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【摘要】成煤条件的不同造成了煤层的厚度、层间距大小的不同，而且在某些情况下可能会出现煤层分岔或合并的现象。我国的大部分矿区在近距离煤层开放方面都有一定的困难。本文首先介绍了及近距离煤层开采围岩的特征。然后介绍了极近距离煤层巷道的支护形式以及评价，最后阐述并分析了极近距离煤层开采围岩控制原理及技术。
【关键词】极近距离煤层；围岩控制；巷道布置
我国大部分的矿区在开采煤层时都存在着极近距离的煤层，在分层开采时经常性的出现下部煤层开采难的问题，尤其是巷道支护问题。我国学者在此方面纷纷进行了一系列研究，本文从开采煤层过程中围岩的特征开始进行论述，对其变形规律作了详细分析，并且从支护形式和围岩控制原理和技术方面进行了探讨，希望有助于矿区开采工作的顺利开展。
1、极近距离煤层开采围岩特征
在开采极近距离煤层的过程中会严重破坏其下部的煤层顶板完整性。在开采上部煤层的过程中会破坏到下部的煤层顶板，从而造成下部煤层顶板的裂隙和节理更加的发育，进而不易控制顶板，在掘进巷道的过程中会发生漏顶的事故，甚至会有大面积冒顶事故发生，以致维护巷道顶板会有很大的难度。下部煤层巷道的变形规律为：当开采上部的煤层后，由于下部煤层的顶板强度低、厚度薄，再加上开采上部煤层时受到破坏，则顶板的稳定性特别弱，只要有些许的变形，就能发生整体的垮落。如果顶板的整体完整性可以保持下来，在提高其承载能力的情况下就可以维护顶板的稳定性。
2、极近距离煤层巷道支护形式及评价
国内学者对极近距离煤层巷道的支护形式进行了深入的研究，得出其支护形式有架棚支护、“锚网+架棚”联合支护、锚杆桁架支护、“锚杆+注浆”混合支护四种支护形式。
2.1 架棚支护
当开采了极近距离的上部煤层后，则下部煤层的顶板与采空区的距离就变得特别近，当向里掘进的时候就顶板岩层比较完整且顶板的压力较小，此时就可以采取架棚支护形式。一般情况下都是采用工字钢或者U型钢，有支护成本适中、成巷速度较快、支护工艺简单的优点。但是由于工字钢或者U型钢的承受能力比较弱，当巷道压力比较大的时候容易发生棚、梁侧翻，造成棚腿和棚梁的接触点错位，从而失去支撑力。
2.2 “锚网+架棚”联合支护
极近距离煤层开采常用的支护形式就是“锚网+架棚”联合支护的形式。利用锚杆将巷道顶板的浅部离层控制住就可以保证顶板完整性，然后再用架棚支护就可以防止顶板的垮落。利用这种支护形式有顶板控制好、支护强度高的优点，可以解决一般的支护问题。但是在支护的过程中由于支护的工艺比较繁琐，加大了工人的劳动强度，成巷的速度过慢，而且回采金属棚的难度比较大，在回采的过程中速度比较慢。
2.3 锚杆桁架支护
目前只有少数的矿区采用了锚杆桁架支护的形式，对于极近距离煤层开采巷道过程中遇到的部分问题可以解决。但是由于其施工难度较大，支护的方式比较复杂，所以应用的范围比较小。
2.4 “锚杆+注浆”混合支护
由于开采上部煤层后破坏了下层顶板的完整性，厚度比较薄而且还有部分破碎的地方，因此先采用注浆来密实充填岩层的裂缝和空隙，然后利用锚杆加固。也有的矿区将锚杆和注浆结合起来使用注浆中空锚杆来完成此种工艺。“锚杆+注浆”支护方式适用于极近距离的煤层开采巷道支护。但是注浆成本高，施工繁琐且操作性差，故其应用范围比较小。
3、极近距离煤层开采围岩控制原理及技术
