沿空掘巷煤柱合理宽度的确定
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护， 锚杆间排距为 ７ ０ ０ ｍｍ×７ ０ ０ ｍｍ， 全 断 面 铺 设
１ 工 程 概 况
１ ． １ 地 质 概 况
钢筋梯 子梁 和挂 铁丝 网 。
２ １ １ ０ ８回风巷 道位 于该 矿 ２ １采 区 １ ０ 煤 层 ， 标
高＋ １ ３ ４ ５～ ＋ １ ２ ９ ０ Ｉ ｎ左 右 ， 工 作 面 距 地 表 垂 深 ５ ２ ０ ～７ ６ ５ ｉ １ ＂ １ ， 煤层 厚度为 １ ． ６ ～２ ． ０ ｒ ｌ ｌ ， 煤 层 倾 角 ７ 。 ～１ Ｏ 。 ， 粉粒 状 ， 少 量碎 块 ， 半暗型， 金 属 光泽 ， 含 夹 矸 １ ～２层 ； 直接 顶 为 ８ ｍ 的中厚菱 铁 质粉砂 岩 与粉
０ 引 言
沿 空 掘巷 在 国 内 已得 到广 泛 的应用 ， 其 实质 是
沿 上工作 面 采 空 区 留设 煤 柱 掘进 巷 道［ １ ２ ３ 。沿 空 掘
１ ． ２ 支 护 情 况
２ １ １ ０ ８回风巷 设 计 矩 形 断 面 ， 巷道开挖 宽度 ５
ｒ ｎ ， 高为 ３ ｍ， 巷道 断 面积为 １ ５ Ｉ Ｔ １ 。 ， 该巷 道支 护采用 锚 网索 的支 护 形式 ， 即金 属 锚杆 一锚 索 配 合钢 筋 梯
砂 岩互层 ； 底 板为 １ ３ ． ５ １ Ｔ Ｉ 的灰 色 粉 砂 岩 、 细砂 岩 与
菱 铁质 粉 砂 岩 互 层 ， ２ １ １ ０ ８回风 巷 与 相 邻 的 ２ １ １ ０ ６
模 拟模 型 。采 用 Ｆ Ｌ Ａ ｃ ５ ． ０数 值模 拟 软件 进 行模 拟 计算 ， 本构模型采用摩尔 一库仑模型， 根 据 开采 深 度， 模 型上 表面施 加均 匀 的垂直压 应力 ， 模 型两侧 面
２ 煤 柱 宽 度 数 值 模 拟 分 析
基 于 该 工作 面 开 采条 件 ， 采 用 离散 元 数值 模 拟 计算程 序 Ｆ Ｌ ＡＣ ５ ． ０ ， 模拟 分析 该开 采条件 不 同护巷 煤 柱宽 度条 件下 ， 煤柱 塑性 区的分 布状 况 ， 根 据巷 道
现有 支护 方 案 和地 质 条 件 ， 建立 ２ １ １ ０ ８回风巷 数 值
Ｉ ＳＳＮ １ ６７ １— —２９ ００
采矿 技 术 第 １ ３卷 第 ２期
Ｍｉ ｎｉ ｎｇ Ｔｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏｇｙ，Ｖ ｏ １ ．１ ３， Ｎｏ． ２
ＣＮ ４ ３ —１ ３ ４ ７ ／ ＴＤ
２ Ｏ １ ３年 ３月
Ｍａ ｒ ． ２ Ｏ１ ３
沿 空 掘 巷 煤 柱 合 理 宽 度 的 确 定
工作 面运 巷 之间 留有 ５ Ｉ Ｔ Ｉ 宽 的煤 柱 ， 巷 道 在 开挖 后
一
