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[摘 要]针对五虎山煤矿9#、10#煤层条件，结合1001、1002工作面开采实际，分析了近距离煤层开采具有的潜在安全隐患；在此基础上，将正压通风、隔层探水法等技术运用到1004工作面，试验取得成功，增加了矿井开采的安全系数。
[关键词]近距离煤层 正压通风 巷道优化 隔层探水
中图分类号：TD263 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0366-01
1 引言
近距离煤层群在我国分布较广，但目前对其开采技术研究较少，尤其在开采近距离下位煤层时，涉及到很多安全问题，严重困扰着工作面的正常推进。因此，如何安全高效地开采近距离下位煤层是广大煤炭工作者的共同愿望。
2 工程概况
五虎山煤矿位于内蒙古自治区贺兰山北段煤田乌达矿区的南部，设计生产能力为150万吨/年，服务年限为107年，2010年核定生产能力为200万吨/年；采用斜井开拓，分两个水平开采，一水平标高+1100 m，二水平标高+950 m，水平分界为+1025 m，开采方式为盘区石门上下山开采。矿井目前主采9、10、12煤层，9、10煤层层间距平均3.85m，为近距离煤层，联合布置，共用一套运输系统。
9#煤层设计10个工作面，已回采到第7个，工作面之间留有15m保护煤柱，10#煤层设计布置10个工作面，分南北两翼，每翼各5个工作面，目前10#煤层已回采完1001、1002、1004工作面；10煤层相对于9煤层来说，工作面属于内
错式布置。
3 开采近距离下位煤层存在的问题
在对10#煤（1001、1002工作面）的试验性开采过程中，由于对近距离煤层的矿压规律以及开采技术的研究和认识不够充分，10#煤顶板控制及其相关的安全控制技术没有完全的掌握，所以没有成功实现完全工业化开采，总结10#煤前两个工作面开采的实践过程以及经验教训，得出10#煤开采存在的主要问题有以下几个方面。
3.1 通风困难
9、10#煤层层间距小，平均为3.85m，由于9煤层的采动影响，导致顶板破碎严重，再加上埋深相对较浅和90年代小煤窑的破坏，采空区可能发生漏风情况，对10#煤开采时的通风造成较大困难。五虎山煤矿为抽出式通风，漏风会将采空区瓦斯和其它有害气体带到采场，影响安全生产。针对现场实际情况采取合理的通风方式和风量风压等成为保证10#煤安全高效开采的关键。
3.2 支护困难
由于9#煤层开采时预留有宽度为15m的煤柱，在开采后由于应力重新分布，煤柱下方易产生应力集中，从而对其下部的10#煤顶板及煤层产生大于原岩应力的应力分布，这就对10#煤层巷道支护提出了挑战，稍有不慎，将造成较大变形甚至冒顶事故。1001、1002工作面尝试采用锚杆锚索桁架支护、工字钢架棚支护，都未取得如期的效果，生产过程中严重影响行人、设备安全和工程进度。
3.3 水患威胁较大
井田内矿井以大气降水补给为主，投产以来，生产供水（包括灭尘水，灭火水，煤壁注水钻探渗水供水管路漏水等）沿煤沿层顺层渗透和沿裂缝渗入下部煤层。大气降水，含水层水和生产供水构成了生产矿井矿井水。井田范围内曾遭受过滥开滥采的洗礼，许多小窑地质资料不详，长期的生产用水和大气降水通过小井进入工作面和老窑，水量和具体位置均不详细，给矿井生产带来了莫大的水患威胁。
4 安全开采的技术措施
继1001、1002工作面回采时遇到各种困难之后，矿方从顶板支护、矿井通风、探放水等方面对1004工作面作了精心设计。
4.1 工作面采用正压通风
