近距离煤层煤柱及采空区下综采工作面矿压规律分析

    齐电水

    摘 要：我国诸多煤矿开采的过程中，尤其需要通过反复斜交开采的方法来进行全面开采。主要可以通过合适的观测的手段来分析内部的矿压规律。相信这样一次又一次的分析对于控制回采场的围岩有着非常重要的意义。本文结合实际案例，主要分析近距离煤层煤柱和采空区下综采工作面矿压的规律，希望能够给大家更多的参考性意见。

    关键词：近距离开采；煤层煤柱；综采工作面；矿压监测

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.086

    0 引言

    由于我国对于煤矿的需求量正在不断地增多，所以很多矿井内上部的煤层已经全部开采结束。如果煤层之间的间距一直处于较小的范围内，那么上部煤层的开采工作会对下部煤层的开采状况造成一定的影响。下部煤层的工作面也会因为遗留煤柱的影响而出现应力过于集中和矿压剧烈变化的现象。为了更好地解决这一问题，针对近距离煤层和采空区下综采工作面内部的矿压进行分析显得尤为重要。本文结合实际的情况进行具体的研究。

    1 研究近距离煤层煤柱和采空区下综采工作面矿压的意义

    通过数值模拟的方式来研究煤柱承受的压力和底板之间分布的规律，也就能够知道巷道的整体结构非常容易在不同状态的载荷下出现局部被破坏的现象，从而为后续回采的过程提供全面的指导。另外，通过对上下煤层工作面周期压力矿压规律进行研究之后，大家也能够在适当的时候提出控制矿压的措施。当煤柱下方的区域因此出现动载矿压的现象时，大家也可以通过分析相关的规律来有效地提出相应的防治措施。总而言之，通过全面研究近距离煤层煤柱和采空区下方工作面的矿压，也就能够更好地促进整体煤矿开采工作更加顺利地进行。

    2 实际案例分析

    2.1 某煤矿工作面概况

    某煤矿工作面位于2-2煤层，整个工作面的长度为1120m，倾斜的长度为255m，煤层的平均厚度为2.04m，且内部的倾斜角一直被保持在1度-3度的位置。2-2煤层距离2-1煤层底板约有2.6-6.3m的距离，但整个2-1内部的开采工作已经全部完成。

    从北到南，其工作面和煤柱之间的配合如下：311工作面将会和309的煤柱相互匹配。309的工作面采空区将会和307的煤柱相互匹配。而2-2-601工作面又位于2-1-309采空区的下方[1]。虽然一直都在进行煤炭开采的工作，但是等到整个309的工作面回采结束之后，其内部岩层的运动已经基本变得非常稳定。其采空区内部工作面的布置如图1所示。

    3 工作面形成的机理

    在煤层开采的过程中会实际形成“煤壁-采场-采空区”的支撑形式。煤壁上部会承受着采场上大部分载荷。但是，在实际操作的过程中，煤壁前方所承受的压力要比采空区本身来的大。在实际工作的过程中，可以将工作区实际划分为工作面前方的应力增高区、应力降低区和应力不变的区域，并在之际工作的过程中按照实际情况进行操作。一般，工作面前方所承受的压力将会随着工作面的不断前移而发生变化。但后方的采空区将会在操作的过程中被冒落的矸石所压住，从而使得上部岩层重新被支撑。图2显示了整个工作面前后应力分布的情况。

    下分层开采会在一定程度上受到工作面顶板的影响，因此会在之后使用的过程中出现变形的现象，而内部的围岩应力将会不得已被重新分布。这在一方面体现了围岩应力得以集中和传递的现象，另外一方面还会在无形中破坏底板。

    过于破碎的顶板也会给采场顶板的管理造成一定的困难。由于在管理的过程中，煤柱下方和采空区下方的传递力会呈现不同分布的现象。所以，如果在开采上煤层之后出现关键层破碎的现象，则会在一段时间内就不能够对覆盖的岩层有较好的承载作用。在实际操作的过程中，覆盖的岩层会通过采空区直接与煤层的顶板相接触，进而使得煤层顶板不断地被破坏。在此过程中，工作面的顶板内部的极限破坏距离也会因此不断地增大，最终使得每个煤层工作面的煤柱下方和采空区下方区域和煤柱下方的区域存在着一定矿压之间的规律。

    4 近距离煤层煤柱及采空区下综采工作面矿压规律分析过程

    4.1 计算模型内部的基本参数

    本文采用FLAC软件先建立一个三维模拟的模型，之后再整体进行计算。注意将整个模型的尺寸控制为长度300m，宽度550m，高度36m。并在之后运用整个模型对2-1煤层内部的工作面进行全面布置，注意让两个工作面之间能够保持20m的区段。之后得出煤岩力学的相关参数。

    先设置四周为辊支护的模型。一方面能够很好地限制水平位移的情况，另外一方面也可以在其上方施加大约5MPa的力度，之后再采用Mohr-Coulomb软件进行全面计算。等到2-2内部的待应力得以平衡之后，再研究上煤层内部开采的情况对于本煤层顶板的影响。之后也需要对采空区和影响区域内部的矿压规律进行分析。

    4.2 本煤层开采过程中应力分布的特征

    等到所有煤层开采的活动结束之后，所有采空区内部的岩层运动会趋于平稳。整个区与煤柱下方所有的集中应力则会作用于2-2煤层顶板处。最终，下部煤层采场的应力环境和上部煤层之间存在一定的差异。整个回采巷道内部的矿压规律也相对非常特别。图3显示了煤层开采之后，顶板应力的分布曲线图。

    从上述图中可以看出，受到上述煤层开采的影响，如果煤层上部覆蓋的断裂岩层内部的应力得以不断地释放，则会在之后形成一块特殊的将降低区。而在两侧边界煤柱的范围内，围岩水平应力和垂直应力也会一定范围内得以集中，并随着集中范围的不断增强，最终会影响到采场内部围岩的稳定性[2]。因此，在实际操作的过程中，尤其需要根据煤层采场应力的不同特征来适当地进行支护，只有这样才能够保证工作面开采的过程变得更加安全。

    4.3 实际监测煤层矿压规律分析

    可以通过有效地选取工作面内部上、中和下三个部分区域内部的25号液压支架，再在上面安装矿山压力的监测系统，这样才能够有效地实现内部支架载荷参数的观察。其中，分别在21号、27号和145号的位置安装监测仪器，并针对其具体的监测数据有效地进行分析。图4有效地显示了工作面矿压在线监测系统运行的相关情况。从这次监测的过程也可以看出其内部的矿压显得非常不规律。

    5 结束语

    综上所述，近距离的煤层工作面在开采工作结束之后，其支承应力会因此向下不断地传递，这也会对煤层的顶板造成一定程度的破坏，从而使得顶板出现不稳定的现象。介于此，内部的矿压会变得不规律。因此，需要采用合适的方法进行有效地调节。只有对近距离煤层煤柱及采空区下综采工作面内部的矿压进行具体的分析，才能够让近距离煤层的采掘工作更加顺利地进行。

    参考文献：

    [1]张辉，刘少伟，郑新旺.近距离煤层采空区下回采巷道位置优化与控制[J].河南理工大学学报：自然科学版，2015（03）：129-134.

    [2]王路军，朱卫兵，许家林等.浅埋深极近距离煤层工作面矿压显现规律研究[J].煤炭科学技术，2016（04）：89-96.