个月 内变形 量 即达 到 了 １ ０ ０ ０ ｍｍ， 上 帮 煤 柱侧 变
形破 坏严 重 ， 严重 影响 了该 工作 面的 回采 。
水 平位 移 固定 ， 下 表 面垂直 水平位 移 固定 。
＊ 基金项 目： 国 家 自然科 学 基 金 项 目（ ５ １ ２ ７ ４ ０ ９ ６ ， ５ １ １ ７ ４ ０ ８ ６ ）
巷时 ， 合理 的煤 柱宽 度是 沿空 掘巷 技术成 败 的关 键 ，
加大 煤柱 宽度 虽然 可 提 高 煤柱 的承 载 能 力 ， 但 煤 柱
子梁 和金 属菱 形 网进 行支 护 。锚 索 长度 ６ ０ ０ ０ ｍｍ， 采用 Ｏ １ ７ ． ８ ｍｍ 钢 绞线制 成 ， 顶 板布 置 ３根 ， 上帮 布 置 ２根 ， 锚索 托盘采 用 ３ ０ ０ ｍｍ×３ ０ ０ ｍｍ×１ ６ ｍｍ 钢 板制 成 ， 锚 索 间排距 为 ２ ８ Ｏ Ｏ ｍｍ×７ ０ ０ ｍｍ； 锚杆
煤 柱的 塑性 区分布 进行 数值研 究 。结 果表 明 ， 当煤 柱 宽 度 为 ７ ｍ 时， 煤 柱 内存 在较 合 理
的稳 定核 区。 同时 ， 通过 对 ７ １ Ｔ Ｉ 煤 柱 内部 松动 圈的现 场 测试 ， 证 实 了数 值模 拟 的 结果 ， 表
明７ １ Ｔ Ｉ 煤 柱 宽度是合 理 的 ， 可保证 煤柱及 巷道 的稳 定 。 关键 词 ： 煤柱 宽度 ； 数值模 拟 ； 塑性 区； 稳 定核 区； 松动圈
长度螺 纹 钢 制 成 ， 全 断 面布 置 １ ３根 锚 杆 ， 锚杆 托板为 １ ４ ０ ｍｍ × １ ４ ０ ｍｍＸ８ ｍｍ 的钢 板制 成 ， 锚杆 间排距 为 ７ ０ ０ ｍｍ× ７ ０ ０ ｍｍ； 钢筋 梯 子梁规 格 为 ４ ０ ０ ０ ｍｍ×５ ０ ｍｍ， 采
王 洪 明 ， 朱 川 曲 ， 付亚男 ， 王 洪 亮。
（ １ ． 湖南 科技 大学 能源与 安全 工程 学院 ， 湖 南 湘潭 市 ４ １ １ ２ ０ １ ；２ ． 中石 油工 程设 计有 限责任 公 司
０ ６ ２ ５ ５ ２ ） 华北 分 公 司 ， 河北 任丘市
摘 要 ： 以 某矿 ２ １ １ ０ ８回风巷 道 为工程 背景 ， 采 用数值 模拟 的方 法对 不 同煤 柱 宽度 条件 下
过 数值模 拟 的方法 ， 分 析不 同煤柱 宽度 条件 下 ， 煤 柱 塑性 区 的分 布情况 ， 根据 煤柱 内稳 定核 区【 ３ ］ 的分 布 ， 确定 合理 的煤 柱宽 度 。
用 Ｏ１ ０ １ Ｔ ｉ ｍ 钢筋制成 ； 金 属 菱 形 网为 ４ ０ ０ ０ ｍｍ × １ １ ０ ０ ｍｍ， 采用 １ Ｏ 铁丝 编制 ； 两帮 支护 为锚 梁 网支
留宽 大 ， 不 仅要 损 失较 多煤 炭 资源 ， 而且 也难 以保 证 煤柱 处在 支承 压力 带影 响范 围外 ； 煤 柱 尺寸小 ， 不 仅