由于1004工作面上部为904采空区，为了保证1004工作面在回采期间能正常通风，现要对1004工作面采用正压通风（原为负压通风），即在1004运、回及通风巷施工通风设施。具体方法为：
1）在1004运与通风巷联络巷向东28m处安装局部通风机2组4台（功率3×30），用于给1004工作面供风。
2）在1004运与通风巷联络巷向东3m施工一道控风设施，控风设施顶部设置一个0.3m×0.3m的调节风窗。控风设施上预留两个直径为1.0m的穿风筒口（用于控风设施施工完成后穿风筒用）。
3）在1004回风巷与辅运巷交叉点向南5、16、27m处各施工调节风门一组，风门规格为：1.8m×2.0m，施工期间风门打开。风窗断面为0.2m×0.4m，采用插板控制风量。
4）在1004运输巷与辅运巷交叉点向南1、11、21 m处各施工一道控风设施，控风设施上设一个0.15m×1.0m的风门作为行人安全出口，下部留有0.14m×0.1m皮带通道，皮带上下需钉木板、皮子，防止漏风。
5）待所有控风设施施工完后，将风筒接至通风巷设施向1004运往里延伸10m。
6）开启局部通风机后及时关闭1004运、回风门，调整控风设施，从而使工作面形成均压通风。
4.2 优化巷道位置及支护
4.2.1 优化巷道位置
保护煤柱的宽度决定应力向下传递的大小，当煤柱宽度（为煤柱宽度，为极限平衡区长度）时，煤柱进入塑性区，逐步发生塑性变形直至破坏，煤柱破坏后释放了应力，减少应力向底板的传递，此时，下位煤层巷道的位置不受保护煤柱位置的影响。当煤柱宽度时，在煤柱中央存在弹性核，受上覆矿山压力的影响，煤柱边缘破碎，应力从煤柱中部弹性核处向下非均匀的传递。五虎山煤矿9#煤层工作面间保护煤柱宽度为15m，通过计算，极限平衡区长度约为3m，由此可知煤柱宽度远远大于，上部应力会通过煤柱传递到底板。
4.2.2 优化支护方案
1001、1002工作面巷道采用的是11#工字钢架棚支护，棚间距800mm，在近距离煤层及9#煤层15m煤柱的的影响下，巷道支护和维修极为困难，工字钢变形严重，多处地方顶板下沉量大，阻碍行人及设备的运输。为实现巷道的安全快速掘进，决定优化其支护方案。（1）将架棚材料11#工字钢换成经过调质处理后的29U型钢；（2）棚间距从800mm调整为600mm；掘进过程中注意过程质量，做到巷道平直，不超挖欠挖，防止支架受到不均匀应力而发生偏向载荷。
4.3 隔层探放水
在10#煤层中进行探放水，由于巷道断面较小，探放水与掘进无法同时进行，在必须要进行探放水的时候，只能是停止掘进，在掘进工作面迎头打钻探放。10#上部采空区多且复杂，老塘积水水量大，10#顶板又破碎，因此迎头探放水比较危险，也影响掘进速度。鉴于此，矿方探索出了隔层探放水法，有效解除了水患威胁，且探放水与掘进工作能同时进行，增加了掘进速度。1204运输巷在1004运输巷下方（1204运采用的是锚杆锚索支护，1004采用的是架棚支护，1204的断面比1004的断面大），且超前100m左右，探放水时，在1204运适当位置设置探放水钻场，根据需要，向上布置钻孔，为1004运掘进工作面排除水患。在1004运掘进过程中，通过隔层探放水法共放出老窑水3537，顺利地完成掘进任务。
5 结语
生产实践表明，在开采近距离下位煤层时，采用正压通风、优化巷道布置及支护、隔层探放水等方法能切实解决矿井的安全开采问题；这系列技术不但保证了本矿井的采掘接续，也为其它矿区类似条件的开采提供了借鉴。
参考文献：
[1] 朱润生.近距离煤层合理巷道合理位置确定与支护技术[J].煤炭科学技术，2012，4：10-13，17.
