综放开采护巷煤柱合理宽度优化研究
特厚煤层动压巷道护巷煤柱合理宽度研究
特厚煤层动压巷道护巷煤柱合理宽度研究雷银豹;晋智毅【摘要】针对某矿9＃煤特厚煤层9－704综放工作面动压巷道在本工作面回采过程中，出现变形量过大难以控制的问题，采用理论分析、数值模拟及现场变形实测等手段对特厚煤层综放工作面区段动压煤柱应力分布和动压巷道变形进行研究。
极限平衡法表明在该条件下动压巷道护巷煤柱宽度不应小于24.5 m．数值分析表明，煤柱宽度大于26 m时能够较好地控制煤柱的应力及变形，最终确定该动压巷道护巷煤柱宽度为26 m．现场实测表明，动压巷道变形过大的原因在于护巷煤柱留设宽度过窄。
动压巷道护巷煤柱宽度的计算必须考虑煤柱沿相邻工作面采空区方向及本工作面方向塑性区的宽度。
该研究对类似条件下动压巷道护巷煤柱的留设宽度具有一定借鉴意义。
%Limit equilibrium method shows that pillar width for roadway maintenance in dynamic pressure road -way should't be less than 24.5 m.Numerical analysis shows that it can better control the stress and deformation of coal pillar when the coal pillar width is greater than 26m.Ultimately determines the pillar width for roadway maintenance in dynamic pressure roadway is 26 m.The field measurement shows that the deformation of dynamic pressure roadway is too large because of the coal pillars width is too narrow .For the similar condition , the width of coal pillar has cer-tain reference significance .The calculation of pillar width for roadway maintenance in dynamic pressure roadway must consider the width of plastic zone along the direction of nearby working face goaf and the working face .The study has a certain reference significance forunexploited coal width for roadway maintenance in dynamic pressure roadway under the similar condition .【期刊名称】《山西焦煤科技》【年(卷),期】2016(040)002【总页数】4页(P23-26)【关键词】特厚煤层;综放开采;动压巷道;采动变形;煤柱宽度;极限平衡法;数值模拟;现场变形实测【作者】雷银豹;晋智毅【作者单位】霍州煤电集团庞庞塔煤矿，山西临县 033200;霍州煤电集团庞庞塔煤矿，山西临县 033200【正文语种】中文【中图分类】TD353·试验研究·回采巷道护巷煤柱的留设宽度是采矿工程中一项重要的课题，留设宽度过大，容易造成资源浪费；留设宽度过小，容易造成巷道失稳，进而影响安全以及高产高效开采。
综放工作面采空区侧煤柱合理宽度留设研究
柱表面形成一定的屈服破坏区，该破坏区由煤柱
表面至深部支承压力大致呈现先增大后降低的趋
势，直至达到原岩应力。一般煤柱内应力稳定的区
域可认为是未受破坏的扰动区域咱4-5暂。
留设合理的定，防止采空区内的瓦斯通过煤柱内的
裂隙涌入巷道中，因此煤柱必须保证内部留有一定
宽度的稳定区，同时为了尽可能地提高煤炭资源回
1 矿井概况
山西潞安集团司马煤业 1208 工作面为综放 工作面，开采的煤层为 3 号，煤层的平均厚度为 6.39 m，倾斜角度平均为 3毅。工作面倾斜长度为 200 m，推进长度为 1 247.5 m，采高为 3.2 m，放煤 高度为 3.19 m。工作面东面为已经回采结束的 1207 工作面，西面为尚未开采的实体煤，工作面 巷道布置如图 1 所示，顶底板情况如图 2 所示。司 马煤业地面标高为 +949.78～+993.33 m，1208 工 作面标高为 +536.929～+569.052 m，埋深平均为
415 m。1208 工作面属于典型的综放工作面，回采 过程中的矿压显现比较剧烈。工作面两侧分别为 实体煤和沿空侧煤柱，煤柱留设为 35 m，煤柱的 承载情况及尺寸设计是否合理，缺乏有效的数据 和研究，有必要开展综放工作面回采沿空侧煤柱 变形失稳规律及尺寸优化研究，为后续的工作面 两巷煤柱尺寸留设提供合理的借鉴。
对于厚煤层工作面，煤柱的富裕量 X3 一般按 照 X1+X2 的 15%~35%计算咱6暂。将各参数代入式中 计算，所得煤柱宽度在 24.3~28.5 m 范围。
3 煤柱宽度数值模拟分析
3.1 模型建立 以 1208 工作面的地质条件为基础，建立数值
计 算 模 型 。 模 型 共 模 拟 28 层 ，模 型 总 厚 度 为 110 m，宽度为 245 m，1208 工作面回采推进长度 为 120 m，即模型尺寸为宽 245 m×长 120 m×高 110 m。分步开挖，每推进 20 m 按 1 000 步计算。
综放工作面沿空留巷煤柱宽度优化及支护技术
旋无纵肋螺纹钢树脂锚杆；巷道两帮采用 MSGLD500/20×2200 左旋等强螺纹钢式树脂锚杆，托盘采
用 150×150×10mm 正方形碗状钢托盘（顶板采用 T
型钢带和钢带托盘）。
锚固剂：顶板锚杆每孔使用 MSCKb2350 型和
MSCKb2370 型 锚 固 剂 各 1 卷 ，两 帮 锚 杆 每 孔 使 用
［D］. 徐州：中国矿业大学，2012.
