沿空掘巷不同煤柱宽度巷道围岩稳定性数值模拟

沿空掘巷煤柱宽度优化的数值模拟研究
杨峰;王连国;许东来
【期刊名称】《中国矿业》
【年(卷),期】2008(017)004
【摘要】随着锚杆支护技术的推广应用,传统采掘体系中为回采工作面留设大煤柱的做法,正在越来越多的被小煤柱沿空掘巷所取代.本文运用FLAC数值模拟方法,对三交河煤矿采空区上下倾斜方向上煤层上方的支承压力分布状态,以及采动压力影响下相同锚杆支护方式的不同宽度煤柱沿空掘巷的围岩变形状况进行了模拟,得出了优化的沿空掘巷煤柱尺寸范围在4～6m.
【总页数】3页(P70-72)
【作者】杨峰;王连国;许东来
【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,理学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,理学院,江苏,徐
州,221008;山东科技大学资环学院,山东,青岛,266510
【正文语种】中文
【中图分类】TD263.3
【相关文献】
1.沿空掘巷煤柱宽度优化的数值模拟研究 [J], 张树祥;杨峰;公为梅
2.某孤岛面沿空掘巷煤柱宽度优化数值模拟研究 [J], 邱秉世
3.沿空掘巷窄煤柱宽度数值模拟研究 [J], 崔小欢
4.窄煤柱沿空掘巷合理煤柱宽度的数值模拟研究与应用 [J], 刘飞
5.综放沿空掘巷合理煤柱宽度数值模拟研究 [J], 李金刚;白云飞;梁雁侠;史勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

2651 前言在多年的开采过程中，众多开采难题制约着发展，其中沿空留巷煤柱留设稳定性是一个较为突出的问题。

沿空留巷是指利用上个采空区的运输巷道或者回风巷道为下个工作面开采提供条件的一种技术，但受到工作面采动影响，此时留巷极易发生垮落变形，留巷煤柱上方覆岩在达到承载极限后会发生断裂，严重影响煤柱稳定性[1-2]，造成巷道报废，严重困扰着煤矿安全生产，所以针对沿空留巷煤柱留设宽度进行研究对于留巷成功与否十分关键[3-4]，此前众多学者对此进行过一定的研究，本文基于前人的研究，对煤柱合理留设宽度进行分析，为矿井安全提升，效益提升做出一定的贡献。

2 矿井概况及数值模拟研究正利矿位于山西省岚县县城东南10km处，井田面积为9.26km 2，设计生产能力1.5Mt/a。

14102综采工作面现开采山西组4#煤层，煤层平均厚度3.5m。

工作面在回采后，此时的煤柱的应力分布情况不仅与巷道掘进和工作面回采支撑压力有关有关，同时其与煤柱宽度有着密切的关系，煤柱与煤柱宽度有关，支撑压力与煤柱宽度存在3种情况：分别为当煤柱宽度较小，此时的支撑压力范围会超过煤柱宽度，此时的煤柱塑性区域增大，由于回采及掘进的影响使得煤柱两侧的 支撑压力暴增，煤柱承担载荷较大，随着支撑时间的不断推移，此时由于覆岩和采动双重作用下，此时的煤柱稳定性进一步被破坏，但塑性区域发生贯通时，此时的煤柱无法 承担载荷，从而发生失稳破坏，严重威胁着矿井安全。

当煤柱宽度较大时，此时支撑 压力影响范围小于煤柱宽度，在巷道回采及掘进双重作用下，此时煤柱两侧的支撑压力值仍会升高，达到支撑压力的峰值，但此时煤柱中间部位仍为弹性区域，煤柱的支撑压力呈现出类似“马鞍”形态，能承担较大荷载，此时巷道稳定性得到有效保障。

当煤柱宽度极大时，此时支撑压力影响范围远小于煤柱压力影响范围，巷道掘进和回采的影响下煤柱两侧的支承压力仍会升高，达到支撑压力峰值时，此时的弹性核区的支撑压力原低于原岩应力。

