王二斌

（西山煤電官地礦生產(chǎn)調(diào)度中心，山西 太原 030022）

1 28416工作面地質(zhì)概況

西山煤電集團(tuán)有限公司官地礦井田28416工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，蓋山厚度150～458m，平均厚度304m。對8#工作面安全回采影響因素主要有8#煤地質(zhì)特征及煤層性質(zhì)、斷層、陷落柱及3#煤采空區(qū)。

1.1 8#煤地質(zhì)特征及煤層性質(zhì)

8#煤整體呈褶皺構(gòu)造，西北側(cè)向斜構(gòu)造，軸向76°，兩翼傾角3～20°；中部為向斜構(gòu)造，軸向38°，兩翼傾角約7°；東側(cè)為背斜構(gòu)造，軸向69°， 兩翼傾角約5°。8#煤層老頂為灰?guī)r含水層，回采過程中在向斜軸部，遇地質(zhì)構(gòu)造及頂板裂隙帶時會有淋水滲出。8#煤工作面瓦斯絕對涌出量8m3/min，屬于高瓦斯礦井，8#煤塵爆炸指數(shù)13.36%；煤塵爆炸指數(shù)13.51%。煤層自燃傾向性：8#煤層為Ⅱ類自燃煤層；9#煤層為Ⅲ類不易自燃煤層。8#煤層之間間距、傾角及采區(qū)劃分詳見表1。

表1 8#、9#煤層特征表

1.2 斷層及陷落柱情況

該面掘進(jìn)過程中揭露落差0.40～5.00m的正斷層16條，預(yù)計工作面回采過程中工作面內(nèi)還將揭露落差0.70～2.20m的正斷層8條。掘進(jìn)過程中揭露陷落柱共計12個，其中最大陷落柱面積11508m2，最小陷落柱面積459m2，其余絕大多數(shù)陷落柱面積在2000～7000m2。

1.3 3#煤采空區(qū)分布情況

工作面井下跨越中四、南四采區(qū)，工作面四周為未采區(qū)，上部為23416、23418、16407及23414工作面采空區(qū)。采空區(qū)煤柱50m，形態(tài)大小差異很大，3#煤采空區(qū)處理采用全部垮落法。采空區(qū)積水量共計13600m3，對回采造成一定影響。3#與8#煤層間距約58.49m，預(yù)計回采至采空區(qū)低洼處時可能有少量積水沿采空裂隙滲出，影響礦井安全生產(chǎn)。

2 28416工作面生產(chǎn)概況

28416工作面設(shè)計可采走向長1438m，正巷設(shè)計長度為1705m，副巷設(shè)計長度為1771 m，采長198m；8#煤層平均厚度3.71m（可采），9#煤層平均厚度3.02m，8#與9#聯(lián)合開采平均厚度6.73m；煤層傾角0°～20°；工作面正巷、副巷均采用矩形斷面：凈寬4.20m，凈高3.00m；切眼采用矩形斷面：凈寬8.50m，凈高3.00m。

工作面采用傾斜長壁后退式采9#煤放8#煤綜采低位放頂煤綜合機(jī)械化采煤方法，采放比1:1.23。采9#煤時，若8#、9#煤層間距小于1.00m時，采取跟頂跟底一次采全高。若8#、9#煤層間距大于1m或9#煤頂板較堅硬時，采取破頂跟底開采，破頂后9#煤頂板厚度不小于500mm。（破頂開采時必須制定專項技術(shù)措施）若破頂后采高超過3.50m時，采取留底煤破頂開采，保證采高不高于3.50m、不低于3.00m。

3 3#煤采空區(qū)底板應(yīng)力分布對8#煤回采影響

3#號煤層開采后形成的采空區(qū)，對8#煤工作面回采影響主要體現(xiàn)在3#號煤底板應(yīng)力分布影響，同時采空區(qū)積水、積氣也對工作面回采造成安全隱患。因此，本文主要通過理論分析和數(shù)值模擬分析兩種方法探討3#煤層的底板應(yīng)力分布對8#煤工作面回采影響。

