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大采高工作面区段煤柱合理尺寸设计张永刚; 鲍俊睿【期刊名称】《《矿山测量》》【年(卷),期】2019(047)005【总页数】4页(P20-22,47)【关键词】大采高工作面; 区段煤柱; FLAC3D数值模拟; 合理尺寸【作者】张永刚; 鲍俊睿【作者单位】潞安集团李村煤矿山西长治 046000【正文语种】中文【中图分类】TD315随着矿井开采技术向机械化、现代化、大采高化方向的不断推进，区段煤柱的损失成为了现今厚煤层开采时的主要损失形式。
通常情况下，区段煤柱的留设宽度按照工程经验数据进行选取[1] ，既要确保区段煤柱具备足够的稳定性，又要避免煤柱太宽，造成不必要的资源浪费。
本文以李村煤矿1302备采工作面和1306备采工作面间区段煤柱为例，探究大采高工作面区段煤柱的合理留设宽度。
1 工程概况李村煤矿1302工作面为备用回采工作面，该工作面采用“两进两回”式通风，并与1306备采工作面相邻，在设计工作面及巷道尺寸时，为满足安全回采需要，应在两工作面之间留设一定宽度的区段煤柱。
据地质资料显示，1302工作面走向长度为981 m，倾斜长度为220 m，工作面煤层厚度为5～5.3 m，平均厚度5.1 m，巷道净宽5.5 m，净高4.2 m。
工作面布置情况如图1所示。
图1 1302备用工作面布置图2 区段煤柱尺寸设计在选取区段煤柱尺寸时，需要考虑两项因素，一是上区段工作面回采完毕后，采空区侧围岩对煤柱稳定性的影响；二是下区段工作面回采时，顶板矿压显现对煤柱稳定性的影响[2-3]。
区段煤柱留设尺寸不足会导致煤柱失稳变形，直接影响巷道稳定性与下区段工作面的回采；区段煤柱留设尺寸较大，则会造成煤炭资源的浪费。
在上区段工作面回采完毕后，区段煤柱靠近采空区侧受上方顶板破碎区的应力作用，发生塑性变形；受下区段回采工作面推进影响，区段煤柱另一侧同样会形成一定范围的塑性破碎区。
应力曲线如图2所示。
图2 区段煤柱弹性核与塑性区应力曲线图随着两侧工作面的推进，煤柱两侧产生塑性变形区，造成煤柱的有效支撑宽度降低，但在煤柱内部仍存在一定宽度的弹性核。
工作面区段煤柱尺寸的确定作者：王久伟来源：《科学与财富》2015年第22期摘要：本文介绍了通过采取现场测试、理论计算和数值模拟综合研究方法，确定合理的区段煤柱尺寸，来提高矿井的经济效益。
关键词：区段煤柱尺寸确定红庙矿开采白垩纪煤系地层，矿区开采煤层6层（5-1、5-2、5-3、6-1、6-2、6-3），平均煤层倾角19°，由于多煤层开采，煤层间距小，受采动影响严重，在区段平巷布置时，采用倾斜内错式，将下分层巷道处于上分层顶板垮落后形成的应力降低区内，巷道容易维护。
其问题是区段煤柱愈到下面愈大，目前5-1煤层区段煤柱是15m，开采至6-2煤层，区段煤柱将达到35m，造成煤炭的巨大损失。
为了减少煤炭损失，并且保证巷道稳定，采用现场测试、理论计算和数值模拟综合研究方法，确定合理的区段煤柱尺寸，来提高矿井的经济效益。
1 红庙矿概况红庙矿核定生产能力180万吨/年，现为一井一矿，可采煤层6层，分别为5—1、5—2、5—3、6—1、6—2、6—3。
共有7个采区，一、二、三、四采区已回采完毕，现在五、六采区回采，七区未开拓。
该矿开采白垩纪煤系地层，煤层及顶底板岩层胶结差，表现出强度低、松散破碎、在区段平巷布置时，采用倾斜内错式，第一层煤区段煤柱尺寸为15m。
2 区段煤柱留设原则2.1 最大限度减少煤柱损失当煤柱宽度较大时，煤柱两侧各有一个极限平衡区，在煤柱中央有一个弹性区；当煤柱宽度较小时，煤柱中央弹性核区将消失，整个煤柱处于塑性区内。
留设煤柱时应能够使弹性核区的宽度保持煤柱稳定性，煤柱越宽其中央的弹性核区就越宽，当然就越有利于煤柱的稳定。
