近距离煤层群联合开采巷道布置优化及矿压显现规律研究

姓名：霍艳春

身份证号：142302198601153714

摘要

近距离煤层群赋存条件复杂，多煤层层间距小、岩层相互扰动显著，联合开采模式下上下煤层采动影响叠加，矿压显现复杂多变，巷道围岩失稳、变形破坏、支护失效等问题突出。传统巷道布置方式多参照单一煤层开采标准设计，未充分考虑层间应力传递、采空区扰动、煤柱应力集中等耦合影响，巷道位置布设不合理、护巷参数不匹配，极易引发强矿压显现，严重制约煤层群安全高效联合开采。为解决近距离煤层群开采矿压管控难、巷道稳定性差、开采扰动剧烈的行业痛点，本文系统阐述近距离煤层群联合开采的赋存与开采特征，剖析多层采动叠加作用下的矿压显现机理与巷道破坏诱因，探究不同巷道布置形式、层位参数、煤柱尺寸对矿压分布与围岩稳定性的影响规律，针对性开展巷道布置方案优化研究，形成适配近距离煤层群的巷道布局体系与矿压控制思路。研究成果可有效弱化多层采动叠加扰动、缓解巷道矿压显现强度、提升巷道围岩稳定性，为近距离煤层群安全开采、集约化联合生产提供理论依据与技术参考。

关键词

近距离煤层群；联合开采；巷道布置；矿压显现；围岩稳定；布置优化

一、引言

随着我国煤炭资源开采深度与开采强度持续提升，单一中厚煤层资源逐步枯竭，近距离煤层群已成为各大矿井产能接续的重要开采对象。近距离煤层群普遍表现为多层叠加赋存、层间岩层厚度较小、岩性复杂、地质构造发育等特征，采用联合开采模式可大幅提升资源利用率、盘活存量煤炭资源，是当前复杂煤层开采的主流技术方向。但相较于单一煤层开采，煤层群联合开采存在多层采动相互扰动、应力场叠加重构、岩层运动规律复杂等特点，矿压显现具备突发性、叠加性、高强度性特征，给井下巷道支护与采场管控带来极大挑战。

现阶段多数矿井近距离煤层群巷道布置沿用传统单一煤层设计理念，巷道层位选择、内外错布局、护巷煤柱参数缺乏针对性优化，未规避上部采空区、遗留煤柱的应力集中区域，导致下位煤层巷道长期处于高应力扰动环境中，巷道变形、片帮、底鼓、顶板破碎等矿压灾害频发。不合理的巷道布置进一步加剧层间应力传递与岩层破坏，形成开采扰动恶性循环，严重影响采掘接续与安全生产。因此，系统研究近距离煤层群联合开采矿压显现规律，优化巷道科学布置方案，对实现煤层群安全、高效、集约化开采具有重要的工程价值与现实意义。

二、近距离煤层群赋存特征与联合开采技术难点

2.1 近距离煤层群赋存基本特征

近距离煤层群核心特征为多层煤层近距离叠加分布，层间保护层岩层厚度有限，无法有效阻隔上下煤层采动应力传递。层间岩层岩性差异较大，多夹杂软弱夹层与破碎岩层，整体性与承载能力较弱，受采动影响易发生弯曲、破碎、离层破坏。同时煤层群整体赋存起伏大、构造发育，煤岩体完整性差，原生应力场分布不均，为矿压集中显现、巷道围岩失稳提供了先天条件。多层煤层同步开采或接续开采过程中，采空区、遗留煤柱、扰动岩层相互影响，进一步加剧采场应力场重构，矿压演化规律更为复杂。

2.2 联合开采与巷道布置核心难点

近距离煤层群联合开采最大难点在于多层采动扰动叠加，上部煤层开采形成的采空区与煤柱应力会向下传递，对下位煤层巷道与采场造成持续性扰动。传统巷道布置方式无法适配复杂应力环境，巷道极易布设至应力集中带与采动扰动带内，导致围岩长期处于高应力状态。同时，层间岩层厚度较小，岩层缓冲、卸压作用有限，巷道开挖后的围岩应力重新分布与上部采动应力相互叠加，矿压显现强度显著提升，巷道支护难度大幅增加，常规支护体系难以维持围岩长期稳定。

三、近距离煤层群联合开采矿压显现规律分析

3.1 层间采动应力叠加规律

单一煤层开采仅产生单层采动应力扰动，应力影响范围有限、演化规律相对简单。而近距离煤层群联合开采过程中，上下煤层采掘活动会产生双向采动扰动，层间岩层成为应力传递的主要载体。上部煤层开采后，采空区周边形成支承压力集中区域，应力通过薄层间岩层向下传导，导致下位煤层整体应力水平显著提升；下位煤层采掘作业进一步扰动岩层结构，引发应力二次叠加与重新分布，形成多层耦合应力场，整体矿压显现强度远高于单一煤层开采。

