回采巷道煤柱稳定性影响研究
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关键词 ： 煤柱宽度 ； 回采 巷 道 ； 稳 定性
中图分 类号 ： Ｔ Ｄ ３ ２ ２ ． ４
文献标识码 ： Ａ
区段煤柱是保证相邻工作 面 回采 安全的隔离体 ， 起 着 隔离采空 区和维护回采巷道 的作用 ； 它与 回采巷道支 护、 维护成本 、 安全生产 、 煤炭资 源回采率 密切 相关 。本 文 以某矿实 际为工程 背景 ， 通过 理论计 算与数值模拟方 法得 出某矿不 同开采情况下 、 不 同煤柱 尺寸对 煤柱稳 定
２ ） 煤 柱稳定性 的模拟 结果分析 。煤柱 两侧巷道 掘
进后 的煤柱 稳定 性模 拟结果 分析 ： ａ ．煤柱 尺寸 对煤 柱 塑性 区间的影响 。根 据煤柱 两侧巷 道掘进后 的煤柱 弹
塑性 区分 布情况 图 ， 分 析可 知 ， 巷道 两侧塑性 区宽度 都 为２ ｉ ｎ ； 随着 煤柱 宽度 的增加 ， 巷道 两侧及 其煤 柱 的塑 性 区范 围保 持不变 。ｂ ． 煤柱 尺寸对 垂直应 力 峰值 的影 响。根据煤柱 两侧巷道 掘进后 的煤柱垂 直应力 分布情
１ ） 工 程概况 ： 某 矿现开采煤 层为石 炭二 叠系煤层 、 结构 复杂 ， 含４ — １ Ｏ层夹石 ， 岩性一般 为炭质 泥岩 、 高 岭
质泥岩 、 粉砂岩 。 煤层厚度 １ ２ ． １ ４ Ｉ ｎ～２ ３ ． ４ ３ １ Ｔ Ｉ ， 平均 １ ６ ． ４ ４ ｍ。 老顶为 中粗砂 岩 、 含砾粗砂 岩 ， 直接 顶为粉 、 细砂岩 。
第３ ３ 卷 第７ 期
２ ０１ ３ 年７ 月
ＶＯＩ ． ３３ ＮＯ． ７
山 西 煤 炭 ＳＨＡＮ ＸＩ ＭＥＩ Ｔ ＡＮ
Ｊ ｕ ｌ ２ ０ １ ３
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ０ ５ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ — ０ ０ ５ １ — ０ ３
回采巷道煤柱稳定性影响研究
源自文库
２ 煤柱宽度数值模拟
１ ） 模型 建立 ： 根据 ８ １ ０ ６工作 面及其邻 近 面的基本 情 况 ，利 用 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ∞数值模拟软件对 不 同宽度 的煤柱进
行模 拟 ，得 出不 同宽度煤柱 （ ２ ５ ｉ ｎ 、 ３ ０ ｎ ｌ 、 ３ ５ ｎ ｌ 、 ４ ０ ｉ ｎ 、 ４ ５ Ｉ ｎ 、 ５ ０ Ｉ ｎ 、 ５ ５ ｉ ｎ 、 ６ ０ ｉ ｎ ） 的塑性 区 、 应力 、 位 移分 布 ， 确 定能
方 向设定 自重载荷 。
塌现象 。 因此 ， 护巷煤柱保持稳定 的基本条件是 ： 煤柱两 侧产生塑性 变形 后 ，在煤柱 中央仍处 于弹性 应力状态 ， 即在煤柱 中央保 持一定 宽度的弹性核 。 对一次采全厚 的 综放工作 面护巷煤柱 ， 弹性核 的宽度 取两倍 的巷道高度