但是从提高采区回采率角度考虑，应尽量减小煤柱宽度，最大限度的回收煤炭资源。
因此留设煤柱时，应保证煤柱经受采动影响后仍能保持一定弹性核区，使煤柱中央不出现松动破坏，这样煤柱在采动影响下仍具有较高的强度和承载能力。
通常情况下，煤柱支承压力及弹塑性变形区的分布如图1所示，左侧塑性区因工作面开采形成，右侧塑性区是由回采巷道掘进形成。
依据矿压规律合理确定煤柱宽度郑伟【摘要】由于5号、6号煤层为近距离煤层,5号煤层工作面开采后留设的区段煤柱对下覆煤层形成高应力区域,使位于煤柱下方6号煤层工作面回采和掘巷时支护难度增加,所以确定合理的煤柱宽度,对开采下覆煤层提供有力技术资料.【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】5页(P19-22,25)【关键词】煤层;规律;煤柱;宽度【作者】郑伟【作者单位】山西焦煤投资公司,山西太原030021【正文语种】中文【中图分类】TD822.31.1 工作面概况26302工作面为沿煤层倾向布置的长壁式回采工作面。
东边为昌平煤矿的矿界；南边已回采完的26304工作面，西面为北翼大巷；北面为已回采完的25301工作面。
26302工作面走向长800m，工作面底板标高420～540m，地面标高820～923m，布置在已采完的25302工作面下方，工作面布置如图1所示。
选择26302工作面胶带巷作为试验巷道，26302工作面胶带巷布置在25302工作面采空区下方，与25302工作面胶带巷内错4m。
1.2 工作面地质条件26302工作面总体呈单斜构造，煤层整体倾向西，平均倾角5°，根据相邻工作面巷道资料，预计本工作面掘进时将遇到4条断层，2个无炭柱。
1.3 工作面煤层赋存状况某矿26302工作面所采煤层为6号煤层，煤层为亮黑色，为焦煤。
煤层厚度变化为3.15～4.4m，平均煤层厚度为3.75m，煤层赋存较稳定。
根据26302工作面钻孔综合柱状图岩层分布规律，可以确定工作面基本顶为距煤层顶板2.55m的细粉砂岩，厚度为1.65m，黑色，有植物碎片化石；直接顶为泥岩厚度2.6m，黑色，中厚层状，平坦断口，半坚硬；直接底为泥岩厚度1.2m，灰黑色，层状，可见植物根茎化石；老底为K3砂岩，厚度3.3m，灰褐色，坚硬。
煤层开采过程破坏了原岩应力场的平衡状态，引起应力重新分布。
沿空掘巷区段煤柱尺寸留设研究摘要：针对某矿1726工作面回采期间巷道变形量大，矿压显现剧烈等问题，采用理论分析与FALC3D对不同煤柱尺寸应力场分布规律进行了研究，得出了1726面与1728工作面区段煤柱的合理尺寸，为矿井煤层开采沿空掘巷窄小煤柱合理留设提供了理论和数据支持。
关键词：沿空掘巷区段煤柱合理尺寸煤柱留设一直是煤矿中传统的护巷方法，为使下区段平巷避开固定支承压力峰值区，在上区段运输平巷和下区段回风平巷之间留设一定宽度的煤柱，是传统的留煤柱护巷方法.大量实践表明，煤柱尺寸的大小关系到回采巷道受动压破坏的程度。
合理的煤柱尺寸不仅减小巷道的变形，而且可以减小巷道维护工程量，同时还可以节约煤炭资源。
国内外学者对煤柱合理尺寸确定的方法进行了很多研究，主要集中在：1）通过运用经验公式结合矿山压力特点，对煤柱合理的尺寸留设煤柱尺寸的方进行研究；2）运用现场实测煤柱支承压力分布规律确定区段煤柱合理宽度；3）根据煤岩体的极限平衡理论，推导出护巷煤柱保持稳定状态时的宽度计算公式4）用有限元计算软件对煤柱护巷的围岩变形进行计算分析，确定煤柱合理尺寸；5）从采用极限平衡理论和弹塑性力学手段估算推导煤柱塑性区宽度的公式。
本文以某矿1726工作面与1728工作面沿空掘巷区段煤柱为研究对象采用数值模拟与理论分析得出区段合理煤柱尺寸。
1工作面概况某矿1728工作面上方地表位于井田北部，工业广场东南侧约600m 。