3.2 煤柱应力集中传导规律

上部煤层遗留护巷煤柱是近距离煤层群矿压异常显现的核心诱因。煤柱具备高强度应力集聚特性，会持续承载上覆岩层压力，形成固定高应力集中区。该应力沿层间软弱岩层持续向下传递，在下位煤层对应位置形成应力集中带，下位巷道若布置于该区域内，会出现剧烈矿压显现，表现为巷道变形量大、破坏速度快、支护结构受力过载，是巷道失稳破坏的主要力学根源。

四、传统巷道布置存在的问题及矿压灾害诱因

4.1 巷道层位布设缺乏科学性

传统巷道布置未结合煤层群应力分布规律选址，多采用对齐式布设方式，下位巷道与上部煤柱、采空区边缘位置对应，直接处于高应力扰动核心区域。层位选择未规避应力集中带，先天应力环境恶劣，导致巷道开挖后矿压显现剧烈，围岩持续变形破坏。

4.2 护巷煤柱参数设计不合理

传统煤柱尺寸设计多依托单一煤层经验，未考虑多层应力叠加效应。煤柱尺寸过小无法有效抵御叠加采动应力，易发生整体失稳破坏；尺寸过大则会加剧应力集聚，形成长期高强度应力集中，持续扰动下位巷道，同时造成煤炭资源严重浪费。

4.3 巷道布置形式单一，抗扰动能力弱

传统巷道多采用对齐平行布置，未利用内错、外错等差异化布置方式规避应力风险，无法利用采空区卸压优势弱化矿压影响。巷道走向、间距参数固化，未适配煤层群复杂应力场分布特征，整体抗采动扰动能力薄弱，难以适应联合开采复杂工况。

五、近距离煤层群巷道布置优化技术方案

5.1 差异化巷道错层布置优化

依托矿压显现分布规律，摒弃传统对齐布置模式，推行内错式科学布置方案。将下位煤层回采巷道内错于上部煤层采空区下方卸压区域，彻底避开上部煤柱应力集中带，利用采空区岩层压实卸压效应，大幅降低巷道围岩初始应力水平，从空间布局上弱化多层采动叠加扰动，从源头缓解巷道矿压显现强度。结合层间岩层厚度、采动影响范围精准确定内错距离，保障巷道处于稳定卸压区域。

5.2 护巷煤柱尺寸参数优化

基于多层应力叠加机理，优化区段护巷煤柱宽度参数，摒弃经验化设计模式。在保障巷道围岩稳定、抵御采动扰动的前提下，合理缩减冗余煤柱尺寸，规避大煤柱应力过度集中问题，同时减少资源损耗。针对不同开采区段应力强度差异，采用分区差异化煤柱设计，实现应力可控、资源集约的双重目标，弱化煤柱应力传导带来的矿压扰动。

5.3 巷道层位与走向精细化优化

结合井田地应力分布、岩层产状、采动影响范围，精细化优选巷道布设层位，优先选择岩层完整性好、应力水平低、采动扰动弱的稳定区域布置巷道。优化巷道走向布局，适配区域地应力规律，减少巷道围岩剪切受力，提升巷道自身稳定性。同时规范巷道间距布局，避免多条巷道应力相互叠加，降低整体矿压显现风险。

六、结语

近距离煤层群联合开采矿压显现具备多层叠加、动态演化、区域差异化的显著特征，层间应力传导、煤柱应力集中、采空区扰动交替是矿压异常显现的核心机理，而传统经验化巷道布置方式布局不合理、参数不匹配，进一步加剧巷道矿压灾害与围岩失稳问题。本文通过系统分析煤层群赋存特征、联合开采难点与矿压演化规律，从错层布置、煤柱参数、层位走向、采掘协同四个维度完成巷道布置体系优化，有效规避高应力集中区域、弱化多层采动叠加扰动、改善巷道应力环境。优化后的巷道布置方案可显著缓解近距离煤层群巷道矿压显现强度，提升围岩整体稳定性，保障采掘接续顺畅与井下安全生产，可为各类近距离煤层群矿井巷道布局优化、矿压灾害防控、资源高效联合开采提供科学的理论支撑与工程参考。

参考文献

• 杨琅.近距离煤层群开采采动影响下的巷道布置优化[J].凿岩机械气动工具,2026,52(7):67-69.DOI:10.19449/j.cnki.2095-6282.2026.07.019.
• 孙锐.近距离煤层群下行开采遗留煤柱下巷道布置优化与支护技术[J].西安科技大学学报,2026,46(2):354-364.DOI:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2026.0211.
• 陈晨.极近距离煤层群采区巷道布置优化及开采顺序研究[J].山西冶金,2022,45(2):181-182+306.DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2022.02.069.

...