是沿空留巷技术成败的关键。本文以杨村煤矿掘进工作面为研究背景，探究新支护方式及煤柱宽度下巷道围岩的
稳定性，现场实测结果表明：5m 煤柱及优化支护方案可有效控制沿空掘巷围岩的变形，保证了煤炭资源安全高产高
效开采。
【关键词】 沿空留巷；采出率；支护方式；煤柱宽度
【文献标识码】 A
【中图分类号】 TD32
800mm×800mm 的 5 根 2m 锚杆；在巷道的两帮每排
表1
顶底板名称
岩石名称
【文章编号】2096-4102（2021）02-0012-03
布设间排距 900mm×800mm 的 3 根 1.8m 锚杆；巷道
顶板每间隔 3 排锚杆布置 1 排 15.24mm×7400mm、间
排距 2100mm×2400mm 的锚索。
率要小很多，巷道两帮变形量最大减少了 13.52mm，
巷道顶板沉降量最大减少了 11.24mm，采用该支护
方式后巷道围岩变形得到了有效控制。
60
下沉量/mm
层监测的整个过程中，巷道围岩内部各个监测点与
巷道围岩表面各点相比，其变形量相差不大，且在
13 天左右顶板离层趋于稳定，说明优化后的支护方
案有效地控制了沿空掘巷围岩的变形。
段 86.6m。334 轨道顺槽主要沿 3 号煤煤层底板掘
综放面合理煤柱宽度及巷道围岩控制技术探讨
杜莉 （ 山西大 同煤 矿集团 。 山西 大 同 ０ ３ ７ ０ ０ ３ ）
摘 要： 优 化支护 参数 、 支护阻 力和 加大采空侧针对煤柱侧向约束 力 ， 在 一定范围 内提高巷道 围岩与煤柱 的整体承载 受力能力 ， 可以有效保证巷道 的整体稳 定性 ， 为综放面合理煤柱宽 度的确定提供了科学可靠的依据 。 关键词 ： 综放 面 ； 合理 煤柱宽 度 ； 巷道围岩 ； 控制技术
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中： ， 岩 体 平 均体 积 力 ， 单位是 Ｍ Ｐ ａ ； Ｈ， 采深 ， 单 位 是 ｉ ｎ ； Ｐ ， 支 护 阻力 ， 单 位 是 ＭＰ ａ ； ０ ， 煤 体 内摩 ； Ｃ， 煤 体 黏 聚 力， 单位 是 ＭＰ ａ ； ｒ ， 巷道 的等 效半 径 。
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ｔ ａ ｎ ％【 ＿ ２ Ｃ ｏ ＇ ＋ Ｍ Ｙ ｏ ｓ ｉ 呻＋ ｔ ａ ｎ ％ － 』 ’
中 Ｂ代 表 屈服 区和 核 区界 面处 侧 压 系 数 ； 是 煤 体 平 均体 积 力 ； ｄ是开采 过 程 中的 扰 动 系数 ， ｄ＝１ ． ５—３ ． ０； “＋” 是 煤柱 上侧 ； “一” 是 煤 柱下 侧 。这里 所 指 的上 侧 上侧 煤 柱 主要 是 指 矿 区巷 道 的 上 侧 方 是 采 空 区 ， 下 侧 同理 。 （３ ） 巷 道 围 岩 塑 性 宽 度
２ ｎ ｌ Ｌ — — — — — ｌ ， 公 式 … 中 的 定
综放工作面沿空侧巷道煤柱宽度优化
收稿日期: 2019-12-24 作者简介: 马华杰( 1979—) ,男,山西晋城人,2011 年毕业于太原理工大学,工程师,主要从事煤矿安全管理工作 ( E-mail) lmdou55@ 126. com
第 2 期 2020 年 2 月
·试验研究·
山西焦煤科技 Shanxi Coking Coal Science & Technology
No. 2 Feb. 2020
综放工作面沿空侧巷道煤柱宽度优化
马华杰
( 山西晋城煤业集团 圣坡底煤业, 山西 晋城 048000)
摘 要 以山西晋城煤业集团某矿北翼二采区 N2102 回风平巷为工程背景,基于原有留设煤柱 宽度 20 m 条件下,沿空侧巷道受邻近工作面回采扰动影响围岩的变形破坏特征,通过现场钻孔窥视 及理论计算分析,确定了覆岩侧方位断裂线位置位于煤柱体上方靠近煤柱帮侧。 通过 FLAC3D 数值 软件对 4 种不同煤柱宽度的应力-塑性区分布情况进行了模拟。 模拟结果表明,留设 5 m 宽的小煤柱 做为 N2103 工作面沿空侧的护巷煤柱效果最佳。 对于 N2102 回风平巷,通过非对称性的优化补强支 护,提高对巷道围岩的控制效果。
2020 年第 2 期
马华杰:综放工作面沿空侧巷道煤柱宽度优化
·37·
图 2 N2102 回风平巷现场矿压显现情况图
现象,导致锚杆支护失效,需要返修重新补打锚杆,见 图 2b) ;屈服煤柱侧煤帮内鼓变形严重,帮部煤体被 严重挤出,对巷道的维护造成了困难,见图 2c);局部 巷道段甚至出现了底板严重底鼓的现象,使得原本水 泥硬化处理过的路面出现鼓起开裂情况,见图 2d) .
综放工作面区段煤柱合理宽度优化研究_康继忠
上的位移，即单约束边界； 下部边界为全约束边 界； 上部边界不约束，施加垂直荷载，模拟上覆岩 层自重。模型的煤岩层分布从上到下依次为基本 顶、直接顶、煤层、直接底、基本底，煤岩体的本 构模型依照摩尔 － 库伦破坏准则，各层煤岩体的物 理力学参数均由试验测定，见表 1。
图 2 三维计算模型 表 1 模型各层煤岩体的物理力学参数
37
2012 年第 10 期
煤炭科学技术
第 40 卷
塑性简化计算等方法，其中较为简单也是理论研究 工 作 者 经 常 采 用 的 是 数 值 模 拟 法［5 － 9］。 FLAC、 UDEC 等大型专业软件的数值模拟技术在采矿领域 得到了广泛应用［10 － 11］。笔者采用 FLAC3D 数值分析 软件，以兑镇煤矿开采地质条件为工程背景，模拟 分析了不同煤柱宽度下工作面回采过程中的矿压显 现规律，研究确定适合该煤矿的煤柱留设宽度。
合理煤柱宽度的留设直接关系到回采巷道支护 效果、煤矿安全生产及经济效益，是煤矿采区设计 的关键问题之一，也是困扰煤矿安全生产的重要技 术难题之一。不同开采条件下，留设的煤柱宽度不 同。留设煤柱过宽，不仅导致煤炭资源的浪费，而 且难以保证煤柱处在支承压力带影响范围外［1 － 4］； 留设煤柱过窄，虽然能减少煤炭损失，但煤柱中的
应力集中现象明显，煤柱的承载能力低，稳定性 差，给巷道维护带来相当大的困难。不同煤柱宽度 对工作面回采过程中的矿压显现有较大影响，因此 可以利用不同煤柱宽度与矿压显现规律的关系，来 反演确定合理的煤柱宽度。确定工作面回采过程中 矿压显现规律的方法包括巷道变形量观测、支架载 荷测量及围岩应力测量，相似模拟，数值模拟及弹
最终确定了区段煤柱合理的宽度为 16 m，工作面实现安全回采。
关键词： 煤柱合理宽度； 围岩应力集中； 围岩塑性区； 数值分析
护巷煤柱宽度设计
护巷煤柱宽度设计在煤矿开采过程中，为了确保矿井的安全稳定，护巷煤柱的宽度设计是一个非常重要的问题。
护巷煤柱宽度的设计直接关系到矿井的安全性和经济性。
本文将从人类视角出发，探讨护巷煤柱宽度设计的相关问题，并提出一些建议。
护巷煤柱宽度的设计需要考虑到矿井的地质条件和煤层的特性。
不同地质条件和煤层的特性会对煤柱的宽度产生影响。
例如，地质条件复杂的矿井需要更宽的煤柱来保证矿井的稳定性。
