刘新河 于海洋 周奕朝 李哲宁 王 鹏

（1.河北工程大学，河北省邯郸市，056038；2.冀中能源邯矿集团郭二庄矿，河北省武安市，056000）

郭二庄矿近距离煤层同采合理错距研究

刘新河1于海洋1周奕朝2李哲宁1王 鹏1

（1.河北工程大学，河北省邯郸市，056038；2.冀中能源邯矿集团郭二庄矿，河北省武安市，056000）

结合郭二庄煤矿21311和22311两工作面的实际情况，通过对两工作面现场矿压观测和理论分析，提出两煤层同采时，初采错距要大于正常同采错距，并确定了同采工作面在减压区内的合理错距范围，对同采煤层的采场和巷道维护起到了积极作用。

综采 近距离煤层开采 矿压观测 合理错距

1 采区概况

郭二庄煤矿位于河北省武安市矿山镇境内，太行山东麓山前地带，地表呈中低山丘陵地形。矿井同采工作面位于二水平－300m北翼三采区，三采区在二水平二采区和原二坑五采区下部，上至F11断层，下至章F3断层，左至4076000经纬线，右至章郭边界保护煤柱。走向长度2540m，倾斜长1510m，面积3835400m2。上限标高－60m，下限标高－600m。三采区上、下两煤层均采用走向长壁后退式采煤方法，两煤层均采用综合机械化回采工艺，采用全部垮落法管理顶板。

2 地质条件

郭二庄煤矿三采区同采1＃（小煤）、2＃（大煤）两个煤层，两层煤层中分别布置了21311和22311两个工作面，工作面位置关系如图1所示。上下煤层间距16.45～23.13m，平均间距18m，煤层倾角8～16°，平均倾角13°。1＃煤层赋存不稳定，煤厚1.54～1.86m，平均厚1.70m，局部可采，为本区局部可采煤层。直接顶为泥岩，灰黑色，层理细腻，层厚0.52～3.20m；直接底为粉砂岩，灰黑色，含植物化石和少许泥质结核，层厚2.1～6.25m。2＃煤层赋存较稳定，煤厚1.86～2.15m，平均厚度2.0m，大部可采，为本区主采煤层。直接顶为泥岩，灰黑色，含炭质成分较高，质地松软，层厚0～2.35m；直接底为粉砂岩，黑色，层理细腻，含大量植物化石和少量炭质成分，层厚0～4.71m。

图1 工作面位置及测区布置图

大煤顶板中砂岩为直接充水含水层，山西组中、上部的中、细砂岩为间接补给含水层，富水性弱，通过导水裂隙带接受上部二坑五采区老空区积水补给，以静储量为主，补给量小，水文地质条件简单；工作面瓦斯含量低；煤尘无爆炸危险；煤层无自燃现象；地温、地热无异常。

3 矿压观测

3.1 测区布置

为确定两煤层工作面的压力状态，在两工作面分别布置了3个测区进行矿压观测，如图1所示，测区布置在工作面的上、中、下3个位置，通过液压支架上的压力自记仪记录数据，并在回采期间对煤壁片帮深度进行统计。

3.2 方案实施

由图1可知，22311工作面开切眼位置滞后21311工作面100m左右，本方案设计为两煤层同时进行回采，均以匀速推进，22311工作面推进速度是21311工作面推进速度的2.5倍，随着同采时间的增长，两工作面错距呈递减状态。同采开始时两煤层错距100m，当错距达到10m（即21311面推进60m，22311面推进150m）时方案实施结束。21311工作面液压支架初撑力2600kN，额定工作阻力3200kN；22311工作面液压支架初撑力2600kN，额定工作阻力3000kN。同采期间每天对上、下煤层工作面测区内支架载荷进行记录，并计算出每个工作面内3个测区支架载荷的平均值，绘出两工作面支架压力曲线，如图2所示。

由图2可以看出，21311工作面初次来压步距33m左右，周期来压步距10m左右；22311工作面初次来压步距32m左右，周期来压步距11m左右。21311工作面初次来压时，两工作面错距为50m，22311工作面支架载荷略高于本煤层周期来压强度，说明22311工作面在错距为50m时受到了21311工作面初次来压的影响，但影响程度比较微弱。随着工作面的继续推进，两工作面错距为42m时，22311工作面支架载荷急剧上升，工作面煤壁片帮严重，此时22311工作面液压支架有乳化液溢流现象。随着两工作面的继续向前推进，错距继续缩短，当两工作面错距在13～19m时，22311工作面支架载荷有明显降低的现象。

图2 同采期间工作面支架压力曲线图

4 合理错距分析

4.1 常规理论公式计算合理错距

合理错距的确定目前有两个观点，一是合理的错距应能保证下煤层工作面处于上煤层工作面开采冒落稳定后再开采；二是合理的错距应能保证下煤层工作面处于上煤层工作面开采形成的减压区内进行回采。