即可 。故综放工作 面护巷煤柱保持稳定状态 的宽度为 ：
性 的影响 。
＝
ｈＡ
２ ｔ ａ ｎ ０ “ ’ ｊ ｃ ｌ ｏ ． Ｉ ’ ｔ ａ ｎ ｏ 。 Ａ Ｊ
１ Ｉ Ｋ Ｔ Ｈ ． ￣ ｔ ａ ｎ Ｃ ｏ ｏ Ｉ
结 合 某 矿 的 实 情 ，将 ｈ ＝ ３ ． ６ １ ３ ３ ， Ａ＝ １ ． １ ７ ， ｋ ＝ １ ． ５ － ２ ，
数 目见表 １ 。 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ∞建模 图略。 模型底部为 固定边界 ； 顶
２ ） 煤柱尺 寸理论计算 ： 对于采 准巷道 的护巷煤 柱 ， 采 空 区间（ 空 区侧） 与 回采 巷道 在煤柱 两 侧分 别形 成一 个 宽度 为 尺 。 与 Ｒ 的塑性 变形 区 ， 当煤 柱宽度 曰小于煤 柱 两侧形成 的塑性 区宽度 。 与 之 和时 ， 即煤 柱两侧
采 用单一 走 向长壁后 退式综合 机械化低 位放 顶煤 的采 煤 方法 ，采高 ３ ． ９Ｉ Ｔ Ｉ ，放煤厚 度 １ １ ． ０ ８ Ｉ ｎ ，采放 比约 １： ２ ． ８ ４ ， 上 覆岩层 有侏 罗系 的采空 区 ， 工 作 面间煤 柱尺 寸
４５ １ １ ３ 。
够维持煤柱 和巷道稳定 的煤柱 宽度 。 工作面采空 区采用 完全垮落式处理 。模型断 面图略 ， 模 型尺寸及 单元节点
２ ～３， Ｔ Ｈ ＝１ ３． ８ ＭＰ ａ， ＝ ０， Ｍ＝１ ５ ． ３ １ Ｔ Ｉ ， Ｃｏ ＝２ ． ０ ５ ＭＰａ，
０ ＝ ５ ５ 。带 入上 式 ，得 某 矿煤柱 稳 定状 态 的宽度 Ｂ≥
（ ３ ０ ． １ ～ ３ ２ ． ９ ） Ｉ Ｔ Ｉ 。
１ 煤柱宽度尺 寸计算
董旭东
（ 神东集 团 摘 寸草塔矿 ， 内蒙古 鄂尔 多斯 ０ １ ７ ０ ０ ０ ）
要： 运 用力学原理对某矿特厚综放 开采煤层 的回采巷道煤柱进行 了理论 分析 ， 确定 了其理论 宽度 ； 通过数值模拟
方法， 得 出了不 同开采情况下、 不 同煤柱尺寸对煤柱稳 定性 的影响 ， 并提 出煤柱优化 的方 向。
日 ≥ ｏ ＋ ２ ＋ Ｒ ＝ ｌ ｎ Ｉ — — ｌ ＋ ２ ＋ ｔ ａ ｎ ｏ ｌ
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ３ 一 ｌ ｌ
『 Ｉ ｊ ｝ １ ， Ｈ ＋
］
作者简 介 ： 董旭东（ １ ９ ８ ４ 一 ） ， 男， 山西忻州人 ， 大学本科 ， 助理工程师 ， 从事矿山压力及支护方面的工作 。
形成 的塑性 区相 贯通时 ， 煤柱将失 去其稳定 性 ， 出现崩
部为 自由边界 ， 模型 四周边界施加横 向约束 ， 纵 向 自由。 再者 ， 结合该矿地应力测量结果及模拟工作 面布置方位 （ 见图 １ ） ，经计算 可确定在模 型 ｘ轴方 向施加 ２ １ ． ２～ １ ６ ． ５ Ｍ Ｐ ａ 的梯度应力 ； 模 型 Ｙ轴方 向施 加 ６ ． ５ ～５ ． １ Ｍ Ｐ ａ 的梯度应力 ；模型上部施加 １ １ ． ３ ＭＰ ａ的等效 载荷 ， ｚ轴
