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摘要：針對中興煤礦近距離煤層開采巷道支護難的問題，采用理論分析、數值模擬的方式，對下位煤層4503工作面運輸巷位置與支護方式進行研究。結果表明：當內錯距離增大時，運輸巷圍巖應力也逐漸變大，確定合理的內錯距離為30m。結合非對稱支護對策，對原支護方式進行優化設計，監測顯示：運輸巷頂底板和兩幫移近量累計分別達到241mm和319mm，之后趨于穩定。巷道變形最終穩定，總體支護效果良好。

關鍵詞：近距離煤層；數值模擬；圍巖應力；非對稱支護

近距離煤層開采指的是煤層間距較小，在煤炭開采過程中，上下兩層會產生應力場互相影響，如先期對下分層進行開采，由于煤層距離較近，在礦壓作用下，下層煤會受到上層煤采空區積水、瓦斯以及應力場互擾的威脅，同時還會造成下層煤頂板破碎下沉，巷道難以支護的問題。國內學者對極近距離下煤層巷道布置與支護進行了大量的研究，取得了良好的效果，本文以中興煤礦4402工作面運輸巷為例，采用理論分析、數值模擬等方式，確定下層煤合理支護方式，對巷道圍巖控制起到很好的支護作用，為同類礦井提供了一定的借鑒意義。

1概況

中興煤礦位于呂梁山脈中段東翼，距交城縣城約10km，全井田面積約19.9km2。井田中部、南部位置相對較低，其它方位較高，最高點絕對標高+1535m，最低點絕對標高+990m。全井田按上下組煤劃分兩個開采水平。目前2號煤層已采完，現階段在開采下煤組4（4+5）號煤層，水平標高設在+680m，與2號煤平均距離僅3.4m，最小間距2.5m，最大間距8.9m。該煤層4503工作面平均厚度5.3m，煤層傾角平均11°，2號煤層殘留煤柱48m，含1～2層夾矸，頂板巖性為泥巖、炭質泥巖，底板巖性為砂質泥巖、泥巖。

2運輸巷圍巖變形影響因素

經資料查閱與巷道施工情況，影響4503工作面運輸巷穩定性因素有3個。（1）巷道頂底板圍巖狀態差，圍巖強度遇水極易降低，頂板松散破碎，2號煤與4（4+5）號煤屬極近距離煤層，層間巖層主要由泥巖和炭質泥巖為主，受上層煤2200工作面與1202工作面采動影響，4503工作面運輸巷處在破壞帶范圍內，巷道圍巖損傷嚴重，圍巖強度已受到嚴重影響，由于煤層埋深大，巷道圍巖應力水平依然較高，運輸巷布置在2200工作面采空區下方，巷道圍巖以泥巖為主，應力承載能力極差。（2）受上層煤多次采動影響，應力重復擾動，加劇巷道圍巖變形。4503工作面運輸巷開挖前，巷道頂板已處在上位工作面底板破壞范圍內，破碎嚴重，開挖后，首先受2200上位工作面采動擾動，又遭受本工作面的采動影響，反復多重作用下，圍巖穩定性較難保證。（3）從4503工作面運輸巷所處地質條件看，巷道處于非均勻應力狀態，原有對稱支護結構已很難控制巷道圍巖變形。當上位煤層開采后，受多重應力擾動，巷道各個部位應力狀態差別較大，圍巖處于非均勻應力狀態。巷道即表現出非線性力學特性，常規的巷道支護對稱設計極易出現應力集中現象，造成巷道局部破壞嚴重，嚴重時導致整個支護結構的失穩。

3運輸巷位置合理布置

3.1數值模型

建立2200工作面與1202工作面已回采結束，為了解上位工作面對下位4503工作面運輸巷布置的影響，最終確定運輸巷與上位煤柱的具體位置關系，巷道在能夠滿足生產情況下，盡可能減小受采動影響，簡化支護形式，減少支護成本。采用FLAC3D數值模擬軟件進行模擬，模型長×寬×高為200m×100m×90m，共劃分98800個單元，采用摩爾－庫侖本構模型進行計算。

3.2方案設計

在改變巷道與煤柱相對位置情況下，觀察巷道圍巖變形情況，確定不同層間距下巷道受采動影響較小的最小內錯距離。設計層間距分別為3、5、8、10和12m，內錯距5、10、15、20、25、30和35m。3.3數值模擬結果分析結合數值模擬方案，在上位煤柱與4503工作面運輸巷不同位置關系情況下，繪制巷道表面位移曲線。

4工程應用及效果

4.1支護優化方案

根據圍巖變形主要因素分析與數值模擬結果，為保證巷道掘進速度和控制圍巖變形，決定采用錨網索+U型鋼支護方式。其中錨網索作為基礎支護，U型鋼作為補強支護，錨索選用高預應力，規格φ22mm×3400mm，巷道頂板間排距為1400mm×1500mm，巷道兩幫的間排距為1500mm×1200mm。選用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，其規格為φ22mm×2500mm，巷道頂板的間排距為800mm×80mm，巷道兩幫的間排距為900mm×1000mm。選用三心拱斜腿可縮性支架U型鋼，間排距均為1000mm。

4.2應用效果

為了跟蹤記錄優化后支護效果，現場實施圍巖變形位移與應力監測，并繪制變化曲線，如圖3～圖4所示。為期130d監測期間，運輸巷頂底板和兩幫移近量累計分別達到241和319mm，130d后圍巖整體變形趨于穩定。運輸巷錨索應力監測顯示，前20d監測期間，錨索受力急劇上升，之后緩慢下降，最終趨于穩定，但相對仍維持在較高應力水平。巷道變形最終穩定，總體支護效果良好。

5結論

（1）4503工作面運輸巷處于非均勻應力狀態，巷道表現出非線性力學特性，原有對稱支護結構已很難控制巷道圍巖變形，常規的巷道支護對稱設計極易出現應力集中現象，造成巷道局部破壞嚴重，導致整個支護結構的失穩。（2）當內錯距離增大時，運輸巷圍巖應力也逐漸變大，而兩幫移近量逐漸降低，并逐漸區域平穩。最終確定運輸巷合理的內錯距離為30m。（3）采用優化支護方案后，為期130d監測顯示，運輸巷頂底板和兩幫移近量累計分別達到241和319mm，之后趨于穩定。運輸巷錨索受力先上升，之后緩慢下降，最終趨于穩定。巷道變形最終穩定，總體支護效果良好。

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作者：陳晉蜀 單位：山西焦煤汾西礦業中興煤礦