沿空巷道;围岩变形;煤层倾角;数值模
拟;模型试验
沿空巷道是在采矿作业中常见的一种巷道类型，其位置靠近采空区。

由于其特殊的地理位置，沿空巷道经常面临围岩变形等工程问题。

为了更好地理解这一现象，我们进行了数值模拟和模型试验。

数值模拟是一种利用数学模型和计算机技术来模拟真实世界的物理现象的方法。

在模拟中，我们考虑了煤层倾角的影响。

煤层倾角是指煤层倾斜的角度，它对围岩变形有显著影响。

一般来说，煤层倾角越大，围岩变形越明显。

在数值模拟中，我们发现随着煤层倾角的增大，围岩变形量也相应增大。

这一发现对于预测和控制围岩变形具有重要的指导意义。

模型试验是另一种重要的研究方法，它通过建立缩小的模型来模拟实际情况，以便更好地理解真实世界中的现象。

在模型试验中，我们制作了不同煤层倾角的模型，并观察了围岩变形的情况。

试验结果表明，随着煤层倾角的增大，围岩变形量也呈现出增大的趋势。

这与数值模拟的结果一致，进一步验证了我们的理论分析。

通过数值模拟和模型试验，我们深入理解了沿空巷道中围岩变形与煤层倾角的关系。

在实际采矿作业中，这一研究结果可以为巷道设计和支护提供重要的参考。

例如，在煤层倾角较大的区域，应加强支护措施以控制围岩变形。

此外，这一研究也为其他类似工程问题提供了有益的借鉴。

总之，数值模拟和模型试验是研究沿空巷道围岩变形的有效方法。

通过综合考虑煤层倾角的影响，我们可以更好地预测和控制围岩变形，提高采矿作业的安全性和稳定性。

沿空巷道围岩变形规律数值模拟分析
杨娟
【期刊名称】《中州煤炭》
【年(卷),期】2015(000)009
【摘要】针对大断面沿空巷道在相邻工作面推采过后变形严重问题,利用FLAC3D 计算软件进行数值模拟,分析沿空巷道围岩应力、位移随巷道掘进和相邻工作面回采的变化规律,得出受上覆岩层断裂结构影响,沿空巷道表面发生破坏,且煤柱侧应力集中程度相对较大,但不影响整个沿空巷道稳定性;相邻工作面推采过后,煤柱侧应力进一步增加,如支护结构及参数不合理,塑性破坏区将向煤柱内部扩展,支护效果减弱;煤柱破坏到一定程度后,应力向实体煤侧转移,实体煤侧位移急剧增加,严重的可导致巷道失稳.因此,对大断面沿空巷道支护设计时应考虑到围岩弱结构体—煤柱的特殊作用,其是整个巷道失稳的诱发点,应加强支护.
【总页数】3页(P71-73)
【作者】杨娟
【作者单位】中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039;瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆400037
【正文语种】中文
【中图分类】TD325.4
【相关文献】
1.西曲矿8号煤层沿空巷道围岩变形规律及控制研究 [J], 赵猛
2.不稳定残余支承压力影响下沿空巷道围岩变形规律 [J], 杜广立;李付臣;魏忠民;李华
3.二次沿空巷道留巷支护方式及围岩变形规律研究 [J], 臧英新;陈威
4.厚煤层综放大煤柱沿空巷道围岩应力及变形规律 [J], 邢士军;孟祥军;张连勇
5.不同夹矸位置的沿空巷道围岩变形规律及支护 [J], 邓海富;张洪锋
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近距离煤层沿空掘巷围岩稳定性分析
马龙培;赵光明;刘崇岩;戚敏杰
【期刊名称】《煤炭技术》
【年(卷),期】2024(43)6
【摘要】合理的煤柱留设宽度及巷道布置错距不仅能保证煤炭的安全生产,还能提高煤炭资源的产出率,降低巷道支护的难度。

以色连二矿近距离煤层群12409工作面为研究背景,采用理论分析得出沿空掘巷煤柱留设宽度,通过数值模拟研究了留设8 m小煤柱时回采巷道的稳定性,并进行现场工业性试验,监测回采期间巷道矿压显现规律。

研究结果表明:①基于极限平衡理论及工程经验设计留设8 m小煤柱;②留设8 m小煤柱,测点超前工作面17 m时,煤柱内3.5~5.9 m分布式光纤应变值为-1 470~-7 268,表明煤柱内形成承载区域,利于巷道围岩控制;③回采期间,巷道顶底板及两帮的最大移近量分别为250、123 mm,在可控范围内,保证了矿井安全高效生产。