中图分 类号 ： Ｔ Ｄ ３ ２ ２ ． ４
文献标识码 ： Ａ
区段煤柱是保证相邻工作 面 回采 安全的隔离体 ， 起 着 隔离采空 区和维护回采巷道 的作用 ； 它与 回采巷道支 护、 维护成本 、 安全生产 、 煤炭资 源回采率 密切 相关 。本 文 以某矿实 际为工程 背景 ， 通过 理论计 算与数值模拟方 法得 出某矿不 同开采情况下 、 不 同煤柱 尺寸对 煤柱稳 定
２ ） 煤 柱稳定性 的模拟 结果分析 。煤柱 两侧巷道 掘
进后 的煤柱 稳定 性模 拟结果 分析 ： ａ ．煤柱 尺寸 对煤 柱 塑性 区间的影响 。根 据煤柱 两侧巷 道掘进后 的煤柱 弹
塑性 区分 布情况 图 ， 分 析可 知 ， 巷道 两侧塑性 区宽度 都 为２ ｉ ｎ ； 随着 煤柱 宽度 的增加 ， 巷道 两侧及 其煤 柱 的塑 性 区范 围保 持不变 。ｂ ． 煤柱 尺寸对 垂直应 力 峰值 的影 响。根据煤柱 两侧巷道 掘进后 的煤柱垂 直应力 分布情
１ ） 工 程概况 ： 某 矿现开采煤 层为石 炭二 叠系煤层 、 结构 复杂 ， 含４ — １ Ｏ层夹石 ， 岩性一般 为炭质 泥岩 、 高 岭
质泥岩 、 粉砂岩 。 煤层厚度 １ ２ ． １ ４ Ｉ ｎ～２ ３ ． ４ ３ １ Ｔ Ｉ ， 平均 １ ６ ． ４ ４ ｍ。 老顶为 中粗砂 岩 、 含砾粗砂 岩 ， 直接 顶为粉 、 细砂岩 。
第３ ３ 卷 第７ 期
２ ０１ ３ 年７ 月
ＶＯＩ ． ３３ ＮＯ． ７
山 西 煤 炭 ＳＨＡＮ ＸＩ ＭＥＩ Ｔ ＡＮ
Ｊ ｕ ｌ ２ ０ １ ３
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ０ ５ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ — ０ ０ ５ １ — ０ ３
回采巷道煤柱稳定性影响研究
源自文库
２ 煤柱宽度数值模拟
１ ） 模型 建立 ： 根据 ８ １ ０ ６工作 面及其邻 近 面的基本 情 况 ，利 用 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ∞数值模拟软件对 不 同宽度 的煤柱进
行模 拟 ，得 出不 同宽度煤柱 （ ２ ５ ｉ ｎ 、 ３ ０ ｎ ｌ 、 ３ ５ ｎ ｌ 、 ４ ０ ｉ ｎ 、 ４ ５ Ｉ ｎ 、 ５ ０ Ｉ ｎ 、 ５ ５ ｉ ｎ 、 ６ ０ ｉ ｎ ） 的塑性 区 、 应力 、 位 移分 布 ， 确 定能
方 向设定 自重载荷 。
塌现象 。 因此 ， 护巷煤柱保持稳定 的基本条件是 ： 煤柱两 侧产生塑性 变形 后 ，在煤柱 中央仍处 于弹性 应力状态 ， 即在煤柱 中央保 持一定 宽度的弹性核 。 对一次采全厚 的 综放工作 面护巷煤柱 ， 弹性核 的宽度 取两倍 的巷道高度
即可 。故综放工作 面护巷煤柱保持稳定状态 的宽度为 ：
