層位開採

錯層位開採是20世紀提出的一種新的無煤柱開採方法。近年來，錯層位開採得到不斷發展，已在山西西山等礦區成功套用，逐漸形成了較為完整的成套適用技術。

基本介紹

• 中文名：層位開採
• 全稱：錯層位開採
• 套用：工業

簡介

概述

沿空留巷充填體及沿空掘巷煤柱直接支撐頂板是導致區段巷道底臌的原因之一，且維護困難，成本高昂。加之留巷充填時工藝複雜，影響了煤礦科學開採。以西山鎮城底礦錯層位開採為例，對其巷道布置及回採工藝進行分析。工作支架阻力及兩巷超前壓力等實測結果表明，工作面礦壓顯現由完全沿空進風巷至沿頂板迴風巷呈單調遞減，錯層位開採進風巷超前支承壓力小於迴風巷，完全沿空進風巷的變形量略大於沿頂板迴風巷。其回採率顯著高於傳統的留保護煤柱開採方式。

特點

錯層位開採採用三段式，即放頂煤、分層的上分層鋪網和下分層網下三種回採工藝，三種工藝用於工作面的不同位置。錯層位開採條件下的接續工作面礦壓顯現與首采工作面相比有明顯變化，靠近採空區一側的壓力明顯高於工作面其他部分，而且向區段迴風巷一側逐漸降低，呈單調遞減趨勢。生產實踐表明，錯層位開採不僅可以消除相鄰工作面間留有的區段煤柱自然發火，還可以降低工作面兩巷的掘進及維護成本，更重要的是，錯層位開採可顯著提高工作面回採率。

開採工藝

鋪網工藝，採用分層采的上分層回採方法。在該工藝中，有一段距離需要鋪網，鋪網寬度按能覆蓋下一工作面進風巷道和過渡支架來設計，鋪網長度約為10m。鋪網的目的是為18111-1巷道的掘進與回採作準備，鋪網適宜鋪頂網，支架頂梁的前端留有一定的圓角，防止刮壞金屬網。18111-1工作面副巷的位置也需鋪網，並向巷幫留有一定的搭接餘量。對於相鄰的下一個工作面，這將是過渡支架所處的位置，鋪網的目的是防止割煤後架前漏矸。與此相鄰的18111-1 工作面過渡支架段，其下將在冒落矸石穩定後掘進下一工作面的正巷，需要注意聯網質量，該部分的鋪網長度須留有一定的餘量，以保證相鄰工作面巷道的掘進。在網上回採工藝中，考慮到既節省材料又節省工時，同時兼顧網下回採時頂板維護與防止漏矸，鋪網長度為10m。

相關資料

無煤柱錯層位巷道破壞的力學機理

採掘空間附近應力增高區內的應力稱為支承壓力。工作面回採引起上覆岩層運動，造成工作面前方應力重新分布。由於巷道煤壁處為自由面，抗壓強度較小，由於受到支承壓力作用壓縮變形後，應力向煤壁深處轉移，煤壁深處，由於水平方向的擠壓力逐漸增加，因此煤體便由單向受力逐步過渡到三向受力狀態，其抗壓強度也逐漸增加。當工作面不斷推進時，支承壓力的峰值也將穩定的在煤壁深處向前移動。巷道在開挖過程中，巷道上方原有的應力平衡狀態找到破壞，上覆岩層運動，如果圍岩強度屈服極限大於圍岩應力趨向平衡狀態的應力值，此時，圍岩無需支護依靠自身承載能力即可維護巷道的穩定性。相反如果趨向平衡狀態的應力值大於圍岩的屈服極限，巷道圍岩將會發生塑性變形因此需要對巷道圍岩進行支護，控制塑性區的發展。

無煤柱錯層位巷道圍岩變形破壞分析

由於受巷道開挖以及回採工作面前方超前支承壓力的影響，巷道圍岩應力將重新分布，從而導致巷道圍岩變形。為了儘可能減小巷道圍岩變形，防止巷道發生大變形或是冒頂事故，需要對巷道採取合理的支護方式，並採取一些其他措施來控制巷道圍岩變形，如鑽孔卸壓取消區段煤柱等。巷道開挖後，原有的應力平衡狀態遭到了破壞，當圍岩運動穩定後應力重新分布，會在巷道圍岩內形成一個塑性區和彈性區。對巷道採取支護手段就是為了限制塑性區的發展。無煤柱沿空巷道與普通巷道不同，其一側為採空區，巷道圍岩應力分布不均，因而支護困難，容易發生變形破壞。其圍岩變形破壞特徵主要有以下幾個特點：

(1)無煤柱沿空巷道易受采動影響，由於受工作面超前支承壓力的影響，巷道圍岩會產生較大變形，其變形量比普通實體煤巷道要大；

(2)無煤柱沿空巷道易受各種壓力影響，其礦壓顯現比較明顯；

(3)無煤柱沿空巷道沿採空區邊沿掘進，巷道圍岩穩定性差，其一側為實體煤另一側為採空區，巷道兩側受力不均，必須採用合理的支護形式來維護巷道的穩定。

無煤柱沿空巷道主要分為頂幫破壞型、底鼓破壞型和整體破壞型三種。頂幫破壞型主要是因巷道開挖過程中造成巷道圍岩鬆動，破壞其整體結構，因而在支護過程中因注重加固巷道圍岩使之重新形成整體，充分發揮巷道的自承能力。底鼓破壞性主要是巷道兩側應力向巷道底部轉移，底板岩層較軟弱即易發生底鼓，針對這種情況可以採取轉移巷幫應力或打底板錨桿錨索。整體破壞性是因巷道整體強度較差，一般發生在三軟巷道。