[2] 张银海，孟祥瑞等.大断面软岩巷道U型钢桁架锚索支护技术研究[J].煤炭技术，2011，30（3）：79-81
作者简介：
陈学雷（1987—），男，河北保定人，助理工程师，在神华乌海能源平沟煤矿从事采掘工作。
[关键词]近距离煤层 正压通风 巷道优化 隔层探水
中图分类号：TD263 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0366-01
1 引言
近距离煤层群在我国分布较广，但目前对其开采技术研究较少，尤其在开采近距离下位煤层时，涉及到很多安全问题，严重困扰着工作面的正常推进。因此，如何安全高效地开采近距离下位煤层是广大煤炭工作者的共同愿望。
2 工程概况
五虎山煤矿位于内蒙古自治区贺兰山北段煤田乌达矿区的南部，设计生产能力为150万吨/年，服务年限为107年，2010年核定生产能力为200万吨/年；采用斜井开拓，分两个水平开采，一水平标高+1100 m，二水平标高+950 m，水平分界为+1025 m，开采方式为盘区石门上下山开采。矿井目前主采9、10、12煤层，9、10煤层层间距平均3.85m，为近距离煤层，联合布置，共用一套运输系统。
9#煤层设计10个工作面，已回采到第7个，工作面之间留有15m保护煤柱，10#煤层设计布置10个工作面，分南北两翼，每翼各5个工作面，目前10#煤层已回采完1001、1002、1004工作面；10煤层相对于9煤层来说，工作面属于内
错式布置。
3 开采近距离下位煤层存在的问题
在对10#煤（1001、1002工作面）的试验性开采过程中，由于对近距离煤层的矿压规律以及开采技术的研究和认识不够充分，10#煤顶板控制及其相关的安全控制技术没有完全的掌握，所以没有成功实现完全工业化开采，总结10#煤前两个工作面开采的实践过程以及经验教训，得出10#煤开采存在的主要问题有以下几个方面。
3.1 通风困难
9、10#煤层层间距小，平均为3.85m，由于9煤层的采动影响，导致顶板破碎严重，再加上埋深相对较浅和90年代小煤窑的破坏，采空区可能发生漏风情况，对10#煤开采时的通风造成较大困难。五虎山煤矿为抽出式通风，漏风会将采空区瓦斯和其它有害气体带到采场，影响安全生产。针对现场实际情况采取合理的通风方式和风量风压等成为保证10#煤安全高效开采的关键。
3.2 支护困难
由于9#煤层开采时预留有宽度为15m的煤柱，在开采后由于应力重新分布，煤柱下方易产生应力集中，从而对其下部的10#煤顶板及煤层产生大于原岩应力的应力分布，这就对10#煤层巷道支护提出了挑战，稍有不慎，将造成较大变形甚至冒顶事故。1001、1002工作面尝试采用锚杆锚索桁架支护、工字钢架棚支护，都未取得如期的效果，生产过程中严重影响行人、设备安全和工程进度。
3.3 水患威胁较大
井田内矿井以大气降水补给为主，投产以来，生产供水（包括灭尘水，灭火水，煤壁注水钻探渗水供水管路漏水等）沿煤沿层顺层渗透和沿裂缝渗入下部煤层。大气降水，含水层水和生产供水构成了生产矿井矿井水。井田范围内曾遭受过滥开滥采的洗礼，许多小窑地质资料不详，长期的生产用水和大气降水通过小井进入工作面和老窑，水量和具体位置均不详细，给矿井生产带来了莫大的水患威胁。
4 安全开采的技术措施
继1001、1002工作面回采时遇到各种困难之后，矿方从顶板支护、矿井通风、探放水等方面对1004工作面作了精心设计。
4.1 工作面采用正压通风
由于1004工作面上部为904采空区，为了保证1004工作面在回采期间能正常通风，现要对1004工作面采用正压通风（原为负压通风），即在1004运、回及通风巷施工通风设施。具体方法为：