【总页数】6页(P99-104)
【作者】马龙培;赵光明;刘崇岩;戚敏杰
【作者单位】安徽理工大学矿业工程学院;安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TD353;TD322
【相关文献】
1.深部煤层沿空掘巷围岩稳定性控制技术研究与应用
2.厚煤层窄煤柱沿空掘巷围岩稳定性控制技术研究
3.中厚煤层窄煤柱沿空掘巷围岩稳定性研究
4.倾斜厚煤层沿空掘巷围岩稳定性控制技术研究
5.近距离沿空掘巷受相向采动影响下围岩稳定性的数值分析
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收稿日期:2022 06 12基金项目:内蒙古自治区高等学校科学研究资助项目(NJZY21387)作者简介:陈㊀飞(1988-),男,山西原平人,工程师,从事煤矿开采技术工作㊂doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.02.006孤岛工作面沿空掘巷小煤柱留设及围岩控制技术研究陈㊀飞(山西焦煤霍州煤电隆博煤业有限公司,山西临汾㊀042100)摘㊀要:为了充分提高煤炭资源回收率,保证沿空留巷围岩稳定性㊂文章以2106孤岛工作面沿空掘巷小煤柱护巷及围岩控制为背景,采用FLAC 数值模拟㊁现场实测等方法,确定了2106工作面轨道巷留设8m小煤柱护巷技术,并针对开采技术条件提出了合理的支护方案,经现场实测,采用8m 小煤柱以及与之相适应的支护方案后,巷道围岩变形量控制在较小范围,支护系统能充分发挥作用,完全能够保障巷道的整体稳定性㊂关键词:孤岛工作面;沿空掘巷;小煤柱;巷道支护中图分类号:TD822.3㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1005 2798(2023)02 0025 04Study on Small Coal Pillar Setting and Surrounding Rock Control Technology of Gob -side Entry Driving in Isolated Island Working FaceCHEN Fei(Shanxi Coke Huozhou Coal Power &Longbo Mining Industry Co.,Ltd.,Linfen ㊀042100,China )Abstract :In order to fully improve the recovery rate of coal resources and ensure the stability of surrounding rock of gob -side entry re-taining.Based on the gob -side entry protection with small coal pillar and surrounding rock control of 2106isolated island working face,the technology of 8m small coal pillar protection in track entry of 2106working face is determined by FLAC numerical simulation and field measurement,according to the technical conditions of mining,a reasonable supporting scheme is put forward.After field measure-ment,the deformation of the surrounding rock is controlled in a small range by using 8m small coal pillar and supporting scheme,the support system can fully play its role,and can fully guarantee the overall stability of the roadway.Key words :isolated island working face;gob -side entry drining;small coal pillar;roadway support㊀㊀近年来,越来越多的矿区开始使用小煤柱护巷技术,在提高煤炭资源回采率的同时也带来了一些新的问题,其中最为突出的是煤柱留设宽度的确定和小煤柱巷道围岩稳定性问题[1-3]㊂煤柱留设尺寸太小,会导致巷道围岩出现大变化,增加巷道维护成本[4-5]㊂因此,只有将煤柱留设尺寸与巷道支护有机地结合起来,才能保证小煤柱巷道围岩稳定㊂国内外学者对沿空留巷小煤柱护巷技术也进行了大量的研究,李洪彪等[6]针对大埋深 三软 