而煤层的特性也会影响煤柱的宽度，比如煤层的厚度和坚硬程度等。
因此，在设计护巷煤柱宽度时，需要充分考虑地质条件和煤层的特性，确保煤柱能够承受矿井的地压力和覆岩压力。
护巷煤柱宽度的设计还需要考虑到矿井的开采方法和采动规模。
不同的开采方法和采动规模会对煤柱的宽度产生影响。
例如，采用长壁工作面的矿井需要更宽的煤柱来保证工作面的稳定性。
而采动规模越大，煤柱的宽度也需要相应增加。
因此，在设计护巷煤柱宽度时，需要充分考虑矿井的开采方法和采动规模，确保煤柱能够满足开采的需求。
护巷煤柱宽度的设计还需要考虑到矿井的安全标准和法规要求。
不同国家和地区对矿井的安全标准和法规要求不同，因此在设计护巷煤柱宽度时，需要遵守当地的安全标准和法规要求。
这样可以保证煤柱的设计符合安全要求，确保矿井的安全稳定。
护巷煤柱宽度的设计还需要考虑到矿井的经济性。
煤矿企业在进行护巷煤柱宽度设计时，需要综合考虑煤矿的生产能力、成本和效益等因素。
合理的煤柱宽度设计可以提高矿井的利用率和生产效率，降低矿井的开采成本，从而提高煤矿企业的经济效益。
护巷煤柱宽度的设计是一个复杂而重要的问题。
在设计护巷煤柱宽度时，需要考虑地质条件和煤层的特性、矿井的开采方法和采动规模、安全标准和法规要求，以及矿井的经济性。
只有综合考虑这些因素，才能够设计出安全可靠、经济合理的护巷煤柱宽度。
煤矿企业应该加强对护巷煤柱宽度设计的研究和应用，提高煤矿的安全性和经济性，为煤矿的可持续发展做出贡献。
综放开采合理护巷煤柱宽度研究
综放开采合理护巷煤柱宽度研究张少杰;王金安;吴豪伟;朱占东【摘要】根据新柏矿“两软一硬”复合顶板的5 #煤赋存状况,通过理论分析和数值模拟,对不同煤柱宽度时沿空掘巷系统围岩应力分布和破坏特征进行了研究,对不同煤柱宽度时的巷道系统进行了综合分析和评价,确定了相邻工作面区段沿空掘巷留设煤柱的合理宽度,对类似综放沿空掘巷煤柱合理宽度的确定具有参考价值.%In view of the occurrence condition of soft roof and floor with hard 5# coal seam in Xin-bai Colliery of Tuatmg Coal Field, the stress distribution and the failure characteristics in surrounding rocks of roadway were studied with respect to different pillar widths using theoretical analysis and numerical simulation. Through the general analysis and assessment on stability of the roadway system protected by the pillar with different widths, the reasonable pillar width was determined for roadway driving along gob between adjacent working surface sectors, which provides reference to the determination of reasonable position of similar roadway driving along gob.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2012(021)003【总页数】4页(P52-55)【关键词】沿空巷道;煤柱宽度;煤柱稳定性【作者】张少杰;王金安;吴豪伟;朱占东【作者单位】北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD32综放开采沿空掘巷技术有利于提高煤炭资源的利用率和减小巷道的维修量[1-2]，在煤矿生产中得到广泛应用[3-14]。
综放工作面留设煤柱合理宽度的确定
数值模拟。实践证明，巷道煤柱宽度 20m 时，可以保障窄煤柱沿空巷道围岩稳定，对同类工程具有参考价值。
关键词 综放 沿空留巷 煤柱 数值模拟
中图分类号
TD822+.3 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2018.05.004
Determination of Reasonable Width of Coal Pillar in Fully Mechanized Caving Face Yang Meng
2018 年第 5 期
7
综放工作面留设煤柱合理宽度的确定
杨猛
（霍州煤电集团公司薛虎沟煤业有限责任公司，山西 临汾 041000）
摘 要 综放工作面煤柱留设宽度过大，会造成资源损失。综放工作面煤柱留巷及围岩控制技术的应用，缓解了这一突
出矛盾，既提高了巷道的维护力也发挥了重要作用。本文依据薛虎沟矿 21015 工作面的实际情况，使用 FLAC3D 软件进行
γ
8
2018 年第 5 期
式中： P- 煤柱上所承载的总载荷，kN； B- 煤柱宽度，m； D- 采空区宽度，m； H- 巷道埋深，m； δ- 采空区上覆岩层垮落角，°； γ- 上覆岩层平均体积力，kN/m³。 （2）煤柱单位面积的平均应力： δ=P/B 式中： B- 煤柱宽度，m； P- 煤柱上覆岩层的总载荷，kN。 （3）煤柱宽度必须保证煤柱的极限载荷 σ 不 超过极限强度 R，其中 R 为： R=0.778+0.222B/h 式中： B- 煤柱宽度 ,m； h- 煤柱高度 ,m。 开采区和巷道煤柱在边缘上的应力相对于原始 煤层上的应力呈倍数的集中，煤柱边缘抗压强度低， 所以煤柱边缘会受到不同程度的损伤。开采空间和 煤柱巷道之间有塑性区，此区可以变形，当煤柱两 侧的这个塑性区互相贯通，煤柱就不再稳定，会出 现崩塌等安全问题 [2]。 21015 工作面采用上述公式的载荷估算法，代 入参数值 D=200m，H=400m，M=6.25m，h=3.5m， 煤的单轴抗压强度为 11MPa，采空区上覆盖层垮落 角为 30°，上覆岩层平均体积力为 24kN/m3。代入 理论方程式，得 B=17.9m。根据极限平衡理论，求 得 L0 为 5.3m，B0 为 15.91m，B 为 19.6m。综合以 上，护巷煤柱合理宽度为 20m。
煤矿保护煤柱优化设计分析
关键词:杭来湾煤矿;保护煤柱;地表沉降;塌陷裂缝引言目前《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》是保护煤柱计算和设计的主要依据［1］，由于大部分矿井缺少本矿井的相关岩移参数，对保护煤柱计算参数只能取参考值，这些参数与煤层顶底板岩性、埋藏深度、厚度、倾角、开采方法、采厚、和围岩稳定性等诸多因素有关［2］，不同矿井地质条件和开采条件不尽相同，对保护煤柱的计算缺乏科学性和合理性，实际指导意义并不大［3－6］。
