巷道礦壓規(guī)律研究與停采位置優(yōu)化

李學(xué)　韓衛(wèi)棟

摘 要：山東新陽能源有限公司地質(zhì)條件復(fù)雜，屬于薄煤層開采，如何提高煤炭資源的回收率具有重要意義。在保證巷道圍巖穩(wěn)定性的前提下，通過巷道礦壓觀測數(shù)據(jù)分析保護煤柱所受應(yīng)力和變形特點，以現(xiàn)場實測方法得出不同寬度煤柱的應(yīng)力分布情況、塑性破壞分布以及巷道頂?shù)装?、兩幫移進量，優(yōu)化保護煤柱寬度，最終確定工作面停采位置，能夠提高煤炭資源的回收率，增加了經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：保護煤柱；礦壓觀測；煤炭資源

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.068

1 問題的提出

山東新陽能源有限公司設(shè)計年生產(chǎn)能力45萬噸，經(jīng)過系統(tǒng)改造，核定年生產(chǎn)能力達到75萬噸。隨著生產(chǎn)能力的提高，礦井薄煤層單項低與巷道萬噸掘進率高的矛盾日益變大，需進一步增加對煤炭資源的回收率。為此，公司首先以三采一層3107上面停采位置合理優(yōu)化作為突破口，在確保安全生產(chǎn)的前提下，進一步縮小巷道保護煤柱寬度，以最大限度的提高煤炭資源的回收率，緩解生產(chǎn)接續(xù)壓力。

2 技術(shù)方案論證

礦井以往巷道保護煤柱留設(shè)為40m，尤其是對于薄煤層礦井，保護煤柱留設(shè)的不合理也是引起資源消耗快的重要因素，為此，公司充分借鑒總結(jié)以往巷道礦壓顯現(xiàn)與煤柱在回采過程中的應(yīng)力和變形特征規(guī)律經(jīng)驗，同時，借鑒其他單位經(jīng)驗，優(yōu)化了停采線位置，縮小了保護煤柱，提高煤炭資源的回收率。

3 項目實施

3.1 煤柱尺寸留設(shè)因素分析

巷道圍巖特征生產(chǎn)實踐表明，巷道圍巖特征是影響煤柱留設(shè)的主要因素，不同巖層表現(xiàn)出的力學(xué)特性差異較大，其與煤柱所受應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)。一般認(rèn)為，巷道圍巖狀態(tài)越好，巖層硬度越高，越有利于保證巷道上方的穩(wěn)定性，煤柱尺寸留設(shè)越小。

煤層賦存狀態(tài)煤層賦存狀態(tài)包括煤層厚度、煤層傾角、埋深等多種參數(shù)，理論認(rèn)為煤層厚度越大，傾角越大，巷道穩(wěn)定性越差，煤柱所受應(yīng)力條件越復(fù)雜，應(yīng)力集中情況越明顯，對于保護煤柱的要求也越高；埋深越大，巷道煤柱所受上覆巖層壓力越大，煤柱穩(wěn)定性越差。故一般煤柱尺寸的留設(shè)與煤層厚度、煤層傾角和埋深等因素呈反比關(guān)系。

3.2 煤柱應(yīng)力和變形觀測實測

根據(jù)《巷道圍巖穩(wěn)定性及工作面頂?shù)装宸诸悎蟾妗房芍喝梢粚?107上面老頂為深灰色細砂巖層理發(fā)育、性脆易碎、易冒落，厚1-5.8m，平均厚3.4m；直接頂為淺灰色中砂巖厚3.5m。直接底為深灰色細砂巖，富含植物化石，厚1.7m，老底為6.3m的細砂巖，無吸水膨脹性。

3.3 觀測方案的布置與數(shù)據(jù)收集、分析

掌握煤柱隨工作面回采過程中的應(yīng)力和變形特征是進行煤柱留設(shè)研究的前提，故在正在開采3107上面進行布點現(xiàn)場實測。根據(jù)開采經(jīng)驗，目前所回采的工作面巷道保護煤柱寬度為40m。在煤柱內(nèi)布置KS-1 型鉆孔應(yīng)力計，深度分別為6、8、10、13、15 m，分別為11#～15# 測點；鉆孔應(yīng)力計可實時記錄工作面回采過程中的受力情況，并可通過數(shù)據(jù)采集器進行采集；在煤柱內(nèi)布置水平位移測點用以觀測隨工作面回采煤體變形特征，深度分別為4、8、12、15 m，分別為21#～24# 測點。實測數(shù)據(jù)經(jīng)分析后繪圖如圖1 和圖2 所示。

由圖1、圖2可知， 所測煤柱兩側(cè)塑性區(qū)寬度大致為5 m 和8～10 m，考慮礦井地質(zhì)條件的復(fù)雜性，故煤柱尺寸應(yīng)不低于20 m。

3.4 巷道礦壓觀測

觀測點布設(shè)：

觀測線沿煤柱保護巷道走向方向布置，每50米布置一組測點，每組觀測點的安設(shè)方法：安設(shè)2組KBU101-200頂?shù)装逡平縿討B(tài)報警儀，在巷中頂板安裝一組YHW300本安型圍巖位移測定儀，在巷中錨桿、在非采空側(cè)巷幫中間各安裝一組錨桿MCS-400礦用本安型錨桿（錨索）測力計。同時巷道底板安設(shè)觀測錨桿，采用十字布點法，對巷道兩幫及頂?shù)装逡平窟M行監(jiān)測。觀測點布設(shè)在巷道頂板及兩幫觀測線長度共計422 m ， 共設(shè)控制點6 個。為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，在每組測點處巷道頂板安設(shè)一組頂板離層儀，觀測兩組數(shù)據(jù)并進行校對。數(shù)據(jù)收集時使用FCH2G/1礦用本安型手持采集器對礦壓觀測設(shè)備進行數(shù)據(jù)收集。

礦壓顯現(xiàn)特點：根據(jù)巷道礦壓觀測數(shù)據(jù)分析， 巷道頂?shù)装?、兩幫移進量較小，煤柱留設(shè)滿足要求。

4 技術(shù)特征及創(chuàng)新點

（1）對巷道礦壓顯現(xiàn)與煤柱應(yīng)力變化進行了數(shù)據(jù)研究與分析，合理確定了停采位置。

（2）巷道保護煤柱寬度進一步縮短，增加了可采面積，提高了煤炭回收率，緩解生產(chǎn)接續(xù)壓力。

（3）3107上面、3107南下面、3107南上面停采位置優(yōu)化后，與原有巷道保護煤柱留設(shè)40m相比較，煤柱寬度縮小20米，增加了可采面積8440m?，實現(xiàn)凈利潤242-29=213萬元。

5 結(jié)束語

所以根據(jù)不同的礦井地質(zhì)條件，通過分析研究巷道圍巖穩(wěn)定性，合理選擇保護煤柱寬度，對于提高煤炭資源的回收率和增加了煤炭經(jīng)濟效益具有重要意義。

參考文獻：

[1]徐永圻.煤礦開采學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[2]李增學(xué).煤礦地質(zhì)學(xué)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：李學(xué)（1988-），男，山東泰安人，本科，助理工程師，研究方向：煤炭工程。