3.1 理論分析3#煤采空區(qū)底板應(yīng)力分布特征

3#煤工作面回采必然對煤層底板應(yīng)力和巖性造成一定影響。開挖前，屬于原巖應(yīng)力區(qū)，開挖后由于支承應(yīng)力與原巖應(yīng)力相互疊加，形成了應(yīng)力集中區(qū)。形成采空區(qū)后，屬于卸壓區(qū)。底板巖層受到破壞形式主要有剪切和拉伸破壞，其破壞區(qū)深度通過理論計算可得。

式中：

γ-上覆巖層容重，取2.2×104kN/m3；

H-埋深，m；

L-工作面長度，取120m；

R-巖體單軸抗壓強(qiáng)度，MPa。

經(jīng)過計算得出3#煤底板破壞區(qū)7.66m，裂隙區(qū)11.49m，由于工作面回采底板影響深度為19.15m。并結(jié)合3、8#煤層間距58.49m，因此分析可知，3#煤工作面采空區(qū)對8#煤采空區(qū)穩(wěn)定性影響有一定影響，但影響不大。

3.2 數(shù)值模擬3#煤采空區(qū)底板應(yīng)力分布特征

根據(jù)28416回采工作面實際地質(zhì)情況及生產(chǎn)概況，工作面長度取198m，工作面采深取304m，3號煤層根據(jù)開采情況視為采空區(qū)， 3#與8#煤層間距約58.49m。本文采用數(shù)值模擬軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析3#煤采空區(qū)對8#煤層工作面回采影響。

由于井下開挖開采，主要涉及粘土塊狀巖體，因此選取摩爾—庫倫模型。根據(jù)開采影響范圍，上邊界采用應(yīng)力邊界，取3#煤上方50m。下邊界取位移固定邊界，取8#煤下方30m，左右采取位移邊界。數(shù)值模型采用重力加載，待加載平衡后，采取井下開挖。由于礦井采空區(qū)采用全部垮落法，因此開挖模型采用NULL模型，其模擬分析結(jié)果如下，通過HIST命令設(shè)置監(jiān)控點，結(jié)果如下表2。

本文監(jiān)測了采空區(qū)底板40m應(yīng)力分布特征。在0～3m內(nèi)，應(yīng)力最小，處于卸壓區(qū)，主要是由于煤體破損。其后3～20m內(nèi)，由于原巖應(yīng)力和支承應(yīng)力相互疊加，導(dǎo)致應(yīng)力集聚升高，應(yīng)力最大值26.95MPa，應(yīng)力集中系數(shù)2.3，其后20～30m，其應(yīng)力逐步降低，但是應(yīng)力比較大。30～40m，屬于原巖應(yīng)力區(qū)，應(yīng)力分布特征如表2和圖1所示。

4 結(jié)論

本論文以28416回采工作面地質(zhì)概況及開采技術(shù)為研究背景，采用理論分析法和數(shù)值模擬分析法分別對3#煤采空區(qū)底板應(yīng)力進(jìn)行研究分析，得出：

（1）本文主要從3#煤采空區(qū)底板應(yīng)力分布特征進(jìn)行分析，重點分析了3#煤采空區(qū)對8#煤工作面影響，3#煤采空區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)力影響范圍最大距離19.15m，對8#煤工作面回采影響不大。

（2）28416回采工作面區(qū)域內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有大量小斷層，斷層附近多為泥巖、破碎的粉砂巖。在實際回采過程中，容易成為導(dǎo)水通道，因此實際開采過程中應(yīng)加強(qiáng)28416回采工作面探放水。

表2 采空區(qū)底板應(yīng)力分布表

圖1 采空區(qū)底板應(yīng)力分布與底板下方距離關(guān)系（m）圖