保护煤柱的合理留设直接影响煤炭资源的合理开采和利用、矿井的可持续发展、生产服务年限、工作面搬家周期、采掘接续计划和单面煤炭采出量，对矿井经济效益的影响尤为明显［7－8］，保护煤柱的设计在考虑安全性的同时还应当兼顾合理性。
因此，矿井应结合实际开采情况，对保护煤柱的合理宽度进行分析和探讨，旨在减小压覆资源和提高矿井经济效益［9］。
保护煤柱宽度较大，煤柱损失的资源量相应的增大;保护煤柱宽度较小，开采引起的地表沉陷和裂缝对地表建(构)筑物产生破坏影响［10－12］。
文中以杭来湾煤矿为研究对象，根据以往工作面回采对地表建(构)筑物的影响程度和周边煤矿开采地表沉陷规律，对敬天陵园保护煤柱的合理留设问题进行分析，在不对地面建筑物造成破坏的前提下，选择保护煤柱的合理留设尺寸和工作面切眼位置设计方案。
1研究实例敬天陵园位于杭来湾井田301盘区30109工作面和30110工作面切眼上部，受整体搬迁费用高、难度大、协调困难等因素影响，计划在陵园范围留设保护煤柱，并改变原30109工作面和30110工作面切眼位置。
陵园内主要保护对象为硬化的水泥路和一座高度约10m 的佛像，这些保护对象对地表沉降的控制要求较低，因此陵园保护煤柱的留设，可以在不引起陵园地面沉陷的前提下，尽可能多的以回收煤炭资源为设计原则。
2回采工作面地表沉降规律杭来湾煤矿在地表沉降观测和采煤沉陷治理等方面开展了大量的观测和研究工作，通过在30101、30107、30108工作面成组布设观测线，根据回采进度分别在采前、采中和采后3个阶段进行跟踪观测，掌握了回采工作面地表沉陷边界角、移动角、裂缝角、下沉系数等相关岩移参数，为矿井保护煤柱的留设提供了重要依据。
综放开采合理护巷煤柱宽度研究
柱 宽 度 时 沿 空 掘 巷 系统 围 岩 应力 分布 和破 坏 特 征 进 行 了研 究 ，对 不 同 煤 柱 宽 度 时 的 巷 道 系 统 进 行 了综 合
Ｓ ｕ ｙ ｏ ａ ｉ ｎ ｌｗｉ ｔ ｆｇ ｔ ｗａ ｒ ｔｃ ｉ ｇ ｃ ａ ｉｌ ｒ ｉ ｕ ｌ ｔ ｄ ｎ ｒ ｔｏ ａ ｄ ｈ ｏ ａ ｅ ｙ ｐ ｏ ｅ ｔｎ ｏ ｌｐ ｌａ ｎ ｆ ｌｙ ｍ ｅ ｈ ｎ ｚ ｄ ｔ ｐ ｃ ｖ ｎｇ ｍ ｉ ｉ ａ ｅ ｃ ａ ｉｅ ｏ ａ ｉ ｎ ｎｇ ｆ ｃ
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综放开采沿空掘巷小煤柱宽度留设及支护技术研究
ｅｎｔｒｙ ｄｒｉｖｉｎｇ ｂｙ ｆｕｌｌｙ——ｍ ｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｔｏｐ ｃｏａｌ ｃａｖｉｎｇ
ＺＨＡＮＧ Ｐｅｎｇｐｅｎｇ。一 ＨＡＯ Ｂｉｎｇｙｕａｎ ，Ｗ ＡＮＧ Ｋａｉ ，ＨＵＡＮＧ Ｘｉａｏｐｅｎｇ ，ＹＡＮ Ｓｈｕｐｅｎｇ ，Ｗ ＥＩ Ｊｕａｎ ，
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｌ￣ｉｙｕａｎ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｏｎｇｘｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｆｅｎｘｉ Ｍｉｎｉｎｇ ｌｎｄｕｓｔｕ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉａｏｃｈｅｎｇ ０３０５００，Ｃｈｉｎａ；３．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ‘Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｘｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｇｑｕａｎ ０４５０００，Ｃｈｉｎａ） Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｓｍ ａｌｌ ｃｏａｌ ｐｉｌｌａｒ ａｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｇｏｂ—ｓｉｄｅ ｅｎｔｒｙ ｄｒｉｖｉｎｇ，ｔａｋｉｎｇ Ｎｏ．８４０７ ｗｏｒｋｉｎｇ
（１．太 原 理 工 大 学 矿 业 工 程 学 院 ，山西 太 原 ０３００２４；２．汾 西矿 业 集 团有 限责 任 公 司 中 兴 煤 业 公 司 ，山 西 交 城 ０３０５００ ３．山 西工 程 技 术 学 院 矿 业 工 程 系 ，山 西 阳泉 ０４５０００）
摘 要 ：为合理 确 定 区段 小煤 柱 宽度及 沿 空巷道 支护 方 式 ，以阳泉 五矿 ８４０７综放 工作 面为例 ，基 于采 空侧基 本 顶 断裂 力学模 型及 围岩极 限平衡理 论 ，理论 计 算 了合 理煤 柱 宽度 的上 下限值 ，采 用钻孔 应 力 监测方法，对回采过程 中煤柱 内部应 力分布进行 了实测，进而确定沿空巷道 支护参数 。研 究结果表 明 ：沿空掘巷 小煤柱 宽度 合理 范 围为 ９．０３～ｌ１．８０ １ＴＩ，取 １０ ｌｒｌ为 宜 ，煤 柱侧 ０～３ ｎｌ范 围煤 体 发 生 塑形 破 坏 、３～６ Ｉｎ范围 为弹性核 区 、６～１０ ｉｎ范 围靠 近 ８４０９采 空 区承 载 能力 弱 ，因而在 ８４０７回风巷掘 巷期 间采 用锚 杆＋长短锚 索一次 支护 ，回采 期 间对煤 柱帮进 行 ３ ｉｎ钻 孔 注浆 加 固二 次 支护 ，现 场 实测 数据 显 示 ，８４０７回风巷 沿 空掘 进期 间 围岩 变形 量较 小 ，回采 期 间顶 板 、注浆 加 固煤柱 帮 、实体 煤 帮 最 大 变 形量 分 别为 ０．２０、０．０５、１．Ｏ０ ｉ ｎ，围岩 变形 处 于可控 范 围 ，实现 了综放 工作 面安 全 高效回 采 。 关键 词 ：综放 沿 空掘 巷 ；小煤 柱 宽度 ；煤 柱应 力监 测 ；注浆加 固 中图分 类号 ：ＴＤ３５３ 文 献标 志码 ：Ａ 文章 编号 ：０２５３—２３３６（２０１８）０５—００４０—０７ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｗｉｄｔｈ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｍ ａｌｌ ｃｏａｌ ｐｉｌｌａｒ ａｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｇｏｂ——ｓｉｄｅ
综放面沿空掘巷区段煤柱尺寸的优化研究
炭
工
程
２１ ０ ２年第 ４期
通过计算模 型的建立 和简化 （ 图 ２所 示 ） 如 ，在考 虑提 高锚杆锚 固力 和支护 作用 的前提 下 ，综合 影响巷 道 围岩稳 定性 的主要 因素 ，确 定煤 柱合 理留宽的计算公式 为 ：
Ｂ ＝Ｘ １＋ ＋ （） １
式 中
—— 上 区段煤帮的塑性区宽度 ，取 ５２ ． ｍ；