孤岛工作面沿空掘巷小煤柱巷道支护难题,提出了掘进和回采期间不同的支护方案,有效地降低了巷道围岩变形㊂李俊星[7]对近距离煤层沿空掘巷煤柱合理留设宽度进行了研究,提出了回采期间采用水力预裂技术卸压,有效地保证了巷道围岩稳定性㊂张鹏鹏等[8]基于采空侧基本顶断裂力学模型及围岩极限平衡理论,确定了综放开采沿空掘巷小煤柱宽度范围㊂由于煤矿地质条件的复杂性,不同的地质条件,煤柱留设宽度会出现不同情况㊂文章以某矿2106孤岛工作面沿空掘巷小煤柱留设为背景,运用FLAC 数值模拟软件对不同煤柱宽度条件下巷道围岩稳定性及应力分布特征,确定合理的小煤柱宽度,并根据实际开采技术条件,确定科学的支护方案,保证矿井安全生产㊂521㊀工程概况㊀㊀某煤矿主采2号煤层,该煤种主要为特低灰-中灰㊁特低硫-中硫㊁中热值-特高热值的焦煤,是国内稀缺的优质煤炭资源㊂经过多年的开采已经接近枯竭,因此决定在开采剩余资源中采用小煤柱护巷技术以提高资源回收率㊂2号煤层全层厚度2.2~3.8m,平均3.10m,煤层倾角3~5ʎ,2号煤层顶板以泥岩㊁细砂岩为主,粉砂岩次之,底板以泥岩㊁细砂岩为主,砂质泥岩次之㊂2106为孤岛工作面,工作面长度为167m,有效推进长度为1360m.决定在该工作面回采巷道采用小煤柱护巷以进一步提高资源回收率㊂2106轨道巷为大巷回收工作面留设小煤柱沿空掘进巷道,断面形式均为矩形,巷道宽为4.5m,巷道高为3.1m.工作面巷道布置示意如图1所示㊂图1㊀2106工作面巷道布置示意2㊀小煤柱宽度合理尺寸的确定2.1㊀模型的建立为了研究不同煤柱宽度下2106工作面沿空掘巷围岩屈服破坏及受力特征,利用FLAC 数值模拟软件建立了数值模型㊂模型尺寸X ˑY ˑZ =260m ˑ180m ˑ86m,模型四周边界施加位移约束,按均布载荷施加在模型边界㊂分别模拟2106工作面回采过程中,煤柱宽度为4m㊁6m㊁8m㊁10m㊁15m 和20m 情况下,分析沿空巷道围岩屈服破坏及受力特征㊂2.2㊀数值模拟结果分析图2为不同煤柱宽度情况下,沿空巷道屈服破坏特征㊂从图中可以看出,随着煤柱宽度的增加,沿空巷道屈服破坏逐渐增加㊂煤柱宽度为4m 和6m 时,明显看出巷道顶板及煤柱帮屈服破坏严重,此时的煤柱承载能力低,受工作面回采的影响,随时面临煤柱失稳的情况㊂当煤柱宽度增加到8m 时,巷道屈服破坏特征明显有所好转,顶板深处破坏基本消失,煤柱帮部破坏也控制在较小的范围内,此时的煤柱宽度已经具备了一定的承载能力,配合合理的支护措施,完全可以保证巷道围岩稳定性㊂当巷道宽度继续增加时,虽然巷道整体屈服破坏有所缓解,但是从提高资源回采率方面来说,8m 煤柱更加合适㊂图2㊀不同煤柱宽度下巷道煤柱帮屈服破坏特征图图3为不同煤柱宽度煤柱内部垂直应力峰值特征,对于煤柱而言,峰值越大越不利于煤柱稳定性㊂煤柱宽度为4m 时,垂直应力峰值为24.2MPa;煤柱宽度为6m 时,垂直应力峰值为25.6MPa;煤柱宽度为8m 时,垂直应力峰值为20.8MPa;煤柱宽度为10m 时,垂直应力峰值为27.2MPa;煤柱宽度为15m 时,垂直应力峰值为29.3MPa;煤柱宽度为20m 时,垂直应力峰值为30.1MPa;显然煤柱宽度为8m 时,有利于煤柱稳定性㊂62图3㊀不同煤柱宽度煤柱内部垂直应力峰值特征图综上所述,考虑在保证巷道围岩控制及煤柱稳定性前提下,最大限度地提高资源回收率,根据数值模拟结果,2106工作面沿空掘巷小煤柱留设宽度应取8m为宜,该结果与理论计算相同㊂3㊀巷道围岩控制技术3.1㊀影响巷道支护因素分析根据2106孤岛工作面轨道巷实际开采技术条件分析,影响巷道支护主要因素为:1)㊀沿空巷道处于非等压应力环境,巷道两帮受到侧向应力无法达到平衡㊂由于轨道巷属于沿空小煤柱掘巷,巷道一帮为实体煤层,另外一帮则是小煤柱,在巷道掘进过程中两帮受力不平衡㊁不对称,巷道处于复杂的应力状态,顶板锚杆㊁锚索会受到强烈的剪切破坏,导致巷道围岩稳定环境变差㊂2)㊀轨道巷位置煤层由于相邻工作面回采的影响,煤体内部受到损伤破坏,产生较多的裂隙,在轨道巷掘进过程中,裂隙会进一步扩展㊁延伸,导致巷道煤帮成型差,稳定性差,甚至巷道局部出现超宽现象,不利于巷道维护㊂3)㊀孤岛工作面影响㊂由于临近孤岛工作面回采完毕后会在煤柱内部集聚较大能量的侧向应力,当巷道掘进开始后,侧向应力快速释放,会导致巷道发生严重的变形破坏㊂3.2㊀巷道支护技术根据影响2106轨道巷支护因素分析,在留设小煤柱条件下,在巷道支护设计时应采取以下对策: 1)㊀巷道顶板采用全长锚固形式㊂为了应对巷道不对称受力导致顶板支护锚杆产生不对称支护,在巷道支护设计时,顶板锚杆应采用全长锚固支护形式㊂2)㊀巷道两帮采用非对称支护㊂为了缓解巷道非对称应力环境,避免煤柱帮发生强烈位移,巷道两帮支护设计时应采用非对称支护形式,实体煤帮锚杆采用玻璃钢支护,煤柱帮应采用金属螺纹钢锚杆支护,且间排距要较实体煤帮更加密集㊂3)㊀顶帮锚杆采用整体组合支护㊂将顶板㊁巷帮锚杆通过钢带和金属网形成一个整体支护结构,不仅可以缓解不对称应力对于巷道围岩影响,而且有利于控制巷帮变形,掘进过程中易成型,提高巷道整体稳定性㊂3.3㊀巷道支护方案根据2106轨道巷开采技术,在对影响巷道支护因素及支护对策分析的基础上,运用巷道围岩支护理论对巷道支护方案进行了设计,如图4所示㊂图4㊀轨道巷支护设计图(mm)具体参数如下:1)㊀顶锚杆:采用HRB335左旋无纵筋螺纹钢锚杆,规格为D22mmˑL2400mm.