第一种控制原理就是通过加固顶板来提高塑性区和破碎区煤岩体的整体性，从而使得组合梁的承载能力较高。当开采极近距离煤层的上部后，采空区的围岩处于参与应力状态，其应力就会重新分布，此时下面的煤层顶板只会承受比小的压力，但是由于下部顶板强度低，厚度薄，破碎易冒顶，此时选取的加固方法强度达到某种程度才能满足提高顶板煤层完整性的作用，从而发挥其承载能力。为使顶板表面的护表面积扩大需要采用强力W宽钢带。为加固顶板浅部围岩应该用高强锚杆提高预应力。从而使得滑移面上的摩擦力增大，使用高强度的锚杆其作用相当于是“销钉”，使得破坏面的抗剪强度增大，提高其等效年距离。在具有高预应力的锚杆加固下，在很大程度上提高了顶板的承载能力和整体性；实际上在加固顶板的时候并不是只有锚杆起到了作用，由于开采上部的煤层后，下部的巷道在采空区的下方，这样就以巷道两帮为支点结合顶板形成叠合梁。而且叠合梁内的隔层煤岩体在载荷的作用下都有其各自的单独弯矩，使得每层煤岩体的下边缘处于受拉状态，上边缘处于受压状态。
用高应力锚杆加固巷道顶板后，原来的叠合梁就会变成组合梁。巷道顶板锚固范围内的煤岩层被高预应力锚杆紧紧锁住，从而形成一个相对比较厚的组合梁。组合梁在上覆岩层荷载作用下最大应力和最大弯曲应变都大幅度的减小，而且其挠度也会降低。组合梁越厚，梁的挠度、最大应力和最大应变越小。
以材料力学相关理论为基础，在顶板中各岩层的弹性模量相等的条件下，组合梁的挠度和最大拉应力以及叠合梁的比值分别为：
其中，在式（1）和式（2）中各符号表示的内容如下：σmaxc表示组合梁的最大拉应力。σmaxl表示叠合梁的最大拉应力。fl表示叠合梁的挠度，fc表示组合梁的挠度，hi和h∫表示各煤岩层的厚度。n表示煤岩层的总层数。
由公式可知，当各煤岩层厚度相同是，组合梁的挠度和最大拉应力分别为叠合梁挠度和拉应力的1/n2和1/n。由此可知，当组合梁由高预应力锚杆锚固后，就可以大幅度减小顶板下沉量并降低巷道顶板煤岩层的应力。
第二种控制原理是通过短锚索补强加固来进行控制，从而提高顶板的整体刚度和强度，形成强度高和厚度大的组合梁。在开采极近距离的煤层时，留出一定厚度的顶煤来作为顶板，这样的话作为顶板的顶煤与上下煤层岩层合并增强了厚度，此时可以采取短锚索。我们用高预应力的锚杆对煤岩层加固智能设计到下部煤层顶板浅部的部分，为保持顶板的征地稳定性，需要加固锚杆支护以上的松散煤岩层，这样就可以提高梁的厚度，将巷道的顶板形成整体的组合梁。共同支撑上部采空区。利用短锚索可以深入到未加固的煤岩层中，然后通过树脂锚固剂粘结具有裂隙的煤巖层，从而改善围岩的力学性能，使顶板的整体稳定性有所提高。总之，利用短锚索施加高预紧力，从而使得顶板煤岩体的强度加大，以此形成组合梁，从而对于梁的整体刚度有所加强，通过对顶板围岩的自稳性加强来保持整体巷道顶板的稳定。
第三种控制原理是通过对巷道两帮的支护强度加强，来保证整体巷道的稳定性。开采上部煤层后，其就会将应力转移到残留煤柱，从而形成高集中应力。由于在上部的煤层残留煤柱附近有煤层巷道，则巷道必然会由于高集中应力的传播和扩散而受到影响，由此其两帮所受应力较大，尤其是靠近煤柱侧巷帮压力更大。巷道两帮的稳定性直接关系到其顶板的稳定性，只有巷道两帮稳定，才能保证顶板的稳定，因此我们需要通过采用高预应力高强度的锚杆来加强巷道两帮的支护，合理控制巷道两帮围岩的变形情况来确保整体巷道的稳定。
4、结束语
