)展。

3.2 261306回風(fēng)巷圍巖水平應(yīng)力分布

回風(fēng)巷掘出后，其頂?shù)讎鷰r在一定范圍內(nèi)形成了水平應(yīng)力增高區(qū)，兩幫圍巖在一定范圍內(nèi)形成了水平應(yīng)力降低區(qū)，在兩工作面相遇之前，隨著兩工作面的向前推進(jìn)，回風(fēng)巷上幫和頂?shù)装鍑鷰r水平應(yīng)力變化較小，而下幫圍巖水平應(yīng)力峰值和增高區(qū)范圍不斷增大，在兩工作面相遇之后，下幫圍巖水平應(yīng)力峰值和增高區(qū)范圍繼續(xù)不斷增大，但頂、底板圍巖和上幫的水平應(yīng)力峰值隨著兩工作面的繼續(xù)向前推進(jìn)，應(yīng)力峰值逐步降低，巷道圍巖的水平應(yīng)力降低區(qū)同樣向241107工作面的采空區(qū)方向擴(kuò)展。

4 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果分析

在261306回風(fēng)巷內(nèi)從工作面向外依次布置巷道圍巖表面變形觀測(cè)點(diǎn)，1＃測(cè)點(diǎn)距261306工作面為10m，測(cè)點(diǎn)間距為10m，共布置10個(gè)測(cè)點(diǎn)，用鋼卷尺和測(cè)桿測(cè)讀巷道變形量，每1～2d測(cè)1次，變形觀測(cè)從2010年11月2日開(kāi)始至12月10日結(jié)束，11月26日兩工作面在推進(jìn)方向上相遇，此時(shí)，261306回風(fēng)巷推進(jìn)37m，241107運(yùn)輸巷推進(jìn)112m，取6＃和8＃測(cè)點(diǎn)的變形結(jié)果進(jìn)行分析，變形曲線見(jiàn)圖2。

從圖2中可以看出，隨著兩工作面的向前推進(jìn)，261306回風(fēng)巷移近速度逐步增大，兩工作面相遇之后，移近速度逐步平緩，通過(guò)觀測(cè)，261306回風(fēng)巷頂?shù)鬃冃瘟看笥趦蓭妥冃瘟浚蚧仫L(fēng)巷底板未進(jìn)行有效支護(hù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)風(fēng)巷底臌嚴(yán)重，所有測(cè)點(diǎn)中頂?shù)装謇塾?jì)最大變形量為2299mm，兩幫累計(jì)最大變形量為1950mm。

圖2 261306回風(fēng)巷內(nèi)測(cè)點(diǎn)變形分析圖

5 結(jié)論

（1）通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)261306回風(fēng)巷形變從距241107工作面煤壁20m位置開(kāi)始逐漸變大，其中40～60m范圍內(nèi)巷道移近速度最大，礦壓顯現(xiàn)最為明顯，距離超過(guò)80m后，巷道變形量開(kāi)始變小，逐漸趨于穩(wěn)定。

（2）兩工作面開(kāi)采后引起261306回風(fēng)巷圍巖應(yīng)力場(chǎng)的變化，而應(yīng)力變化將導(dǎo)致塑性場(chǎng)的變化，故塑性場(chǎng)變化是風(fēng)巷圍巖變形增長(zhǎng)的主要原因。

（3）針對(duì)261306回風(fēng)巷變形影響因素，在采動(dòng)影響范圍內(nèi)提前臥底注漿，對(duì)U型棚棚卡和拉條重新進(jìn)行緊固，并且打一梁二柱托棚加強(qiáng)支護(hù)，經(jīng)過(guò)上述措施巷道變形得到有效控制。

［1］ 張蕊，鞠遠(yuǎn)江，彭華等.新集一礦地應(yīng)力測(cè)試及應(yīng)用分析［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2010（8）

［2］ 謝和平，周宏偉，王金安等.FLAC在煤礦開(kāi)采沉陷預(yù)測(cè)中的應(yīng)用及對(duì)比分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1999（4）

［3］ 劉波，韓彥輝.FLAC原理實(shí)例與應(yīng)用指南［M］.北京：人民交通出版社，2005

［4］ 彭蘇萍，凌標(biāo)燦，鄭高升等.采場(chǎng)彎曲下沉帶內(nèi)部巷道變形與巖層移動(dòng)規(guī)律研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2002（1）

Influence of two coal faces with small horizontal separation in upper and lower coal seams mined in opposite directions on roadway of upper face

Wang Haicheng
（No.1Colliery of SDIC Xinji Energy Company Ltd.，Huainan，Anhui 232000，China）

The numerical model was established by FLAC3Dsoftware according to the existing engineering geological data and scientific research results on No.1Colliery of Xinji Energy Company.Combined with the observation data from the coal mine，the stress of surrounding rock，the plastic region and the deformation of the roadway in the upper mining face were studied during the coal mining in opposite directions in the upper and lower coal seams with small horizontal separation.The results showed that the surrounding rock deformation of the roadway in the upper mining face varied in two stages in the advancing process of two mining faces.The plastic damage in some regions caused the continuous deformation of the surrounding rock.So the key of roadway support in the upper mining face is to strengthen the plastic damage area of surrounding rocks so as to improve the own bearing capacity of surrounding rocks.

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TD322

A

王海成（1981－），男，陜西漢中人，本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)在國(guó)投新集一礦從事采礦技術(shù)管理工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）