每排布置6根,由中间向两边均匀布置,锚杆间距为800mm,排距为800mm,靠近两帮的锚杆与帮的距离为250mm.靠近两帮的顶锚杆与顶板垂直方向向外呈10ʎ夹角㊂2)㊀帮锚杆:煤柱帮锚杆采用HRB335左旋无纵筋螺纹钢锚杆,规格为D20mmˑL2400mm,布置5根,间排距为600mmˑ800mm,要求与所在部位巷道轮廓线垂直布置,靠近顶板的锚杆距顶板250mm 呈10ʎ仰角布置,靠近底板的锚杆距底板450mm呈10ʎ俯角布置㊂实体煤帮锚杆采用玻璃钢锚杆,规格为D20mmˑL2400mm,布置4根,间排距为800mmˑ800mm,要求与所在部位巷道轮廓线垂直布置,靠近顶板的锚杆距顶板250mm呈10ʎ仰角布置,靠近底板的锚杆距底板450mm呈10ʎ俯角布置㊂3)㊀锚索:采用D17.8mm的低松弛预应力左旋钢绞线,长度为6300mm.锚索打设与顶板方向垂直,锚索布置在两排钢带梁中间,布置形式为五花型呈三二三布置,排距为1600mm,3根间距为1200mm,2根间距为1600mm.724)㊀经纬网:顶帮均采用5mm钢筋焊接而成,网孔为100mmˑ100mm,经纬网规格为L2800mmˑB1000mm,顶部采用2张经纬网对接,中部搭接100mm,帮部预留400mm,帮部采用1张经纬网进行搭接㊂同1排内金属网搭接采用双股16号铁丝,按间距200mm连接,连接扣必须拧紧,且连接扣不小于3匝,网茬必须统一转向煤帮㊂5)㊀钢带梁:顶钢带均采用W型钢带专用材料,按照锚杆间距通过截割㊁打孔等工序加工制作而成,其中,顶钢带规格为L4300mmˑB200mmˑH3mm,帮采用A3圆钢加工焊接而成,规格为L2800mmˑB55mm.顶帮钢梁必须托压住网,搭接齐整㊂4㊀工程验证为了验证2106工作面沿空掘巷8m小煤柱留设以及支护方案的合理性,特在2106工作面沿空掘巷进行工业试验㊂现场采用 十字布点法 监测巷道表面位移,选用锚杆测力计监测顶锚杆以及煤柱帮锚杆受力情况,监测结果如图5和图6所示㊂图5㊀巷道围岩移近量监测结果图由图5可知,巷道掘进后,随着时间的推移,围岩变形量逐渐增加,最终稳定㊂巷道掘进30d后,围岩开始逐渐趋于稳定㊂稳定后顶板变形量控制在210mm,两帮变形量控制在235mm,帮部变形明显高于顶板,但是巷道围岩变形量控制在较小的范围内㊂图6㊀锚杆受载荷监测结果图由图6可知,随着时间的推移,锚杆载荷逐渐增加,最终也趋于稳定㊂明显可以看出,巷道掘进完成20d后,顶㊁帮锚杆载荷趋于稳定状态,稳定后的顶锚杆承受载荷为106kN,帮锚杆承受载荷为101kN,帮锚杆承受载荷较正常巷道偏大㊂结合巷道围岩移近量和锚杆受载荷特征可知,掘进30d 后,巷道基本能达到稳定状态,巷道围岩变形量小,支护系统能充分发挥作用,在该条件下,选择8m小煤柱护巷和该支护方案能够保障巷道的整体稳定性㊂5㊀结㊀语1)㊀通过FLAC数值模拟不同煤柱宽度下巷道屈服破坏及受力特征,煤柱宽度为8m时,巷道围岩屈服破坏处于合理状态,煤柱受到垂直应力最小,能够保障围岩稳定性㊂2)㊀通过对影响巷道支护因素及支护对策进行了分析,确定了小煤柱沿空掘巷支护方案㊂3)㊀对8m小煤柱留设及支护方案情况下,轨道巷围岩变形量及锚杆受载荷情况进行了监测,结果显示,稳定后顶板变形量控制在210mm,两帮变形量控制在235mm,顶锚杆承受载荷为106kN,帮锚杆承受载荷为101kN,掘进30d后,巷道基本能达到稳定状态,巷道围岩变形量小,支护系统能充分发挥作用㊂参考文献:[1]㊀赵科研.大同煤田特厚煤层小煤柱开采研究与应用[J].煤,2021,30(12):36-37,40.[2]㊀张明鹏.窄小煤柱沿空掘巷围岩控制技术研究[J].煤炭技术,2020,39(5):12-14.[3]㊀张世国,李中伟.特厚煤层小煤柱沿空掘巷支护技术研究[J].煤炭工程,2021,53(7):55-58.[4]㊀高青松.突出煤层小煤柱沿空掘巷的巷道布置研究与实践[J].煤,2021,30(5):61,64.[5]㊀于㊀斌,姚强岭,王少卿,等.侧向支承应力作用下6.0m小煤柱巷道加固技术研究[J].煤炭工程,2021,53(3):73-77.[6]㊀李洪彪,杨㊀睿,焦义伟,等.大埋深 三软 孤岛工作面沿空掘巷小煤柱巷道支护技术[J].煤炭技术,2019,38(5):19-21.[7]㊀李俊星.近距离煤层沿空掘巷煤柱合理留设宽度研究[J].煤,2021,30(4):25-27.[8]㊀张鹏鹏,郝兵元,王㊀凯,等.综放开采沿空掘巷小煤柱宽度留设及支护技术研究[J].煤炭科学技术,2018,46(5):40-46.[本期编辑:路㊀方]822023年2月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈㊀飞:孤岛工作面沿空掘巷小煤柱留设及围岩控制技术研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷第2期。