总之，在开采极近距离煤层时，当开采完上部的煤层后，则下部煤层的巷道顶板受力比较小，而且其强度低、厚度薄，比较容易垮落。巷道受采空区围岩的残余压力，因此保持巷道的两帮承受力对于维护顶板整体稳定性有着非常重要的作用，所以我们可以根据围岩控制原理，并据实际情况采取各种形式的支护技术来确保巷道整体稳定。
【关键词】极近距离煤层；围岩控制；巷道布置
我国大部分的矿区在开采煤层时都存在着极近距离的煤层，在分层开采时经常性的出现下部煤层开采难的问题，尤其是巷道支护问题。我国学者在此方面纷纷进行了一系列研究，本文从开采煤层过程中围岩的特征开始进行论述，对其变形规律作了详细分析，并且从支护形式和围岩控制原理和技术方面进行了探讨，希望有助于矿区开采工作的顺利开展。
1、极近距离煤层开采围岩特征
在开采极近距离煤层的过程中会严重破坏其下部的煤层顶板完整性。在开采上部煤层的过程中会破坏到下部的煤层顶板，从而造成下部煤层顶板的裂隙和节理更加的发育，进而不易控制顶板，在掘进巷道的过程中会发生漏顶的事故，甚至会有大面积冒顶事故发生，以致维护巷道顶板会有很大的难度。下部煤层巷道的变形规律为：当开采上部的煤层后，由于下部煤层的顶板强度低、厚度薄，再加上开采上部煤层时受到破坏，则顶板的稳定性特别弱，只要有些许的变形，就能发生整体的垮落。如果顶板的整体完整性可以保持下来，在提高其承载能力的情况下就可以维护顶板的稳定性。
2、极近距离煤层巷道支护形式及评价
国内学者对极近距离煤层巷道的支护形式进行了深入的研究，得出其支护形式有架棚支护、“锚网+架棚”联合支护、锚杆桁架支护、“锚杆+注浆”混合支护四种支护形式。
2.1 架棚支护
当开采了极近距离的上部煤层后，则下部煤层的顶板与采空区的距离就变得特别近，当向里掘进的时候就顶板岩层比较完整且顶板的压力较小，此时就可以采取架棚支护形式。一般情况下都是采用工字钢或者U型钢，有支护成本适中、成巷速度较快、支护工艺简单的优点。但是由于工字钢或者U型钢的承受能力比较弱，当巷道压力比较大的时候容易发生棚、梁侧翻，造成棚腿和棚梁的接触点错位，从而失去支撑力。
2.2 “锚网+架棚”联合支护
极近距离煤层开采常用的支护形式就是“锚网+架棚”联合支护的形式。利用锚杆将巷道顶板的浅部离层控制住就可以保证顶板完整性，然后再用架棚支护就可以防止顶板的垮落。利用这种支护形式有顶板控制好、支护强度高的优点，可以解决一般的支护问题。但是在支护的过程中由于支护的工艺比较繁琐，加大了工人的劳动强度，成巷的速度过慢，而且回采金属棚的难度比较大，在回采的过程中速度比较慢。
2.3 锚杆桁架支护
目前只有少数的矿区采用了锚杆桁架支护的形式，对于极近距离煤层开采巷道过程中遇到的部分问题可以解决。但是由于其施工难度较大，支护的方式比较复杂，所以应用的范围比较小。
2.4 “锚杆+注浆”混合支护
由于开采上部煤层后破坏了下层顶板的完整性，厚度比较薄而且还有部分破碎的地方，因此先采用注浆来密实充填岩层的裂缝和空隙，然后利用锚杆加固。也有的矿区将锚杆和注浆结合起来使用注浆中空锚杆来完成此种工艺。“锚杆+注浆”支护方式适用于极近距离的煤层开采巷道支护。但是注浆成本高，施工繁琐且操作性差，故其应用范围比较小。
3、极近距离煤层开采围岩控制原理及技术
