创新点
（1）实现了厚煤层错层位巷道布置采全厚采煤法外错式沿空掘巷技术在中厚煤层中的应用研究。
（2）针对巷道布置在煤层中不同层位而产生的竖直与水平错距进行计算研究，并确定倾斜厚煤层相邻巷道煤柱尺寸。
（3）最终对煤柱两侧的相邻巷道的联合一体化支护技术展开了研究，改变了支护设计针对单一巷道的现状，实现相邻两巷支护的联合锚固区。
作 者
王志强1,2,3,郭 磊1,2,3,苏泽华1,2,3,王树帅1,2,3,沈 聪1
作者单位
1. 中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院；2. 中国矿业大学(北京) 共伴生能源精准开采北京市重点实验室；3. 中国矿业大学(北京) 煤炭安全开采与地质保障国家级实验教学示范中心
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研究背景
全国千米以下埋深的煤炭占比超过53%,目前,包括山东、河南、河北等多省份的矿井已进入深部开采范围,最深超过1500m。全国矿井平均以12m/a的速度向下延伸,预计20a内,全国多数矿井采深将超过千米。
钱家营矿12-1煤层属于深部倾斜中厚煤层,该煤层目前采用综合机械化采煤方法,回采巷道采用锚网索+金属支架联合支护的形式。随着采深增大,巷道围岩应力随之增大,矿方通过在区段间留设30m大煤柱方法来改善巷道围岩应力环境以控制变形,但是巷道维护效果并不明显,同时还造成了煤炭资源的浪费。
笔者结合钱家营矿12-1煤层中厚、倾斜特点以及开采中出现的实际问题,提出采用错层位外错式沿空掘巷技术,利用相邻区段巷道立体化联合支护方案,以期改善现有煤炭资源浪费和巷道围岩变形严重的现状。
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摘 要
基于倾斜中厚煤层沿空掘巷与支护技术展开研究。首先通过构建力学模型,依据基本顶最大弯矩确定基本顶的断裂位置及断裂形式,计算得在距离煤柱帮17.57m处基本顶达到弯矩最大值23.02MN·m,并进一步确定断裂线位于实体煤上方;结合“内外应力场”理论,确定在当前覆岩力学环境下“内应力场”范围为15.89m。
综合考虑煤柱的空间关系,分析巷道围岩煤柱尺寸,确定窄煤柱水平错距为7.37m,竖直错距为2.40m;综合以上分析确定区段煤柱留设尺寸范围为7~12m,通过FLAC3D数值模拟软件对不同煤柱尺寸的应力场、塑性区分布进行计算分析,对掘进和回采两个阶段下不同煤柱尺寸条件下稳定性进行研究和验证,最终确定窄煤柱的合理宽度为8m。
然后根据倾斜中厚煤层错层位外错式巷道布置形式所具有的立体化空间形式,提出错层位外错式区段间相邻巷道联合支护技术并对其技术特点进行理论分析;基于围岩松动圈支护理论,通过计算确定区段间相邻巷道联合支护参数并利用FLAC3D数值模拟软件对区段间相邻巷道联合支护方案和矿方原支护方案进行模拟,分别从支护应力场、塑性区分布和围岩相对变形率3方面对掘巷和回采阶段下两支护方案的效果进行验证,最终结果表明区段间相邻巷道联合支护方案相对于矿方原始支护方案,更有利于巷道围岩的变形控制。
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文中图片
2021E工作面巷道布置
综合地质柱状
1327E回采巷道支护示意
1327E工作面回风巷道原支护破坏
基本顶断裂位置示意
基本顶断裂示意
沿空掘巷内外应力场示意
底板沿煤层倾向破坏示意
沿空掘巷数值模型
采空区侧向支承压力范围分布
不同宽度煤柱垂直应力分布
不同宽度煤柱垂直应力峰值
不同宽度煤柱塑性区分布
不同宽度煤柱垂直应力峰值
不同宽度煤柱塑性区分布
区段间相邻巷道支护布置示意
三重承载结构示意
围岩破坏范围计算示意
区段间相邻巷道支护方案及局部示意
2种支护方案垂直应力对比示意
2种支护方案塑性区对比示意
巷道围岩相对变形率示意
2种支护方案塑性区对比示意
巷道围岩相对变形率示意
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作者简介
王志强，男，1980年4月26日生，内蒙古呼伦贝尔人，副教授，博士生导师，《煤炭工程》期刊编委、《煤炭科学技术》期刊青年专家学术委员会委员，中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会第七届理事会常务理事，放顶煤开采煤炭行业工程研究中心副主任，曾先后在山西霍州煤电汾源煤业公司担任总工程师助理、新疆工程学院采矿系担任副主任，于2019年11月开始在俄罗斯莫斯科国立研究技术大学访学，获得教育部科技进步一等奖1项，煤炭工业协会科技进步一等奖1项、二等奖1项、三等奖2项，获得授权发明专利9项，出版著作4部，发表学术论文60余篇。
研究方向
采煤方法、矿山压力与岩层控制
主要成果
致力于小煤柱、无煤柱绿色开采体系的建立与完善，目前已经建立了以错层位内错式完全无煤柱为主的保水开采、覆岩离层注浆、保护层开采及煤与瓦斯共采的绿色开采体系，提出并逐渐完善基于小煤柱的错层位外错式相邻立体化巷道的联合支护技术，在此基础上，针对我国井工开采丢煤以煤柱为主的现状，先后提出末采无煤柱贯通上下山（大巷）与地下采空区残煤二次复采的新技术，以上内容已获得专利授权或申请发明专利中，为解决我国井工开采煤炭回收率低、巷道支护难度日益增大与实现绿色开采提供了技术思路。
来源：
王志强,郭磊,苏泽华,等. 倾斜中厚煤层错层位外错式巷道布置及相邻巷道联合支护技术[J]. 煤炭学报,2020,45(2):542-555.
WANG Zhiqiang,GUO Lei,SU Zehua,et al. Layout and combined support technology of alternate exterior stagger arrangementroadway and adjacent roadways in inclined and medium-thick coal seam[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(2):542-555.
责任编辑：陶赛
编辑整理：郭晓炜
审 核：常琛
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