２１ ０ ２年 第 ４期
煤
炭
工
程
综放 面 沿 空掘 巷 区段 煤 柱 尺 寸 的 优 化 研 究
赵云 虎
（ 中国煤炭科工集 团 南京设计研究 院 ，江苏 南京 ２０３ ） １０ １
摘
要 ：为 了确定 合理 的 沿空掘巷 区段煤 柱尺 寸 ，结合 沿 空掘巷 覆岩破 断特征 ，掌握 了覆岩
不 同的煤 柱 宽度进 行数 值模 拟 ，结果 表 明 ：煤 柱 宽度 ９ ４ ｍ 时 ，煤 柱 中部 出现 １５～２ 的弹性 ．５ ． ｍ 核 ，煤柱 整体 承载 性 能 优 于其 他 留宽 方 案 ， 因此 煤 柱 留 宽应 为 ９ ４ ｍ 左右 ，考虑 到煤 质 较 软 、 ．５
小煤 柱 易片 帮 ，导致煤 柱有 效 宽度 减 小的现状 ，最终 确定煤 柱 留 宽为 ９４ ９６ ．５— ． ｍ。
沿空掘巷
图 １ 沿 空 掘 巷 弧 形 关 键 块 的 结 构 示 意 图
泥岩 ：浅黑色 ，薄层 状 ，水 平 层理 ，含 云 母碎 片 ，裂 隙发
育 ，含植物碎屑化石 ，厚 为 ３ ｍ左右 。 ８号煤采用综采放顶煤一次采全 厚走 向长壁采煤法 ，机
由图 １ 可知 ，沿空 掘巷 时上 区段 的基本顶 在实 体煤一 侧为 固支边 ，在工 作 面端头部 位 的破断线 呈弧 形 ，形成 弧 形三角块 Ｂ 。在上覆 岩层大 结构 中对沿 空 掘巷稳 定性 影 响 最大 的就是三角块 Ｂ，称为关键块 。
某矿区综放工作面预留煤柱优化设计研究
某矿区综放工作面预留煤柱优化设计研究杜飞;王龙飞;王海【摘要】结合某矿区综放工作面回采巷道现场实际情况，基于预留煤柱宽度理论分析，依托预留煤柱宽度优化设计原则，提出了该矿区综放工作面预留煤柱宽度计算公式，通过对比分析数值模拟与理论计算结果，将该矿区原有预留煤柱宽度60 m 优化至52 m，中间灌浆巷距离两条巷道净距均为23.7 m，大大提高了该矿煤炭回采率。
%Combining with the mining roadway sites at the fully mechanized caving face of some mining area,the paper is based on the optimal design principle for the width of the prearranged pillars based on the theoretic analysis of the prearranged pillar width theory,points out the formula for the width calculation of the pillars at the fully mechanized caving face of the mining area,undertakes the comparative analysis of the numeric simulation and theoretic calculation,optimized the width of the prearrange pillar from 60 m to 52 m and the net distance between the middle grouting road and the two roadways is 23. 7 m at the area,so as to improve the mining ratio of the mining area.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2015(000)031【总页数】2页(P91-92)【关键词】综放工作面;煤柱宽度;数值模拟;理论计算;优化设计【作者】杜飞;王龙飞;王海【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710077;中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710077;中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710077【正文语种】中文【中图分类】TD822我国厚煤层储量占煤炭比重接近一半。
综放沿空掘巷窄煤柱合理宽度设计
２ ）水 平位 移 的变 形 规 律 。在 数值 计 算 条件 下 ， 窄煤柱 向巷 道 内水 平位移 的基 本特 点 ： 般是 窄煤柱 一 中间 的水平位 移较 大 ， 柱 宽度 较 小 ， 平 位移 的最 煤 水 大值一 般更靠 近窄 煤柱 的下部 一些 ； 窄煤柱 向上 区段 工作 面采空 区侧水 平位移 的特 点 ： 平位移 靠 近煤柱 水 上部要 大得 多 ， 似表 现 为 向 采空 区滑 落 的特 点 ， 近 煤 柱宽度 越小 ， 这种 特点越 明显 ， 可见 ， 采空 区 中靠 近窄 煤 柱帮 的矸石 充填 及支 护 状 况对 窄 煤 柱 向采 空 区侧 变形 的程度有较 大 的影响 。 ２ 窄煤 柱变 形的影 响 因素 事 实上 ， 响窄 煤柱 的 因素很 多 ， 影 包括 ： 巷道 的埋
其垂直 位移 量 明显 要小 。
研 究认 为 ， 放 沿空 掘 巷采 用 锚杆 支 护时 ， 定 综 确 合 理 的窄煤 柱宽度应 遵循 以下 几个原 则 ： １ ）锚杆 安设 基础 的原则 。窄 煤 柱采 用锚 杆支 护 时， 煤柱 宽度 至少应 大 于 锚 杆 的长 度 ， 锚杆 能锚 固 使
① 作 者 简 介 ： 文 超 段
２ ）相对 有利 的应力 环境 。当上 区段 工作 面 回采
结 束后 ， 在采 空侧煤 体 中形成一 个垂 直应力 相对较 低
的区域 ， 放 沿空掘 巷 位 于 此 区域 时 ， 巷道 及 其 窄 综 对 煤 柱 的稳 定性 都极 为有利 。因此 ， 道宽度 和窄煤 柱 巷
此， 在考 虑合理 的窄煤 柱 宽 度 时 ， 保 证 锚 杆 安设 基 应 础的 围岩性质 较好 ， 以保 证 锚 杆具 有 较 高 的锚 固力 ，
巨厚煤层综放开采区段煤柱合理留设宽度研究
ｆ ａ ｃ ｅ ａ ｓ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ， ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ Ｆ Ｌ ＡＣ ｗ ａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ
ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ａ ｌ ｐ ｉ ｌ ｌ ａ ｒ ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈｅ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｐ ｉ ｌ ｌ ａ ｒ ｉ ｓ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ． Ｔｈｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｏ ｆ ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｄ． Ｒｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｈｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ － ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｌ ｉ ｔ ｔ ｌ ｅ ａ ｎｄ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｐ ｉ ｌ ｌ ａ ｒ ｉ ｓ ｇ ｏ ｏ ｄ ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈｅ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｐ ｉ ｌ ｌ ａ ｒ ｒ ａ ｎｇ ｅ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ １ ７． ５—２ ２． ５ ｍ ． Ｔｈｅ ｍｏ ｎｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏｎ ｓ ｅ － ｑ ｕ ｅ ｎｃ ｅ ｏ ｆ ｓ ｉ ｄ ｅ ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｂ ｕｔ ｍｅ ｎｔ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ ｗｏ ｒ ｋｉ ｎｇ ｆ ａ ｃ ｅ ｈ ａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ． Ｋｅ ｙｗｏ ｒ ｄｓ： ｅ ｘ ｔ ｒ ｅ ｍｅ ｌ ｙ ｔ ｈｉ ｃ ｋ ｓ ｅ ａ ｍ； ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｃ ｏ ａ ｌ ｐ ｉ ｌ ｌ ａ ｒ ； ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｗｉ ｄ ｔ ｈ； ｎ ｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
沿空掘巷煤柱合理宽度的研究与实践
沿空掘巷煤柱合理宽度的研究与实践【摘要】本文以某矿的采煤工作面为研究对象，采用理论计算与数值计算相结合的方法，设计出沿空巷道合理煤柱合理的留设宽度，并在此基础上提出了合理的沿空掘巷锚梁网支护对策，确定了强化巷帮支护强度，顶板支护以锚索支护为主、锚杆支护为辅。
通过现场实施证明，沿空巷道煤柱留设的宽度及采取的支护对策是科学的、合理的，并且能够有效的控制巷道变形量，为矿井的和谐建设提供了有力的理论基础。
【关键词】深井煤矿沿空巷道煤柱宽度锚梁网支护煤炭作为我国的基础能源，在我国一次能源消费结构中占有较大的比重，约为65%，而且这一状况还会持续一段时间。
现如今，我国煤炭资源采出率不高，约为40%，而且还存在严重的煤炭资源损失现象，这一切均需要煤炭资源的充分开采。
而沿空掘巷能够可以减少煤柱资源的损失，但沿空掘巷时，留设一定的煤柱，能够避免有害气体、老空积水等侵入巷道，最重要的是，还能够提高劳动效率，降低巷道维护成本，因此，留设煤柱对于煤炭安全高效开采具有重要意义。
又由于留设煤柱的宽度既能够对煤柱本身以及巷道围岩稳定性造成一定影响，又会影响煤炭的采出率，所以合理确定沿空掘巷煤柱宽度具有重要的研究和实践意义。
本文以某矿1492（1）工作面为例，来研究沿空掘巷时煤柱宽度的确定。
1 工作面概述某矿1492（1）工作面走向长度为1462m，倾向为230m。
该工作面正采11—2煤层，该煤层多为块状煤。
该煤层平均厚度为1.7m，平均倾角为7°。
巷道具有埋深大（约为857m）、构造应力高等特点。
在距煤层顶板较近的区域，多为薄且稳定性较差的岩层。
在距煤层顶板3.1m左右的区域，存在厚度约为0.49m的煤层，因此，煤层顶板为复合顶板。
相邻采区对该工作面产生较大的采动影响。
2 关于煤柱宽度的理论分析与计算2.1 理论计算按照极限平衡理论，可以确定最小的合理煤柱宽度B，不妨用x1（m）表示两相邻区段工作面开采在煤柱中产生的塑性区宽度，x2（m）表示锚杆锚入煤柱深度（需要考虑加大控帮深度，一般取2.8m），x3（m）表示安全富余量，其计算公式为：x1+x2+x3其中，x1的确定公式为：x1其中，m为煤层厚度，2m；A为侧压系数，且，泊松比μ为0.3；j0为煤体内摩察角，27°；C0为煤体粘聚力，取1.5MPa；k为应力集中系数，取3；H为巷道埋深，为857m；为上覆岩层平均重力密度，为0.023MN/m3；P0为两相邻区段平巷支护结构对煤柱的支护阻力，为0。
新屯煤矿综放工作面区段煤柱合理宽度优化研究
收稿日期:2024 03 20作者简介:张子统(1989-),男,河北邯郸人,工程师,从事职业病危害评价工作,E -mail:383675619@doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2024.05.011新屯煤矿综放工作面区段煤柱合理宽度优化研究张子统(冀中能源峰峰集团有限公司检测检验中心,河北邯郸㊀056201)摘㊀要:为对新屯煤矿14282工作面的区段煤柱宽度进行优化,通过FLAC 3D 数值模拟软件分析了不同煤柱宽度下的垂直应力㊁围岩位移及塑性区分布特征,最终确定合理的区段煤柱宽度为25m,并对巷道支护进行了设计㊂现场实践结果表明,在工作面回采期间,巷道顶底板最大移近量为348mm,两帮最大移近量为470mm,均在允许变形范围内,满足矿井安全高效的生产需求㊂关键词:综放工作面;区段煤柱;合理宽度中图分类号:TD822.3㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1005 2798(2024)05 0046 03㊀㊀在综放工作面开采中,由于煤层较厚,回采过程中矿压显现剧烈,因此设置的区段煤柱宽度一般较大,造成了一定的资源浪费[1-2]㊂若区段煤柱宽度过小,则会导致巷道围岩稳定性差,煤柱不承载等现象㊂合理的区段煤柱宽度应是保证煤柱具有一定的承载能力,并使巷道在工作面回采过程中的变形量在允许范围内,在此基础上尽可能地提高煤炭资源回收率[3-5]㊂本文以新屯煤矿14282工作面为工程背景,采用数值模拟的方法分析受采动影响下,不同煤柱宽度的围岩应力㊁位移等分布特征,综合确定出合理的区段煤柱宽度,并对巷道支护方案进行设计㊂1㊀工程概况新屯煤矿14282工作面主采2号煤,煤层厚度为5.3~5.7m,平均厚度为5.5m,含两层夹矸,结构复杂㊂煤层走向131ʎ~153ʎ,倾向41ʎ~63ʎ,倾角10ʎ~18ʎ,平均约13ʎ,属稳定煤层,全区可采㊂工作面煤层具体顶底板情况如表1所示㊂表1㊀煤层顶底板结构顶底板岩性厚度/m 岩性特征基本顶中粒砂岩9.3灰色,以石英为主,岩石质硬直接顶砂质页岩 3.5深灰色,含炭质与植物化石,局部有矽质结核直接底细砂岩8.3深灰色,致密坚硬,含植物化石,含有大量结核基本底细粒砂岩3.7深灰色,致密坚硬,含植物化石,含有大量结核㊀㊀14282工作面位于-600m 水平深部采区,工作面倾斜长度为258m,采用双巷布置,其运输巷邻近采空区,设计为矩形断面:宽ˑ高=4.4m ˑ3.5m.