煤柱 的稳 定 性 差 、 承载能力低 ， 而 且 巷 道 也 难 以维 护 。本文 以贵 州某 矿 ２ １ １ ０ ８回风 巷 为 工程 背 景 ， 通
１ 工 程 概 况
１ ． １ 地 质 概 况
钢筋梯 子梁 和挂 铁丝 网 。
２ １ １ ０ ８回风巷 道位 于该 矿 ２ １采 区 １ ０ 煤 层 ， 标
高＋ １ ３ ４ ５～ ＋ １ ２ ９ ０ Ｉ ｎ左 右 ， 工 作 面 距 地 表 垂 深 ５ ２ ０ ～７ ６ ５ ｉ １ ＂ １ ， 煤层 厚度为 １ ． ６ ～２ ． ０ ｒ ｌ ｌ ， 煤 层 倾 角 ７ 。 ～１ Ｏ 。 ， 粉粒 状 ， 少 量碎 块 ， 半暗型， 金 属 光泽 ， 含 夹 矸 １ ～２层 ； 直接 顶 为 ８ ｍ 的中厚菱 铁 质粉砂 岩 与粉
０ 引 言
沿 空 掘巷 在 国 内 已得 到广 泛 的应用 ， 其 实质 是
沿 上工作 面 采 空 区 留设 煤 柱 掘进 巷 道［ １ ２ ３ 。沿 空 掘
１ ． ２ 支 护 情 况
２ １ １ ０ ８回风巷 设 计 矩 形 断 面 ， 巷道开挖 宽度 ５
ｒ ｎ ， 高为 ３ ｍ， 巷道 断 面积为 １ ５ Ｉ Ｔ １ 。 ， 该巷 道支 护采用 锚 网索 的支 护 形式 ， 即金 属 锚杆 一锚 索 配 合钢 筋 梯
砂 岩互层 ； 底 板为 １ ３ ． ５ １ Ｔ Ｉ 的灰 色 粉 砂 岩 、 细砂 岩 与
菱 铁质 粉 砂 岩 互 层 ， ２ １ １ ０ ８回风 巷 与 相 邻 的 ２ １ １ ０ ６
模 拟模 型 。采 用 Ｆ Ｌ Ａ ｃ ５ ． ０数 值模 拟 软件 进 行模 拟 计算 ， 本构模型采用摩尔 一库仑模型， 根 据 开采 深 度， 模 型上 表面施 加均 匀 的垂直压 应力 ， 模 型两侧 面
２ 煤 柱 宽 度 数 值 模 拟 分 析
基 于 该 工作 面 开 采条 件 ， 采 用 离散 元 数值 模 拟 计算程 序 Ｆ Ｌ ＡＣ ５ ． ０ ， 模拟 分析 该开 采条件 不 同护巷 煤 柱宽 度条 件下 ， 煤柱 塑性 区的分 布状 况 ， 根 据巷 道
现有 支护 方 案 和地 质 条 件 ， 建立 ２ １ １ ０ ８回风巷 数 值
Ｉ ＳＳＮ １ ６７ １— —２９ ００
采矿 技 术 第 １ ３卷 第 ２期
Ｍｉ ｎｉ ｎｇ Ｔｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏｇｙ，Ｖ ｏ １ ．１ ３， Ｎｏ． ２
ＣＮ ４ ３ —１ ３ ４ ７ ／ ＴＤ
２ Ｏ １ ３年 ３月
Ｍａ ｒ ． ２ Ｏ１ ３
沿 空 掘 巷 煤 柱 合 理 宽 度 的 确 定
工作 面运 巷 之间 留有 ５ Ｉ Ｔ Ｉ 宽 的煤 柱 ， 巷 道 在 开挖 后
一
个月 内变形 量 即达 到 了 １ ０ ０ ０ ｍｍ， 上 帮 煤 柱侧 变
形破 坏严 重 ， 严重 影响 了该 工作 面的 回采 。