第12期㊀山西焦煤科技㊀No.122020年12月㊀㊀Shanxi Coking Coal Science &Technology㊀㊀Dec.2020㊀㊃技术经验㊃㊀㊀收稿日期:2020-11-15作者简介:张文豪(1971 ),男,山西平遥人,1993年毕业于阳泉煤炭专科学校,高级工程师,主要从事采矿技术研究与管理工作(E-maiL)zwh_567@沿空掘巷合理煤柱宽度及支护参数确定张文豪(西山煤电集团技术中心,山西㊀太原㊀030053)㊀㊀摘㊀要㊀以某矿B3103工作面回风顺槽煤柱宽度为研究对象,通过理论分析确定沿空掘巷理论煤柱宽度,建立FLAC3D 沿空掘巷数值计算模型,分析侧向支承应力演化规律,在此基础上对比了不同煤柱宽度沿空掘巷应力分布特征,确定了合理煤柱宽度为6m ,提出了合理支护参数㊂现场工业性试验表明,B3103工作面回风顺槽变形量在预计范围内,验证了煤柱宽度及支护参数的合理性㊂关键词㊀沿空掘巷;煤柱宽度;支护参数;巷道变形量中图分类号:TD353㊀文献标识码:B㊀文章编号:1672-0652(2020)12-0020-04㊀㊀为了提高煤炭资源的开采效率,窄煤柱沿空掘巷技术被广泛使用,煤柱宽度及沿空掘巷支护参数影响沿空掘巷掘进期间及回采期间围岩稳定[1-2].国内外对护巷煤柱宽度的留设进行了大量的研究㊂郭重托[3]借助现场实测㊁数值模拟等手段,分析了不同煤柱宽度2302工作面回风巷围岩承载演化规律,确定了合理窄煤柱宽度为6.0m.李季等[4]以主应力差为研究切入点,利用理论计算及数值模拟等研究方法,研究了深部回采工作面侧向采动应力场主应力差分布特征和不同煤柱宽度下沿空掘巷围岩主应力差分布规律,提出了以主应力差分布规律为依据的深部沿空掘巷煤柱设计思路㊂柏建彪等[5]通过数值模拟计算分析,研究了综放沿空掘巷围岩变形及窄煤柱的稳定性与煤柱宽度㊁煤层力学性质及锚杆支护强度之间的关系,提出了合理的窄煤柱宽度㊂1㊀工程地质概况某矿B3103回风顺槽一侧为B3102工作面采空区,2017年8月回采完毕,3#煤层厚度平均4.8m,煤层埋深250m 左右,直接顶为6.0m 泥岩,基本顶为7.0m 石灰岩,直接底为3.0m 粉砂岩,基本底为6.0m 泥岩,B3103工作面长度为1500m,切眼长度200m,B3103回风顺槽沿顶板掘进,采掘工程平面示意图见图1.图1㊀B3103工作面采掘工程平面示意图2㊀沿空掘巷窄煤柱宽度理论计算极限平衡理论计算模型见图2,极限平衡理论塑性区扩展深度x 1表达式为:x 1=0.5βk 1γHM cos α[0.5(β+1)sin φ0k 1γH cos α+c cos φ0]2-1-β2k 1γH cos α()2式中:k 1一垂直应力集中系数,取2;H 煤层埋深,m,取250;㊀㊀γ 顶板岩石平均容重,kN /m 3,取25;M 煤层厚度,m,取4.8;β 临界塑性区侧压系数,β=μ/(1-μ),μ为泊松㊀比,取0.2,则β=0.25;φ0 煤体内摩擦角,(ʎ),取35;α 煤层倾角,(ʎ),取3;c 煤体黏聚力,MPa,取1.25.图2㊀极限平衡理论计算模型图将相关参数代入上式得:x 1=2.08m窄煤柱理论宽度计算公式为:B =x 1+x 2+x 3式中:x 1 塑性区宽度,m;㊀㊀x 2 帮部锚杆有效长度,m,回风顺槽锚杆长度为2000mm,考虑锚杆外露,此处有效长度取1.8;x 3 稳定性系数,考虑现场因素需要增大的稳定性系数,x 3=0.2(x 1+x 2).计算得到:B =x 1+x 2+x 3ȡ4.656m3　沿空掘巷合理煤柱宽度数值模拟以B3103工作面地质概况为研究对象建立模型,模型共7层㊂巷道尺寸为4.7m ˑ3.6m,沿顶板掘进,其数值计算模型见图3.模型的尺寸为300m ˑ120m ˑ47.5m,模型的上部边界施加与等量的上覆岩层的重量,模型的X㊁Y 方向施加水平约束,Z 方向只固定模型下部,上部根据实际应力值设定相应的应力边界,模型中的物理力学参数见表1.分别模拟宽度为4m㊁6m㊁8m 和10m 四种煤柱宽度下沿空掘巷应力变化规律㊂图3㊀沿空掘巷数值计算模型图表1㊀模型物理力学参数表岩性弹性模量G /GPa 泊松比体积模量K /GPa 剪切模量G /GPa 内摩擦角/(ʎ)厚度/m 上覆岩层 5.500.20 3.90 3.103010.0石灰岩10.70.18 5.57 4.53257.0B2煤 5.40.15 2.56 2.36200.5泥岩10.70.18 5.57 4.5324 6.0B3煤 1.490.38 2.080.5420 5.0粉砂岩8.00.19 4.3 3.3623 3.0泥岩10.70.18 5.57 4.5325 6.0下覆岩层6.60.224.053.503010.0㊀㊀数值计算过程为:建立数值计算模型ң原岩应力平衡计算ң开挖B3102工作面计算ң沿空掘巷计算ңB3103工作面回采计算ң输出计算结果㊂B3103工作面在邻近工作面B3102回采后的垂直应力分布见图4.原岩应力大小为:6.25MPa,B3103工作面临近采空区边缘距采空区0~5m 为应力降低区,峰值位置距采空区边界10m,峰值为13MPa,应力增高区为5~30m,原岩应力区为30~60m.为了确定合理的窄煤柱宽度,首先研究B3103回风顺槽掘进期间4个方案中不同宽度窄煤柱垂直应力场分布情况,见图5.由图5可以看出,随煤柱宽度的增加,沿空巷道煤柱内垂直应力的峰值先增大后趋于稳定,即峰值从4m 煤柱时的3MPa 增大到10m 煤柱时的9MPa 左㊃12㊃2020年第12期张文豪:沿空掘巷合理煤柱宽度及支护参数确定图4㊀侧向支承应力分布云图右,然而煤柱4m时的垂直应力峰值已显著低于原岩应力,这是由于在掘进的过程中4m煤柱无法承受采动扰动下的侧向采动应力峰值,因此留设4m护巷煤柱是不利于巷道的长期稳定㊂随煤柱宽度的增加,实体煤帮内垂直应力峰值先增大后减小,但其增大的幅度较小,即实体煤内垂直应力峰值稳定在14~ 15MPa,煤柱在8m和10m巷道围岩处于高应力环境,巷道围岩不容易稳定,6m煤柱能够起到一定的㊀图5㊀不同煤柱宽度垂直应力分布规律图承载作用,同时处于低应力环境,能够保持沿空巷道大应力环境下的稳定㊂4　沿空掘巷合理支护参数及现场工业性试验顶锚杆使用22/2400螺纹高强锚杆,间排距为850mmˑ1000mm,采用尺寸150mmˑ150mmˑ10mm高强度拱形托盘,锚固方式采用一支CKb2335和一支K2360树脂锚固剂㊂顶锚索使用d18.9mmˑ6300mm的矿用锚索,锚索沿顶板呈2-1-2布置,间距为1700mm,排距为1000mm,配套使用300mmˑ300mmˑ16mm的高强度托盘,使用一支CKb2335及两支K2360树脂锚固剂,两帮采用22/ 2000螺纹高强锚杆,间排距为800mmˑ1000mm,采用尺寸150mmˑ150mmˑ10mm高强度拱形托盘,锚固方式采用一支CKb2335和一支K2360树脂锚固剂㊂B3103回风顺槽支护断面图见图6.B3103回风顺槽掘进期间的巷道表面位移监测结果见图7.由图7可以看出,采用6m煤柱宽度配合合理支护参数,B3103回风顺槽掘进期间,随着距掘进头距离的逐渐增大,沿空巷道两帮移近量最大值达到150mm左右,顶底板移近量最大值达到187mm左㊃22㊃山西焦煤科技2020年第12期㊀图6㊀B3103回风顺槽支护断面图图7㊀B3103回风顺槽两帮及顶底板移近量图右,巷道围岩变形量较小,验证了煤柱宽度及支护参数的合理性㊂5㊀结㊀论探究了沿空掘巷合理煤柱宽度及支护参数,基于极限平衡理论确定了沿空掘巷理论宽度,建立了FLAC 3D 数值计算模型,分析了一侧采空后侧向支承应力分布规律㊁不同煤柱宽度沿空掘巷围岩应力分布特征,得出了以下结论:1)沿空掘巷窄煤柱理论宽度为4.656m,B3103工作面临近采空区边缘距采空区0~5m 为应力降低区,峰值位置距采空区边界10m,峰值为13MPa,应力增高区为5~30m,原岩应力区为30~60m.2)6m 煤柱宽度配合合理的支护参数,掘进期间两帮移近量最大为150mm 左右,顶底板移近量最大为187mm 左右,沿空巷道围岩保持稳定㊂参㊀考㊀文㊀献[1]㊀郭金刚,王伟光,岳帅帅,等.