常规理论公式计算合理错距为：

式中：M——两煤层间距，取18m；

δ——岩石移动角，取72°；

L——考虑上煤层工作面顶板冒落基本稳定及上、下工作面推进速度不均衡安全距离，一般取20～25m；

B——上部煤层工作面最大控顶距，取4.6m。

根据式（1）计算同采合理错距为：

式（1）计算的同采错距与现场实测矿压显现规律不相符，且上式没有区分初采（上煤层开切眼至初次来压期间）与正常同采时的错距，用式（1）计算错距具有局限性，因此分开计算初采和正常同采错距才是合理的。

4.2 初采合理错距确定

由矿压观测可知，21311工作面初次来压时，上覆岩层活动剧烈，支架载荷增大，此时，同采错距约为50m左右，22311工作面支架载荷略有增加，但无异常增大现象；当错距达到42m时，22311工作面支架载荷明显增加，煤壁片帮严重，说明此时下煤层工作面进入了上煤层初次来压冲击压力影响区，矿压显现剧烈。因此初采时安全距离L至少要留设1～1.2个初次来压步距，才能保证22311工作面免受21311工作面初次来压时冲击压力的影响，如图3所示。

图3 初采时错距分析图

经式（1）计算初采时合理错距为：

通过计算，同采错距至少要留设43.45～50.05m，下煤层工作面才能够避开上煤层初次来压顶板冒落引起的冲击压力影响，与现场观测到的矿压规律相符，因此初采时错距保持在44～50m内是合理的。

4.3 正常同采合理错距确定

根据现场矿压观测可知，两层煤正常同采时，21311工作面周期来压同样剧烈，当两工作面错距在13～19m时，22311工作面支架载荷有明显降低的现象。基于合理错距观点二，下煤层工作面只有处于上煤层工作面开采形成的减压区内，才会出现上述现象。在确定减压区内最小错距时，因下煤层工作面回采时前支承压力将会对煤壁有塑性破坏，若使塑性破坏区不至于影响到上煤层工作面支架的控顶区，安全距离L至少要留设煤壁塑性破坏带的宽度，取2m，才不会对上煤层开采造成影响，如图4所示。

图4 减压区最小错距示意图

经式（1）计算同采时减压区最小错距为：

在确定减压区内最大错距时，安全距离L的最大临界值取上煤层工作面一个周期来压步距。根据“砌体梁”结构假说，下煤层工作面处于上部煤层顶板岩层已断裂而相互挤压的岩块形成的结构保护下，才能确保下煤层工作面处于上煤层开采形成的减压区内部，如图5所示。

图5 减压区最大错距示意图

经式（1）计算同采时减压区最大错距为：

通过计算，减压区内错距范围为12.45～20.45m，由现场矿压观测可知，错距在13～19m时，22311工作面支架载荷明显降低，与理论计算的同采错距相符，因此正常同采时错距保持在13～19m内是合理的。

5 结论

（1）两层煤同采时，初采合理错距远大于正常同采合理错距，因此同采错距在留设时分开计算更为合理。

（2）初采时，两煤层工作面错距控制在44～50m范围内，21311工作面初次 来压对22311工作面影响不大，因此初采错距在44～50m范围内是合理的。

（3）正常同采时，22311工作面布置在21311工作面开采形成的减压区内，同采错距保持在13～19m的范围，22311工作面矿压显现明显降低，实施效果良好。

［1］ 钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制［M］.北京：煤炭工业出版社，1984

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［5］ 马全礼，耿献文，童培国.近距离煤层同采工作面合理错距研究［J］.煤炭工程，2006（3）

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Study on rational dislocation distance in simultaneously mining in contiguous seams in Guo＇erzhuang Coal Mine

Liu Xinhe1，Yu Haiyang1，Zhou Yizhao2，Li Zhening1，Wang Peng1
（1.Hebei University of Engineering，Handan，Hebei 056038，China；2.Guo＇erzhuang Coal Mine，Hankuang Group，Jizhong Energy Group，Wu＇an，Hebei 056000，China）

Combining with actual conditions of 21311and 22311mining faces in Guo＇erzhuang Coal Mine，and after in－situ ground－control observation and theoretical analysis，the paper suggests that the rational dislocation distance of primary mining should be longer than normal mining in simultaneously mining in 2contiguous seams，and it also establishes the rational dislocation distance range of simultaneous mining faces in pressure reducing zone，which is beneficial to keep mining field and roadway stable.

fully mechanized mining，contiguous seams mining，ground－control observation，rational dislocation distance

TD823.81

A

刘新河（1954－），男，河北邯郸人，教授，现从事采矿工程专业的教学与科学研究工作。

（责任编辑 张毅玲）