根据本工作面区域内煤层倾向及巷道布置,采用后退式倾向长壁采煤法采煤,采高2.2m,放煤高度平均3.3m,采放比为1ʒ1.5.采用全部垮落法处理工作面采空区,采空区顶板随放煤㊁放顶自然垮落㊂矿井工作面间的区段煤柱宽度之前一直按40m 设置,为提高煤炭资源回收率,考虑对14282工作面与相邻采空区间的区段煤柱宽度进行优化㊂2㊀区段煤柱宽度数值模拟分析2.1㊀建立模型合理的区段煤柱不仅需尽可能提高资源回收率,更需保证巷道及煤柱在本工作面回采时的稳定性㊂根据类似工程案例及2号煤层实际赋存条件,采用FLAC 3D 数值模拟软件建立不同区段煤柱宽度的模型,分别为5m㊁15m㊁25m 及35m.模型尺寸为长ˑ宽ˑ高=300m ˑ200m ˑ120m,根据工作面埋深,在模型顶部施加9.0MPa 的垂直应力以模拟覆岩压力,侧压系数为1.1,通过边界条件约束模型两边的水平位移及底部的垂直位移㊂计算时,煤岩体的物理力学参数按表2进行赋参㊂2.2㊀不同煤柱宽度下的应力场分析为分析14282工作面回采时,不同宽度煤柱下自身及巷道的稳定性,提取工作面回采过程煤柱的垂直应力场数据,并绘制成曲线,如图1所示㊂㊀㊀由图1可知,随着工作面的回采,受超前支承应力的影响,5m 及15m 宽度煤柱的垂直应力呈单峰状,而15m 以上煤柱的垂直应力呈双峰状㊂当煤柱宽度为5m 时,其内部最大垂直应力值为9.1MPa,此时煤柱内部已完全破碎,不具备承载能力;当煤柱宽度为15m 时,其垂直应力峰值达到了65.6MPa,㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第33卷㊀第5期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2024年5月在四种方案中应力值最大;当煤柱宽度为25m和35m时,其最大垂直应力分别为45MPa和39.1MPa.上述结果说明,当煤柱宽度范围在15~ 35m时,煤柱具有较稳定的承载能力㊂表2㊀煤岩体物理力学参数岩性密度/(kg㊃m-3)体积模量/GPa剪切模量/GPa内摩擦角/(ʎ)黏聚力/MPa抗拉强度/MPa 中粒砂岩27207.5 6.8233.78.3 6.02砂质页岩1800 4.7 3.6828.6 4.9 3.23煤层1330 1.20.8129.00.840.55细粉砂岩28658.87.2234.99.1 6.84图1㊀不同煤柱宽度下煤柱内垂直应力分布特征㊀㊀工作面煤层的原岩应力为11.6MPa,低于此值的区域为破坏区㊂当煤柱宽度为5m时,煤柱整体应力较低,无法承载;当煤柱宽度为15m时,其左右两侧向里0~3m的范围为破坏区;当煤柱宽度为25m时,靠近采空区一侧的煤帮向里0~4m为破坏区,另一帮向里0~3m为破坏区,剩余煤柱内的应力较为集中,完成性好;煤柱宽度为35m时,采空侧及煤帮侧的破坏区范围分别为0~4m和0~5m.2.3㊀不同煤柱宽度下的位移场分析图2及图3为不同煤柱宽度下,工作面回采时巷道沿推进方向的位移变化情况㊂图2㊀不同煤柱宽度下巷道顶底板移近量图3㊀不同煤柱宽度下巷道两帮移近量㊀㊀由模拟结果可知,随着与工作面煤壁距离的增大,巷道顶底板位移量逐渐减小,最大位移量出现在煤壁处㊂而随着煤柱宽度的增加,巷道顶底板位移量随之减小,当煤柱宽度为5m时,巷道煤壁处的顶底板最大变形量为1019mm;当煤柱增加至25m 时,顶底板最大变形量降低至265mm,相比5m煤柱大幅度降低;当煤柱宽度为35mm时,顶底板最大变形量为198mm,与25m宽度煤柱下的最大变形量相差不大㊂不同煤柱宽度下的巷道两帮位移变化特征与顶底板相似,5m宽度煤柱下的两帮变形量最大为2025mm;25m和35m宽度煤柱下的两帮变形量分别为400mm和230mm.2.4㊀不同煤柱宽度下的塑性区分布特征图4为不同煤柱宽度下的塑性区分布特征㊂74第5期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张子统:新屯煤矿综放工作面区段煤柱合理宽度优化研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图4㊀不同煤柱宽度下围岩塑性区分布特征㊀㊀由图4可知:1)㊀当煤柱宽度为5m时,煤柱整体均处于塑性破坏状态,巷道收敛明显;当煤柱宽度为15m时,煤柱内也均呈塑性状态,但相比5m宽煤柱仍有一定的承载力㊂2)㊀当煤柱宽度为25m时,煤柱中部的弹性核区范围达到了9~12m,此时煤柱具有稳定的承载能力;而当煤柱宽度为35m时,煤柱中部弹性核区范围扩大至21~23m,煤柱承载能力较强,且两种煤柱宽度下的巷道没有明显的变形收敛现象㊂综合数值模拟结果可知,5m和15m宽度煤柱下,煤柱的稳定性较差,无法有效承载;而煤柱宽度为25m和35m时,煤柱的承载能力较强,巷道稳定性也较好,但二者在围岩应力㊁位移及塑性区的分布特征上相差不大,为提高煤层采出率,最终确定14282工作面与相邻采空区间的煤柱宽度为25m. 3㊀工程实践3.1㊀支护设计巷道顶板采用梯子梁配合锚杆㊁槽钢配合锚索联合支护㊂两排梯子梁㊁一排槽钢依次打设,排距0.9m,每根梯子梁打设7根锚杆,间距0.7m;每排槽钢打设4根锚索,间距1.3m.两帮采用锚杆㊁锚索配合梯子梁支护,每排打设5根锚杆,间距0.8m,排距0.8m;两帮巷高不小于3.5m时,打设帮锚索进行补强支护,每排打设1根锚索,距顶1.5~1.7m,排距1.6m.在巷道超前段打设单体支柱支护,柱距0.75m,排距1.5m,支护宽度4.4m,每隔6.6m2打设液压支柱6根,支护密度为1.1根/m2. 3.2㊀应用效果分析为验证25m宽度区段煤柱及巷道支护参数的合理性及有效性,在14282运输巷内布置测点,监测工作面回采期间的围岩变形情况,监测结果如图5所示㊂图5㊀围岩变形监测结果㊀㊀由监测结果可知,在25m宽度煤柱下,随着工作面推进至测站时,巷道变形量最大,其中顶底板最大移近量为348mm,两帮最大移近量为470mm,巷道整体变形量均在允许范围内,表明25m宽度的区段煤柱能够保证巷道的稳定性㊂4㊀结㊀语1)㊀通过数值模拟分析了不同煤柱宽度下的垂直应力㊁围岩位移及塑性区分布特征,得出在25m和35m宽度煤柱下,巷道及煤柱均具有较好的稳定性,为提高资源回收率,最终确定14282工作面与相邻采空区间的煤柱宽度为25m.2)㊀现场实践结果表明,在工作面回采期间,巷道顶底板最大移近量为348mm,两帮最大移近量为470mm,巷道稳定性较好,保证了矿井的安全高效生产㊂参考文献:[1]㊀张杰,付二军,田云鹏,等.