特厚煤层综放沿空掘巷围岩控制机理及其应用[J].煤炭学报,2017,42(4):825-832.[2]㊀王德超,王㊀琦,李术才,等.深井综放沿空掘巷围岩变形破坏机制及控制对策[J].采矿与安全工程学报,2014,31(5):665-673.[3]㊀郭重托.特厚煤层迎采扰动沿空掘巷围岩控制技术研究[J].煤炭工程,2020,52(11):42-46.[4]㊀李㊀季,王文硕,强旭博.深部沿空掘巷主应力差分布规律及煤柱宽度优化[J].西安科技大学学报,2020,40(5):869-877.[5]㊀柏建彪,侯朝炯,黄汉富.沿空掘巷窄煤柱稳定性数值模拟研究[J].岩石力学与工程学报,2004(20):3475-3479.(下转第35页)㊃32㊃2020年第12期张文豪:沿空掘巷合理煤柱宽度及支护参数确定件进行调整㊂2)井筒热风与冷风的风量混合比例与热风温度存在负相关关系㊂3)煤矿井筒保温设计在热源选择上要综合考虑初投资㊁经济运行㊁智能化等因素,远红外电加热热风炉具有比较优势㊂参㊀考㊀文㊀献[1]㊀张佳兵.浅谈寒冷地区煤矿井筒保温防冻设计[J].科技情报开发与经济,2008(28):222-223.[2]㊀郭潞斌.王庄煤矿北栗风井井筒保温技术优化方案研究[J].煤,2015(7):28,42.[3]㊀翟展红.远红外热风输送系统在煤矿的应用和推广[J].中小企业管理与科技,2017(6):23-24.[4]㊀王忠平,徐长志,孙凤杰,等.热风炉供热系统在矿井保温中的应用[J].铁法科技,2014(11):18-20,72.Application Design of Heating Engineering with Far-infraredRay Technology in Coal Mine ShaftLI Jiangwu ,LIU Xiaolin ,WEN Jiandong㊀㊀Abstract ㊀Based on the design of three air intake shaft winter heating projects of Sanjusheng Coal Industry as theresearch background,according to the maximum air intake volume of the three air intake shafts and local winter weather conditions,the heat demand power of the heating equipment and the air volume of the supporting engine for hot air fan are reasonably determined.Through the comparison of operating data,it is verified that the shaft heatingmethod is effective in terms of operating cost,energy saving and environmental protection,and heating effec.Key words ㊀Far infrared heating device;Shaft insulation;Heat demand calculation;Heating efficiency(上接第19页)Design and Application Practice of Reverse Divided FlowSeparation Process for Dense Medium SeparationWANG Caixia ,WANG Jian㊀㊀Abstract ㊀The causes of high medium consumption and high water consumption are analyzed,the design of re-verse divided flow process is put forward,and the reasonable reverse divided flow device is designed.And the control system is also designed and analyzed.The practical industrial application has been successful in Chengzhuang Coal Preparation Plant.Key words ㊀Dense medium separation;Reverse divided flow design;Reverse divided flow device;Reverse di-vided flow control system (上接第23页)Determination of Reasonable Coal Pillar Width and SupportParameters for Gob Side Entry DrivingZHANG Wenhao㊀㊀Abstract ㊀Through theoretical analysis,the theoretical coal pillar width of gob side entry driving is determined,the numerical calculation model of roadway driving along goaf with FLAC3D is established to analyze the evolution lawof lateral support stress.The reasonable width of coal pillar is determined as 6m,and the reasonable support parameters are put forward.The field industrial test shows that the deformation of return air gateway in B3103working face is within the predicted range,which verifies the rationality of coal pillar width and support parameters,andprovides reference for surrounding rock control of roadway driving along goaf under similar conditions.Key words ㊀Gob-side entry driving;Coal pillar width;Support parameters;Roadway deformation㊃53㊃2020年第12期李将武等:远红外线热风炉在煤矿井筒保温中的应用设计。

