沿空掘巷小煤柱留设宽度合理确定
发表时间：2018-10-23T11:44:10.843Z 来源：《基层建设》2018年第27期作者：李刚
[导读] 摘要：为了提高煤炭回采率和提高矿井安全高效生产，以某矿10#煤组1012首采工作面为研究对象，采用UDEC对不同煤柱宽度下的顶板移进量和底板的变形量进行分析，并结合现场实测的数据对巷道掘进时期和回采时期的顶板下沉量、底板位移量、实体煤帮移进量进行了分析，通过数据对比得出10#煤组1012首采工作面沿空掘巷小煤柱留设的合理宽度。
淮北矿业股份有限公司童亭煤矿生产技术管理部安徽淮北 235137
摘要：为了提高煤炭回采率和提高矿井安全高效生产，以某矿10#煤组1012首采工作面为研究对象，采用UDEC对不同煤柱宽度下的顶板移进量和底板的变形量进行分析，并结合现场实测的数据对巷道掘进时期和回采时期的顶板下沉量、底板位移量、实体煤帮移进量进行了分析，通过数据对比得出10#煤组1012首采工作面沿空掘巷小煤柱留设的合理宽度。研究表明：工作面小煤柱合理宽度为5m。该研究结果对类似煤层开采条件下的区段煤柱宽度合理留设具有重要参考意义。
关键词：沿空掘巷；小煤柱；数值计算；巷道围岩
0前言
沿空掘巷是我国煤矿回采巷道布置和维护的一种技术，其目的是为了将巷道与采空区隔离[1-3]。把巷道布置在位于靠煤柱一侧的低应力场，便于巷道维护，减少变形量[4]。其中关键是严格控制煤柱宽度。煤柱宽度对巷道的维护状况起决定作用，若煤柱过小，由于靠采空侧的煤柱受支承力的影响已呈塑形，容易失稳，片帮严重，若煤柱过大，则回采巷道布置在压力增高区内，将使巷道压力大，支护困难[5-7]。
王卫军等[8]得出基本顶给定变形下综放沿空掘巷合理窄煤柱宽度的计算公式；王德超等[9]通过采空区侧向支承压力影响范围确定区段煤柱合理留设宽度；张科学等[10]通过分析垂直应力场呈现三角形的形状确定出沿空掘巷窄煤柱留设宽度。本文通过对10#煤组1012工作面回风沿空掘巷的数值模拟分析了不同煤柱宽度下的顶板位移和底鼓变形，并结合实测数据分析掘进和回采时期的顶板位移、底鼓变形和实体煤帮的变化，得出了本矿井地质条件下的沿空掘巷小煤柱留设宽度的合理性。
1工程概况
1012工作面井下标高-400m，其地面标高+27.13m，巷道标高-373.4--425.3m。西邻皮带大巷，东面古河床冲刷无煤带。工作面走向长1530m-1620m，平均1575m；倾斜宽164m-166m，平均165m。煤厚1.0-4.7m，平均在3.6m左右。该面煤层倾角为4°-10°，平均6°左右，该面内煤层结构简单，但局部含一层夹矸，顶板岩性多为灰色粉砂岩，局部含一层灰黑色泥岩伪顶，底板多为粉砂岩和泥岩。该面整体东西低，中间高，呈背斜构造，断层走向多与机、风巷斜交,受背斜及构造影响，煤层倾角起伏可能较大，对正常回采将造成一定的影响。
工作面布置图
2煤柱宽度确定原则
煤柱是围岩结构的一个重要组成部分，其稳定性决定巷道的稳定性和煤矿开采中安全问题。煤柱宽度应满足以下几个原则：①巷道处于应力降低区。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，煤柱及巷道的稳定性均较好，所以应将巷道布置在应力降低区[11]。
②煤柱内部有稳定的区域。由于受上区段工作面侧向支承压力作用和巷道掘进影响，煤柱两侧出现破碎区不可避免，如果煤柱均为破碎区，其承载能力和稳定性较小，那么就应该只当增加煤柱的宽度，并做好支护工作[12]。
③有利于巷道围岩稳定。煤柱过窄，不但煤柱破碎、实体煤帮也破碎，巷道围岩整体性差、承载能力小[13]。测量数据表明，煤柱较小时，随煤柱宽度增大，巷道围岩变形量减小，煤柱宽度达到一定值后，随煤柱宽度增大，巷道变形量增加；因此，并不是煤柱越小围岩越稳定，煤柱宽度有一个合理的值。
④采出率高。煤柱越小，采出率越大，在满足巷道围岩稳定的前提下，尽可能减小煤柱宽度。 3数值模拟
3.1数值模型建立
为了探索出既利于安全生产又能尽量减少煤炭的损失的煤柱宽度。以10#煤组1012首采工作面建立数值模型，根据现场观测数据和相关地质资料建立UDEC顶板和底板数值模拟模型。
根据研究内容计算得出所需建立模型的大小，模型的高度为100m，长度为150m。此模型模拟采深400m。为了便于研究，我们将上部的载荷看做均布载荷，上部的边界条件为应力边界条件。下部边界条件简化为位移边界条件。边界条件：地下巷道简化为平面应变问题，边界上作用有铅直原岩应力P0和水平原岩应力λP0；模型下边界位移全约束，岩体取二维平面应变元；对模型内部各岩层计算时考虑重力，屈服准则选用摩尔库仑准则。
3.2煤柱宽度对顶板的影响
从煤柱的位移场分布特征来看，煤柱宽度影响巷道围岩位移场分布，煤柱对巷道围岩变形的作用随煤柱宽度的变化而变化。