沿空掘巷

柏建彪等通过数值计算分析确定合理的窄煤柱宽 度为：软煤 4~5 m，中硬煤 3~4 m；
华心祝等建立孤岛工作面沿空掘巷基本顶的力 学模型，并运用数值计算得出孤岛工作面沿空掘巷 应力集中系数是普通工作面沿空掘巷的1.5倍；
陆士良等在分析研究200余条巷道实例的基础上 ，得出护巷煤柱宽度与巷道围岩变形的普遍关系表 达式；
5.2.位移场分布与煤柱宽度的关系
沿空掘巷围岩水平位移峰值和煤柱宽度的关系，如 图8所示。
分析可知：沿空掘巷均会使煤柱向采空区侧和 巷道内产生位移，且引起的煤柱向巷道内的位移普 遍大于向采空区侧位移。
(1)向采空区侧水平位移
煤柱宽度为 3~5m时，煤柱向采空区侧水平位移峰 值由22mm 增大到30mm，呈线性增长趋势；
由图9，煤柱宽度对巷道围岩变形的影响如下：
(1)顶板下沉
巷道顶板下沉量随煤柱宽度增大而不断变化，煤柱宽度 为 3~4 m 时，顶板下沉量随着煤柱宽度的增大而增大，但下 沉量较小，从104.6mm 增加到136.8mm；
煤柱宽度为 5~6 m时，顶板下沉量随着煤柱宽度的增大而 急速增加，顶板下沉量从145.6mm 突增至185.8mm，增长幅度 为27.6%；
沿空掘巷窄煤柱
宽度设计
1.沿空掘巷窄煤柱技术概述
沿空掘巷是我国煤矿回采巷道布置和维护的一种 技术，即在上区段工作面回采稳定以后，沿上区段采 空区边缘留窄煤柱掘进本区段工作面回采巷道。
回采巷道围岩的稳定性主要取决于围岩强度、应 力状况及支护与围岩的相互作用关系。
在沿空掘巷围岩强度、支护与围岩的相互作用关 系一定的情况下，应力状况是决定其围岩稳定性的主 要因素；因此，只有充分掌握沿空掘巷围岩应力情况 ，才能更好地确定窄煤柱合理宽度，以保证巷道围岩 稳定。
5.沿空掘进巷道窄煤柱宽度的确定
5.1 采空区侧向支承应力分布规律
工作面回采时上覆岩层尤其是基本顶的断裂、回 转和滑移加剧，造成的动压载荷主要由工作面前方( 沿空巷道实体煤帮)煤体、采空区煤矸石和窄煤柱承 担，即所谓的“压力拱”，见图2。
拱的一个支撑点在工作面前方煤体内，形成前拱 脚B，而另一个支撑点在采空区己垮落的矸石或采空 区的充填体上，形成后拱脚 A。
。
C
B A
S2
L1
S1
由于工作面前方煤体B和采空区煤矸石A具有较大 的承载能力，窄煤柱的承载能力较小，所以上覆岩
层断裂、回转和滑移形成的“压力拱”是决定窄煤
柱稳定的关键因素；随着上覆岩层的逐渐稳定，在 残余应力的影响下，窄煤柱煤体变形渐趋稳定。
根据理论计算和实测:采空区侧向支承压力分为 应力降低区、应力升高区和原岩应力区，当巷道位 于应力降低区时，窄煤柱沿空掘巷围岩应力状况得 到很大改善，巷道变形量减小，围岩稳定性较好， 所以应将巷道布置在应力降低区。
3102 工作面回采后侧向支承压力分布规律如图3。
由图 3 可知：上区段工作面回采后， 1~3m 范围内， 垂直应力由 1.2MPa 急剧增大至
8.6MPa； 3~6m 垂直应力增幅不大，远小于 1~3 m 段增幅，
且应力值小于原岩应力； 6~11m 垂直应力由9.2MPa 急剧增加到 15.8 MPa，
3104工作面轨道巷总长1482 m，开口位置在3102 回风巷、三一采区胶带巷向里366m 位置处，在900m 位置处有直径约70m的陷落柱。
为优化采区巷道布置，提高采出率，3104 轨道巷 推进至该陷落柱处，采用沿空掘巷。
4.煤层顶板岩性及力学参数
3#煤层顶板岩性及力学参数详见表 1。
表 1 各岩层力学参数
张东升等创造性地提出以矸石为骨料预筑人造帮 置换窄煤柱的二步骤沿空掘巷新技术；
本设计主要根据上区段采区侧向支承应力分布规 律，确定出沿空掘巷窄煤柱宽度。
1.2.沿空掘巷煤柱宽度的确定原则
煤柱宽度选取是否合理也将关系到巷道是否能够 保持稳定性的主要因素之一,合理的煤柱宽度应满足 以下原则:
(1)锚杆可施工和保证锚杆锚固效果
在采用锚杆支护时,煤柱宽度至少应保证锚杆与围 岩体形成稳定的承载结构体,保证锚杆锚固端位于力 学性质较好的煤层中,使锚杆充分发挥其作用。
(2)巷道处于低应力环境
当上区段工作面在回采过程中,在采空侧煤体中 将形成高低不等的支承应力分布区。当巷道开掘在 位于应力相对较低的区域时,对巷道及其煤柱的稳定 极为有利,因此,在实际条件允许的情况下,为避免高 支承压力的影响,应尽量在应力降低区开挖巷道。
达到垂直应力峰值，应力集中系数为1.7 左右； 11~22m 垂直应力由应力峰值下降至10.6 MPa； 22~35m 垂直应力缓慢下降并趋于稳定； 35 m 以外区域进入原岩应力区。
因此，距上区段采空区 0~7 来自 是应 力降低区，7~35 m 是应力增高区，35m 以外处于原岩应力区。
沿空掘巷应布置在应力降低区或原 岩应力区，而布置在原岩应力区段煤柱 浪费较大，因此沿空掘巷应布置在距上 区段采空区 0~7 m 范围。
煤柱宽度为 5~7m 时，向采空区侧水平位移急剧 下降，大于7m 后下降趋势放缓，煤柱宽度大于5m 后向采空区侧水平位移呈指数型下降趋势，下降幅 度逐渐放缓。
(2) 向巷道方向水平位移
煤柱宽度由 3m 增大到 10 m 时煤柱向巷道侧水 平位移峰值可分为 3 个阶段：
3~4 m 范围，煤柱向巷道内水平位移急剧增加 ，由 33.6 mm 增大到 50.8 mm，增长幅度大；
(3)提高煤炭回收率
减少煤柱损失,最大程度地提高煤炭的回收率。
(4)煤柱内部有稳定的区域
3.沿空掘进巷道布置
沿空掘进巷道为3104工作面轨道巷，如图 1。
3104 轨道巷位于三一采区回风巷北，西面紧邻 3102 回采工作面，东面为 3104 胶带巷，该工作面呈 南北布置；
所采煤层为山西组中下部3#煤层，平均埋深400 m，平均厚度6m，煤层倾角一般小于10；
4~7 m 范围，水平位移峰值由 50.8 mm 增大到 68.5 mm，呈线性增长，增长幅度较上一范围明显 放缓；
7~10m 范围，增长幅度又变大。
综合以上分析，从煤柱内水平位移场分析，考虑 合理煤柱宽度为 5~7 m。
5.3.巷道围岩变形与煤柱宽度的关系 窄煤柱宽度与巷道围岩变形关系如图9所示。