近距离煤层回采巷道布置方式

层采高、煤层强度、上覆岩层容重、应力增高系数、底板
岩层强度等变量有关，煤层采高、上覆岩层容重越大，底
板塑性屈服深度越大，底板岩层强度越大，底板塑性屈服
深度越小。
1. 2 极近距离煤层开采相互影响规律
极近距离煤层开采时，其相互影响主要表现为上部煤
层开采形成的采动应力场和下层煤的顶板结构的变化。极
近距离煤层条件下，上煤层开采后采空区冒落矸石、区段
内错式布置巷道避开了上层护巷煤柱产生的应力增高 区，由于煤层倾角平均 17°，倾角不够大，故不考虑水平 式。为了降低 9 上和 9 下两煤层间开采的相互影响，9 上和 9 下极近距离煤层开采，采用无煤柱护巷方式。考虑到巷道 支护方式，将巷道的布置方式设计为外错式和内错式相结 合的布置方式。上、下煤层回采巷道的布置方案采用留 3 ～ 5m 窄小煤柱沿空掘巷，即 9 上和 9 下巷道布置为： 下煤层 的回风巷与上煤层呈外错布置，下煤层的运输巷与上煤层 呈内错布置（ 如图 3 所示） 。支护方式为： 9 上采用锚杆支 护； 9 下回风巷的巷道采用锚杆支护，运输巷巷道采用工字 钢支护。由于受上层煤开采的影响，9 下顶板较破碎，上层 开采时必须铺设金属网。
2 上部煤层开采区段煤柱载荷分析
上部煤 层 区 段 煤 柱 的 载 荷 是 由 上 覆 岩 层 重 量 两 侧 （ abcd） 采空区未垮落岩层的部分重量转移到煤柱上所产生 的（ 如图 2 所示） 。
为 1. 5m，9 下 的 平 均 厚 度 为 1. 25m，层 间 距 平 均 厚 度 为 1. 5m。煤层总体走向为 65° ～ 90°，倾向 N335° ～ 360°，煤 层平均倾角 17°。9 槽煤层煤质较好，硬度较大，属 中 硬 煤。煤层结构复杂。顶底板均为粉砂岩，伪顶底为炭质粉 沙岩。局部顶板较破碎，岩石完整性较差。该区不受火成 岩的影响。该区水文地质条件简单，除煤层顶板有裂隙滴 淋水外，不受老窑水的影响，煤层低瓦斯，无煤尘爆 炸 倾向。
论，可以推导出下层煤层顶板损伤深度 hσ 为：
hσ
=
1. 57γ2 H2 L
4
R2 rmc
（ 1）
式中 γ———采场上覆岩层的平均容重为，kN / m3 ；
H———煤层埋藏深厚度，m；
L———工作面长度，m；
Rrmc ———岩体单轴抗压强度，MPa。 式（ 1） 表明，采场边缘底板岩体最大塑性屈服深度与工
作面开采宽度成正比，与岩体中自重应力的平方成正比关
系，与岩层自身单轴抗压强度的平方成反比关系。
2） 运用滑移线场理论确定极近距煤层间距。运用滑移
线场理论，可以推导出下层煤层顶板损伤深度为：
( ) hσ
=
McosΦf ln
KγH + cctgΦ ξ（ p1 + cctgΦ）
e（
Φf 2
+
π 4
）
tgΦf
2012 年 10 月
煤炭工程
设计技术
近距离煤层回采巷道布置方式研究
李斌
（ 中煤国际工程集团 沈阳设计研究院，辽宁 沈阳 110015）
摘 要： 根据近距离煤层开采相互影响大，回采巷道布置、区段煤柱的留设需考虑煤层间开 采的相互影响的特点，在分析了近距离煤层开采采动应力分布、上部煤层区段煤柱载荷规律及近 距离煤层开采回采巷道位置关系特点的基础上，结合煤层工程地质条件，应用理论分析和数值模 拟的方法，确定了其回采巷道的布置方式和区段煤柱的尺寸。
层群层间距离较小，开采时相互有较大影响的煤层”。从定
性的角度分析，根据煤岩层的赋存条件和煤层层间距，不
同的层间距对下煤层产生的采动影响不同，随着层间距的
减小，煤层间的采动影响增大，特别是当煤层层间距小到
一定范围 时，邻 近 煤 层 间 开 采 产 生 的 相 互 影 响 非 常 明 显，
严重影响到采区内回采巷道的布置方式、回采巷道的支护 方式和开采顺序等［1］。
关键词： 近距离煤层； 巷道布置； 回采巷道； 煤柱尺寸 中图分类号： TD822 + . 2 文献标识码： A 文章编号： 1671 － 0959（ 2012） S2-0027-03
1 极近距离煤层开采的相互影响分析
1. 1 近距离煤层与极近距离煤层分析
所谓近距离煤层， “煤矿安全规程” 中的解释为 “煤
煤柱载荷、工作面支承压力等产生的载荷共同组成了下部
煤层开采时的主要力源，而采空区冒落状态又与煤柱载荷
以及工作面支承压力相互影响。
工作面开采后，上覆顶板岩层形成冒落带、裂隙带和
弯曲下沉带，冒落矸石完全充填冒落空间。顶板岩层垮落
形式如图 1 所示。
收稿日期： 2012 － 08 － 20 作者简介： 李 斌（ 1979 － ） ，男，辽宁营口人，工程师，2004 年毕业于辽宁工程技术大学，主要从事矿山开采设计工
上部煤层开采过程中，导致其底板中应力的重新分布，
并产生应力集中，应力集中程度随底板深度的增加而衰减，
当应力衰减至底板岩层的承载能力时，底板岩层深度 hσ 为 定义为损伤深度，以 hσ 作为划分极近距离煤层的依据，定 义当煤层间距 hj 满足时 hj≤hσ，该煤层群为近距离煤层群。
1） 运用弹塑性理论确定近距煤层间距。运用弹塑性理
作。
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设计技术
煤炭工程
2012 年 10 月
图 1 工作面采空区顶板岩层非充分垮落形式示意图
工作面采空区上方顶板非充分垮落具有以下特征： 采 下部煤层时，垮落的岩石对下部煤层顶板形成静载荷； 随 下部煤层开采工作面的推进，上覆岩层结构下面出现新的 垮落空间，该空间的出现导致上覆岩层结构在一定条件下 失稳； 下部煤层开采时没有明显的周期来压。
3. 2 上、下煤层回采巷道布置方式分析
留设 10 ～ 15m 煤柱的目的是为了保护巷道的稳定性， 留 4m 的小煤柱属于无煤柱护巷，煤柱主要起隔离采空区的 作用。在开采时，小煤柱会整体破坏，基本失去支护强度， 故不易产生应力集中区，同时考虑到无煤柱或小煤柱开采 会较大的提高回采率，降低应力集中，所以 9 槽煤层选择 无煤柱护巷［2］。
4ξfcos π + Φf
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（ 2）
式中 M———煤层开采厚度，m；
K———应力增高系数；
c———煤体的粘聚力，MPa；
Φ———煤体的内摩擦角，（ °） ；
f———煤层与顶底板接触面的摩擦系数；
ξ———三轴应力系数，ξ
=
1 1
+ －
ssiinnΦΦ；
p1 ———支架对煤帮的阻力，MPa； Φf ———底板岩层内摩擦角，（ °） 。 式（ 2） 表明，采场边缘底板岩体最大塑性屈服深度与煤