第一种控制原理就是通过加固顶板来提高塑性区和破碎区煤岩体的整体性，从而使得组合梁的承载能力较高。当开采极近距离煤层的上部后，采空区的围岩处于参与应力状态，其应力就会重新分布，此时下面的煤层顶板只会承受比小的压力，但是由于下部顶板强度低，厚度薄，破碎易冒顶，此时选取的加固方法强度达到某种程度才能满足提高顶板煤层完整性的作用，从而发挥其承载能力。为使顶板表面的护表面积扩大需要采用强力W宽钢带。为加固顶板浅部围岩应该用高强锚杆提高预应力。从而使得滑移面上的摩擦力增大，使用高强度的锚杆其作用相当于是“销钉”，使得破坏面的抗剪强度增大，提高其等效年距离。在具有高预应力的锚杆加固下，在很大程度上提高了顶板的承载能力和整体性；实际上在加固顶板的时候并不是只有锚杆起到了作用，由于开采上部的煤层后，下部的巷道在采空区的下方，这样就以巷道两帮为支点结合顶板形成叠合梁。而且叠合梁内的隔层煤岩体在载荷的作用下都有其各自的单独弯矩，使得每层煤岩体的下边缘处于受拉状态，上边缘处于受压状态。
用高应力锚杆加固巷道顶板后，原来的叠合梁就会变成组合梁。巷道顶板锚固范围内的煤岩层被高预应力锚杆紧紧锁住，从而形成一个相对比较厚的组合梁。组合梁在上覆岩层荷载作用下最大应力和最大弯曲应变都大幅度的减小，而且其挠度也会降低。组合梁越厚，梁的挠度、最大应力和最大应变越小。
以材料力学相关理论为基础，在顶板中各岩层的弹性模量相等的条件下，组合梁的挠度和最大拉应力以及叠合梁的比值分别为：
其中，在式（1）和式（2）中各符号表示的内容如下：σmaxc表示组合梁的最大拉应力。σmaxl表示叠合梁的最大拉应力。fl表示叠合梁的挠度，fc表示组合梁的挠度，hi和h∫表示各煤岩层的厚度。n表示煤岩层的总层数。
由公式可知，当各煤岩层厚度相同是，组合梁的挠度和最大拉应力分别为叠合梁挠度和拉应力的1/n2和1/n。由此可知，当组合梁由高预应力锚杆锚固后，就可以大幅度减小顶板下沉量并降低巷道顶板煤岩层的应力。
第二种控制原理是通过短锚索补强加固来进行控制，从而提高顶板的整体刚度和强度，形成强度高和厚度大的组合梁。在开采极近距离的煤层时，留出一定厚度的顶煤来作为顶板，这样的话作为顶板的顶煤与上下煤层岩层合并增强了厚度，此时可以采取短锚索。我们用高预应力的锚杆对煤岩层加固智能设计到下部煤层顶板浅部的部分，为保持顶板的征地稳定性，需要加固锚杆支护以上的松散煤岩层，这样就可以提高梁的厚度，将巷道的顶板形成整体的组合梁。共同支撑上部采空区。利用短锚索可以深入到未加固的煤岩层中，然后通过树脂锚固剂粘结具有裂隙的煤巖层，从而改善围岩的力学性能，使顶板的整体稳定性有所提高。总之，利用短锚索施加高预紧力，从而使得顶板煤岩体的强度加大，以此形成组合梁，从而对于梁的整体刚度有所加强，通过对顶板围岩的自稳性加强来保持整体巷道顶板的稳定。
第三种控制原理是通过对巷道两帮的支护强度加强，来保证整体巷道的稳定性。开采上部煤层后，其就会将应力转移到残留煤柱，从而形成高集中应力。由于在上部的煤层残留煤柱附近有煤层巷道，则巷道必然会由于高集中应力的传播和扩散而受到影响，由此其两帮所受应力较大，尤其是靠近煤柱侧巷帮压力更大。巷道两帮的稳定性直接关系到其顶板的稳定性，只有巷道两帮稳定，才能保证顶板的稳定，因此我们需要通过采用高预应力高强度的锚杆来加强巷道两帮的支护，合理控制巷道两帮围岩的变形情况来确保整体巷道的稳定。
4、结束语
总之，在开采极近距离煤层时，当开采完上部的煤层后，则下部煤层的巷道顶板受力比较小，而且其强度低、厚度薄，比较容易垮落。巷道受采空区围岩的残余压力，因此保持巷道的两帮承受力对于维护顶板整体稳定性有着非常重要的作用，所以我们可以根据围岩控制原理，并据实际情况采取各种形式的支护技术来确保巷道整体稳定。