1）在1004运与通风巷联络巷向东28m处安装局部通风机2组4台（功率3×30），用于给1004工作面供风。
2）在1004运与通风巷联络巷向东3m施工一道控风设施，控风设施顶部设置一个0.3m×0.3m的调节风窗。控风设施上预留两个直径为1.0m的穿风筒口（用于控风设施施工完成后穿风筒用）。
3）在1004回风巷与辅运巷交叉点向南5、16、27m处各施工调节风门一组，风门规格为：1.8m×2.0m，施工期间风门打开。风窗断面为0.2m×0.4m，采用插板控制风量。
4）在1004运输巷与辅运巷交叉点向南1、11、21 m处各施工一道控风设施，控风设施上设一个0.15m×1.0m的风门作为行人安全出口，下部留有0.14m×0.1m皮带通道，皮带上下需钉木板、皮子，防止漏风。
5）待所有控风设施施工完后，将风筒接至通风巷设施向1004运往里延伸10m。
6）开启局部通风机后及时关闭1004运、回风门，调整控风设施，从而使工作面形成均压通风。
4.2 优化巷道位置及支护
4.2.1 优化巷道位置
保护煤柱的宽度决定应力向下传递的大小，当煤柱宽度（为煤柱宽度，为极限平衡区长度）时，煤柱进入塑性区，逐步发生塑性变形直至破坏，煤柱破坏后释放了应力，减少应力向底板的传递，此时，下位煤层巷道的位置不受保护煤柱位置的影响。当煤柱宽度时，在煤柱中央存在弹性核，受上覆矿山压力的影响，煤柱边缘破碎，应力从煤柱中部弹性核处向下非均匀的传递。五虎山煤矿9#煤层工作面间保护煤柱宽度为15m，通过计算，极限平衡区长度约为3m，由此可知煤柱宽度远远大于，上部应力会通过煤柱传递到底板。
4.2.2 优化支护方案
1001、1002工作面巷道采用的是11#工字钢架棚支护，棚间距800mm，在近距离煤层及9#煤层15m煤柱的的影响下，巷道支护和维修极为困难，工字钢变形严重，多处地方顶板下沉量大，阻碍行人及设备的运输。为实现巷道的安全快速掘进，决定优化其支护方案。（1）将架棚材料11#工字钢换成经过调质处理后的29U型钢；（2）棚间距从800mm调整为600mm；掘进过程中注意过程质量，做到巷道平直，不超挖欠挖，防止支架受到不均匀应力而发生偏向载荷。
4.3 隔层探放水
在10#煤层中进行探放水，由于巷道断面较小，探放水与掘进无法同时进行，在必须要进行探放水的时候，只能是停止掘进，在掘进工作面迎头打钻探放。10#上部采空区多且复杂，老塘积水水量大，10#顶板又破碎，因此迎头探放水比较危险，也影响掘进速度。鉴于此，矿方探索出了隔层探放水法，有效解除了水患威胁，且探放水与掘进工作能同时进行，增加了掘进速度。1204运输巷在1004运输巷下方（1204运采用的是锚杆锚索支护，1004采用的是架棚支护，1204的断面比1004的断面大），且超前100m左右，探放水时，在1204运适当位置设置探放水钻场，根据需要，向上布置钻孔，为1004运掘进工作面排除水患。在1004运掘进过程中，通过隔层探放水法共放出老窑水3537，顺利地完成掘进任务。
5 结语
生产实践表明，在开采近距离下位煤层时，采用正压通风、优化巷道布置及支护、隔层探放水等方法能切实解决矿井的安全开采问题；这系列技术不但保证了本矿井的采掘接续，也为其它矿区类似条件的开采提供了借鉴。
参考文献：
[1] 朱润生.近距离煤层合理巷道合理位置确定与支护技术[J].煤炭科学技术，2012，4：10-13，17.
[2] 张银海，孟祥瑞等.大断面软岩巷道U型钢桁架锚索支护技术研究[J].煤炭技术，2011，30（3）：79-81
作者简介：
陈学雷（1987—），男，河北保定人，助理工程师，在神华乌海能源平沟煤矿从事采掘工作。