综放沿空掘巷窄煤柱合理尺寸的数值模拟确定作者：高福勇，刘虎，张峰来源：《科技创新与生产力》 2014年第9期高福勇，刘虎，张峰（山东能源枣矿集团蒋庄煤矿，山东滕州 277000）摘要：通过采用FLAC3D数值模拟，分析在不同小煤柱宽度下，综放沿空掘进巷道的应力分布规律及巷道变形规律，选取最优的小煤柱尺寸，为综放工作面沿空掘巷小煤柱合理尺寸的确定提供了参考。

关键词：沿空掘巷；窄煤柱；数值模拟中图分类号：TD353 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2014.09.084在综放工作面沿空掘巷留窄煤柱的情况下，合理的小煤柱尺寸是巷道能否维持稳定的基础，直接决定着综放开采是否安全[1-2]。

笔者通过FLAC3D数值模拟，对余吾煤业S1202瓦排巷沿空掘巷进行了系统的分析研究，最终确定了该巷道小煤柱的合理可行尺寸，对类似条件的巷道工程实践具有一定的借鉴意义。

1 试验巷道地质概况余吾煤业S1202综放工作面主采煤层为3号煤层，工作面平均煤厚5.89 m，平均倾角为4.3°，容重1.39 t/m3，煤质松软。

S1202瓦排巷沿3号煤顶板掘进，巷道矩形断面的净高宽为3.2 m × 3.8 m，断面积12.16 m2。

煤层直接顶为灰色细粒砂岩，厚度平均为2 m；老顶为深灰色中粒砂岩，厚度平均为 5 m；直接底为黑色泥岩，厚度平均为0.9 m；老底为灰黑色细粒砂岩，厚度平均为 2.47 m。

S1201工作面采用两进两回通风方式，现在已经回采完。

S1201胶带顺槽与进风顺槽之间净煤柱宽45 m。

在布置S1202工作面时，复用S1201进风顺槽（全长1 209 m）作为S1202回风顺槽，并沿S1201工作面采空区边缘留窄煤柱布置S1202瓦排巷，全长2 000 m（见图1）。

2 数值模型的建立及模拟方案2.1 模型建立根据余吾煤业S1202工作面实际地质条件，在S1201工作面进风巷和运输巷之间45 m的煤柱内沿S1201工作面采空区掘进留设窄煤柱的瓦排巷，采用FLAC3D模拟分析窄煤柱的稳定性。

山西煤炭管理干部学院学报综采面沿空掘巷围岩支护优化的数值模拟刘旭鹏（西山煤电集团公司屯兰矿，山西太原030206）【摘要】针对8215综采工作面回风顺槽沿空掘巷中围岩控制问题，以FLAC3D 数值模拟为依据，对巷道支护优化前后的围岩变形进行了分析对比，确定了支护优化的合理性，保证了巷道围岩的稳定。

为模拟工程条件下的围岩支护提供理论依据。

【关键词】沿空掘巷；FLAC 模拟；支护优化【中图分类号】TD353【文献标识码】A【文章编号】1008-8881（2016）04-0039-02收稿日期：2016-06-07作者简介：刘旭鹏（1981－），男，山西昔阳人，西山煤电集团公司屯兰矿助理工程师。

煤炭在我国能源结构中占有重要地位，绝大多数煤炭资源的埋藏深度不适合露天开采，因此井工开采成为我国煤矿开采的主要方式。

采用井工开采方式开采地下煤炭资源，为了形成采煤系统，需要在地下开掘大量的巷道，大部分为回采巷道[1-2]。

回采巷道有以下几种类型：沿空掘巷、留宽煤柱护巷以及沿空留巷[3]。

通常情况下，采用沿空掘巷时，巷道维护十分困难，在其整个服务期间仅受到一次采动的空掘巷较沿空留巷相比应力环境和维护条件好、工艺简单、掘进成本低，易于推广[4-5]。

本文通过数值模拟影响，分析发现，只要选择合理支护方式就能够确保沿空掘巷的巷道在掘进期间与回采期间均能够保持稳定，因此对沿空掘巷巷道支护进行优化设计，从而确保该技术的成功应用。

1工程概况某矿8215工作面开采12号煤，厚度为2.35-2.59m ，平均2.43m 。

工作面水平长度有430m ，倾斜长度有192m 。

此工作面采取全部跨落的方法对顶板进行管理回风顺槽沿空掘巷的设计巷道净宽为3.8m ，净高为2.7m ，断面积为10.26m 2。

2回风顺槽支护方案2.1初始方案2.1.1顶板支护锚杆杆体采用直径为18mm 的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，长度为1700mm ，间排距为900mm ×1000mm ，肩角锚杆排距为1500mm ，单根锚杆使用型号为MSK2360树脂锚固剂1只，托盘采用拱型高强度托盘，规格为长×宽×高=110mm ×110mm ×10mm 。