性 的影响 。
＝
ｈＡ
２ ｔ ａ ｎ ０ “ ’ ｊ ｃ ｌ ｏ ． Ｉ ’ ｔ ａ ｎ ｏ 。 Ａ Ｊ
１ Ｉ Ｋ Ｔ Ｈ ． ￣ ｔ ａ ｎ Ｃ ｏ ｏ Ｉ
结 合 某 矿 的 实 情 ，将 ｈ ＝ ３ ． ６ １ ３ ３ ， Ａ＝ １ ． １ ７ ， ｋ ＝ １ ． ５ － ２ ，
数 目见表 １ 。 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ∞建模 图略。 模型底部为 固定边界 ； 顶
２ ） 煤柱尺 寸理论计算 ： 对于采 准巷道 的护巷煤 柱 ， 采 空 区间（ 空 区侧） 与 回采 巷道 在煤柱 两 侧分 别形 成一 个 宽度 为 尺 。 与 Ｒ 的塑性 变形 区 ， 当煤 柱宽度 曰小于煤 柱 两侧形成 的塑性 区宽度 。 与 之 和时 ， 即煤 柱两侧
采 用单一 走 向长壁后 退式综合 机械化低 位放 顶煤 的采 煤 方法 ，采高 ３ ． ９Ｉ Ｔ Ｉ ，放煤厚 度 １ １ ． ０ ８ Ｉ ｎ ，采放 比约 １： ２ ． ８ ４ ， 上 覆岩层 有侏 罗系 的采空 区 ， 工 作 面间煤 柱尺 寸
４５ １ １ ３ 。
够维持煤柱 和巷道稳定 的煤柱 宽度 。 工作面采空 区采用 完全垮落式处理 。模型断 面图略 ， 模 型尺寸及 单元节点
２ ～３， Ｔ Ｈ ＝１ ３． ８ ＭＰ ａ， ＝ ０， Ｍ＝１ ５ ． ３ １ Ｔ Ｉ ， Ｃｏ ＝２ ． ０ ５ ＭＰａ，
０ ＝ ５ ５ 。带 入上 式 ，得 某 矿煤柱 稳 定状 态 的宽度 Ｂ≥
（ ３ ０ ． １ ～ ３ ２ ． ９ ） Ｉ Ｔ Ｉ 。
１ 煤柱宽度尺 寸计算
董旭东
（ 神东集 团 摘 寸草塔矿 ， 内蒙古 鄂尔 多斯 ０ １ ７ ０ ０ ０ ）
要： 运 用力学原理对某矿特厚综放 开采煤层 的回采巷道煤柱进行 了理论 分析 ， 确定 了其理论 宽度 ； 通过数值模拟
方法， 得 出了不 同开采情况下、 不 同煤柱尺寸对煤柱稳 定性 的影响 ， 并提 出煤柱优化 的方 向。
日 ≥ ｏ ＋ ２ ＋ Ｒ ＝ ｌ ｎ Ｉ — — ｌ ＋ ２ ＋ ｔ ａ ｎ ｏ ｌ
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ３ 一 ｌ ｌ
『 Ｉ ｊ ｝ １ ， Ｈ ＋
］
作者简 介 ： 董旭东（ １ ９ ８ ４ 一 ） ， 男， 山西忻州人 ， 大学本科 ， 助理工程师 ， 从事矿山压力及支护方面的工作 。
形成 的塑性 区相 贯通时 ， 煤柱将失 去其稳定 性 ， 出现崩
部为 自由边界 ， 模型 四周边界施加横 向约束 ， 纵 向 自由。 再者 ， 结合该矿地应力测量结果及模拟工作 面布置方位 （ 见图 １ ） ，经计算 可确定在模 型 ｘ轴方 向施加 ２ １ ． ２～ １ ６ ． ５ Ｍ Ｐ ａ 的梯度应力 ； 模 型 Ｙ轴方 向施 加 ６ ． ５ ～５ ． １ Ｍ Ｐ ａ 的梯度应力 ；模型上部施加 １ １ ． ３ ＭＰ ａ的等效 载荷 ， ｚ轴