水 平位 移 固定 ， 下 表 面垂直 水平位 移 固定 。
＊ 基金项 目： 国 家 自然科 学 基 金 项 目（ ５ １ ２ ７ ４ ０ ９ ６ ， ５ １ １ ７ ４ ０ ８ ６ ）
巷时 ， 合理 的煤 柱宽 度是 沿空 掘巷 技术成 败 的关 键 ，
加大 煤柱 宽度 虽然 可 提 高 煤柱 的承 载 能 力 ， 但 煤 柱
子梁 和金 属菱 形 网进 行支 护 。锚 索 长度 ６ ０ ０ ０ ｍｍ， 采用 Ｏ １ ７ ． ８ ｍｍ 钢 绞线制 成 ， 顶 板布 置 ３根 ， 上帮 布 置 ２根 ， 锚索 托盘采 用 ３ ０ ０ ｍｍ×３ ０ ０ ｍｍ×１ ６ ｍｍ 钢 板制 成 ， 锚 索 间排距 为 ２ ８ Ｏ Ｏ ｍｍ×７ ０ ０ ｍｍ； 锚杆
煤 柱的 塑性 区分布 进行 数值研 究 。结 果表 明 ， 当煤 柱 宽 度 为 ７ ｍ 时， 煤 柱 内存 在较 合 理
的稳 定核 区。 同时 ， 通过 对 ７ １ Ｔ Ｉ 煤 柱 内部 松动 圈的现 场 测试 ， 证 实 了数 值模 拟 的 结果 ， 表
明７ １ Ｔ Ｉ 煤 柱 宽度是合 理 的 ， 可保证 煤柱及 巷道 的稳 定 。 关键 词 ： 煤柱 宽度 ； 数值模 拟 ； 塑性 区； 稳 定核 区； 松动圈
长度螺 纹 钢 制 成 ， 全 断 面布 置 １ ３根 锚 杆 ， 锚杆 托板为 １ ４ ０ ｍｍ × １ ４ ０ ｍｍＸ８ ｍｍ 的钢 板制 成 ， 锚杆 间排距 为 ７ ０ ０ ｍｍ× ７ ０ ０ ｍｍ； 钢筋 梯 子梁规 格 为 ４ ０ ０ ０ ｍｍ×５ ０ ｍｍ， 采
王 洪 明 ， 朱 川 曲 ， 付亚男 ， 王 洪 亮。
（ １ ． 湖南 科技 大学 能源与 安全 工程 学院 ， 湖 南 湘潭 市 ４ １ １ ２ ０ １ ；２ ． 中石 油工 程设 计有 限责任 公 司
０ ６ ２ ５ ５ ２ ） 华北 分 公 司 ， 河北 任丘市
摘 要 ： 以 某矿 ２ １ １ ０ ８回风巷 道 为工程 背景 ， 采 用数值 模拟 的方 法对 不 同煤 柱 宽度 条件 下
过 数值模 拟 的方法 ， 分 析不 同煤柱 宽度 条件 下 ， 煤 柱 塑性 区 的分 布情况 ， 根据 煤柱 内稳 定核 区【 ３ ］ 的分 布 ， 确定 合理 的煤 柱宽 度 。
用 Ｏ１ ０ １ Ｔ ｉ ｍ 钢筋制成 ； 金 属 菱 形 网为 ４ ０ ０ ０ ｍｍ × １ １ ０ ０ ｍｍ， 采用 １ Ｏ 铁丝 编制 ； 两帮 支护 为锚 梁 网支
留宽 大 ， 不 仅要 损 失较 多煤 炭 资源 ， 而且 也难 以保 证 煤柱 处在 支承 压力 带影 响范 围外 ； 煤 柱 尺寸小 ， 不 仅
煤柱 的稳 定 性 差 、 承载能力低 ， 而 且 巷 道 也 难 以维 护 。本文 以贵 州某 矿 ２ １ １ ０ ８回风 巷 为 工程 背 景 ， 通