南梁煤矿区段煤柱留设宽度优化设计[J].煤炭工程,2015,47(7):15-17. [2]㊀严书政.采区区段煤柱合理宽度确定[J].山东煤炭科技,2017(9):4-5,7.[3]㊀王超,颜峰,张修峰,等.深井厚煤层沿空工作面合理区段煤柱宽度研究[J].矿业研究与开发,2021,41(7):79-84.[4]㊀赵宾,王方田,梁宁宁,等.高应力综放面区段煤柱合理宽度与控制技术[J].采矿与安全工程学报,2018,35(1):19-26.[5]㊀孙涛胜,孙来.南阳坡煤矿3号煤层区段煤柱合理宽度研究与实践[J].煤矿开采,2018,23(6):24-27.[本期编辑:路㊀方]84㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第33卷。
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ｃ
护巷 道 ， 其是 支撑 作用 主体 ， 护 巷煤 柱宽 度对 资 源采 出率 、 经 济效 益等 有 着 十 分 显 著 的影 响 。对 于 综
时 巷 道 围岩 变形 剧 烈 ， 大于 ２ Ｏ Ｉ ｎ之 后 巷 道 围岩 变形 趋 于 平 缓 ， 增 加 煤 柱 宽度 并 不 能 有 效 地 减 少 巷 道 围 岩 变
形， 巷 道 支 护 系 统 是 围岩 变 形 的 主控 因 素 ， 并 最 终 确 定 护 巷 煤 柱 的合 理 宽度 为 ２ ０ Ｉ ｎ 。 关键词 ： 综放开采 ； 巷道 围岩变形 ； 护巷煤柱 ； 煤 柱 宽 度
煤 柱 的 宽 度 必 须 保 证 煤 柱 的极 限载 荷 ｏ ｒ 不 超
ｋ ｙ Ｈ ＋ Ｃ ｏ ／ ｔ ａ ｎ ￣ Ｐ ｏ ）
其 中， 为煤 层开采 厚 度 。
㈤
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ５—１ ４
作者简介 ： 王
磊（ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 河南 夏邑人 ， ２ ０ １ ２年 毕 业 于 河 南 理
２ ０ １ ３年第 ９ 期
中 州煤 炭
总第 ２ １ ３ 期
综 放 开 采 护 巷 煤 柱 合 理 宽 度 优 化 研 究
王 磊 ， 王晓东 ， 杜志刚 ， 周 红
（ １ ． 山西 煤 炭 进 出 口集 团公 司 大 平 煤 业 有 限 公 司 ， 山西 长治 ０ ４ ６ ２ ０ ３ ； ２ ３ ２ ０ ０ ０ ） ２ ． 安徽 理 工 大 学 能 源与 安 全 学 院 ， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ ０ ； ３ ． 安 徽 理 工 大 学 地 球 与 环境 学 院 ， 安徽 淮 南
其 中， 曰为 煤 柱 宽 度 ； Ｄ 为 采 空 区宽 度 ； Ｈ 为巷
道埋 深 ； 为采空 区上 覆 岩层 垮 落 角 ； 为 上 覆岩 层 平 均体 积力 。 煤 柱单 位 面积 上 的平 均 载荷 即平 均应 力 ：
ｏ ｒ ＝ Ｐ ／ Ｂ （ ２ ）
回采 工作 面周 边煤 体 的塑性 区宽 度 ：
重 力 引 起 的 。 煤 柱 上 覆 岩 层 的 总 载 荷 ：
ｎ
（
）
㈩
其中， ｈ为巷道 高度 ； Ａ为 侧压 系数 ； 后为掘 巷 引 起 的应 力集 中系 数 ； Ｃ 。 为 煤 岩 体 交 接 面 的黏 聚力 ；
。
为煤 岩体 交 界面 的 内摩 擦 角 ； Ｐ 为 巷道 支 架 对 煤 同煤 层巷 道 掘进类 似 ， 回采 工作 面推 进后 ， 采 煤
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ８ ２ ２ ． ３ 文 献标 志 码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ３—０ ５ ０ ６ （ ２ ０ １ ３ Ｊ ０ ９— ０ ０ １ ３一Ｏ ３
回采巷 道一 侧 的护巷 煤柱 用 于隔 离采 空 区和维
过极 限强 度以 大平 矿 ３ １ ０ ７工 作 面 工 程地 质 条 件 为 背 景 ， 应用理论计算和数值模拟计算等方法 ， 分析研究 了 １ ４， １ ７， ２ ０， ２ ３ ， ２ ６ ｎ ｌ 等 不 同煤 柱 宽 度 下巷 道 围岩 变 形 及 煤 柱 内 垂 直 压 力 分 布 特 征 。 研 究表 明 ， 煤柱 宽度低 于 １ ５ ｍ
采 空 区与开 掘 巷道在 煤 柱边缘 处会 出现 数倍 于 原 岩应 力 的集 中应 力 ， 而 在 煤 柱 边缘 处 的煤 体 抗 压
放 开 采 而言 ， 护巷 煤 柱 尺 寸 在很 大程 度 上 决 定 着 巷
（ ３ ）
其 中， 为煤 的单 轴抗 压 强 度 ； Ｂ为煤 柱 宽 度 ；
道 的稳定 性 ， 许 多 巷 道 存 在 因 煤柱 尺寸 留设 不 合 理
造 成 垮 冒及严 重 变 形 而影 响安 全 生 产 。因 此 ， 研
究 综 放开 采采 准 巷 道护 巷 煤 柱 的合 理 尺 寸 ， 使 煤 柱
的 留设 既有利 于 巷 道 的维 护 ， 又尽 量 减 少 煤 炭 的损 失， 对 提 高综放 开 采 的采 区采 出率 非 常重 要 。本 文
（ ０ ． ７ ７ ８＋０ ． ２ ２ ２ Ｂ ／ ｈ ）
（ ４ ）
度：
ｈ Ａ Ｉ
＝
针对 大平 矿 ３ １ ０ ７工 作 面工程 地质 条件 ， 采 用 理论 计 算、 数 值模 拟 等计 算方 法 ， 研 究 了护 巷煤 柱 的合理 宽 度， 为 优化 巷 道布 置提供 依 据 。
１ 煤 柱 宽 度 的 合理 确 定
１ ． １ 载荷 估算 法 护 巷 煤柱所 承 受 的载荷 是 由煤柱 上覆 岩层 及一 侧 或两 侧采 空 区上 覆岩 层转 移到 煤柱 上 的部 分所受
Ｐ＝［ （ Ｂ＋Ｄ）・ 日一（ Ｄ ｃ ｏ ｔ ６ ） ／ ４ ］・
（ １ ）
帮 的支 护强度 。
工作 面周 边煤 柱应 力 重 新 分 布 ， 从 煤 柱 体 边 缘 到深 部， 会 出现破 裂 区 、 塑性 区、 弹性 区和 原岩 应力 区 ， 围 岩应 力 向深部 转 移 。根 据 极 限 平 衡 理论 ， 可 求得
１ ． ２ 弹 塑性 极 限平衡 理论
综 放 工作 面 回采 巷道 多 沿 煤 层底 板 布 置 ， 其 开 挖后 ， 巷 道周 边 围岩应 力重 新 分布 ， 两侧 煤体 边缘 首 先 遭到 破坏 ， 并逐 步 向深部 扩展 和转 移 ， 直至 弹性 区 边 界 。巷道 影 响 护 巷 煤 柱 的应 力 极 限平 衡 区 宽