该工作面为36采区第3个回采工作面，上部为正在回采的1726工作面，下部为17210工作面（正在准备）该工作面采用走向长壁后退式开采方法，一次采全高综采开采工艺。
该工作面回风顺槽与上区段1726工作面间的区段煤柱宽度为5m。
两巷在工作面回采过程中，变形量非常大，给回采和巷道维护工作带来很大困难。
2沿空掘巷煤柱理论分析地下工程的开挖，煤柱周边就会出现不同程度的塑性破坏。
对于区段平巷的护巷煤柱，采空区侧和回采巷道在煤柱两侧分别形成一个宽度为R0与R的塑性变形区，当煤柱两侧形成的塑性区宽度R0与R之和大于煤柱宽度B时，也就是煤柱两侧形成的塑性区相贯通时，煤柱将失稳并发生破坏。
青东矿区段小煤柱合理尺寸研究摘要：为了解决青东矿大采高工作面区段煤柱留设的合理尺寸问题，以青东726工作面为例，采用理论计算与数值模拟对不同煤柱尺寸应力场分布规律进行研究，得出726面与728面区段煤柱的合理尺寸为矿井下一步煤层开采区段煤柱合理留设提供了依据。
关键词：区段煤柱理论计算数值模拟合理尺寸留设煤柱一直是煤矿中传统的护巷方法，传统的留煤柱护巷方法是在上区段运输平巷和下区段回风平巷之间留设一定宽度的煤柱，使下区段平巷避开固定支承压力峰值区。
回采巷道一侧的区段煤柱用于维护巷道和隔离采空区，煤柱是支撑作用主体，所以煤柱的变形破坏规律对顶板岩层的控制有很大影响。
研究表明，回采巷道的稳定性与护巷煤柱尺寸有很大的关系，合理的煤柱尺寸不仅可以减小巷道维护工程量，减小巷道的变形，而且还可以节约煤炭资源。
本文运用理论计算和数值模拟来确定726工作面与728工作面区段煤柱的合理宽度。
1.工程概况青东矿728工作面上方地表位于井田中部，工业广场西南侧约400m。
该工作面为82采区第二个回采工作面，上部为正在回采的726工作面（已在回采），下部为7210工作面（未掘进）工作面走向长647～685m平均666m，倾向长180m，面积119880m2。
该工作面采用走向长壁后退式开采综采工艺，“y”形通风方式，全部垮落法管理顶板，一次采全高开采方式。
该工作面回风巷与上区段726工作面间的区段煤柱宽度为4m。
两巷在工作面回采过程中，既受到本区段工作面的回采影响，又由于上区段残余支承压力，巷道围岩应力急剧增加，变形量很大，给回采工作带来很大困难。
2.煤柱宽度留设理论分析对于采准巷道的护巷煤柱，采空区侧和回采巷道在煤柱两侧分别形成一个宽度为R0与R的塑性变形区，当煤柱宽度B小于煤柱两侧形成的塑性区宽度R0与R之和时，即煤柱两侧形成的塑性区相贯通时煤柱将失去其稳定性，出现崩塌现象。
3.煤柱宽度数值模拟分析结论（1）留4m煤柱的沿空掘巷小煤柱两侧边缘部分不仅受726工作面采动影响较严重，且当728工作面采动时，尤其是顶板来压时，巷道矿压显现严重。
0引言随着矿井开采深度增加，矿井地质条件日趋复杂，极易受到高地压、高温以及采空区火灾防治等因素的影响，针对以上问题，无煤柱开采技术虽为当前主流开采技术，但在此条件下会受到一定的限制，留设保护煤柱仍是较为常见的一种方式。
平岗矿曾尝试过沿空留巷无煤柱开采技术，但因正常回采期间，巷道变形量大、返修次数多、返修与维护成本高，且影响回采工作面正常回采，故只能采用留煤柱的方式布置接续面回采巷道。
因此，如何在保证回采巷道稳定的状态下，尽可能减少煤柱的留设宽度成为必须思考的问题。
国内外学者对此展开了一系列研究，柏建彪[1]分析了支护强度和煤柱宽度煤柱稳定性的影响，表明高强度锚杆对窄煤柱的整体强度提高具有重大意义，尤其是对软煤更甚。
并提出软煤和中硬煤的合理煤柱宽度。
李金刚等[2]通过利用FLAC 3D 数值模拟软件模拟不同煤柱宽度情况下沿空巷道侧向支承压力、垂直应力、水平应力、垂直位移、水平位移的分布特征，确定了沿空巷道合理布置位置及合理煤柱尺寸。
田建设等[3]分析巷道巷间煤柱应力分布规律，确定深部高应力巷间煤柱侧向支承压力分布特征，并模拟分析工作面多次回采影响下的不同宽度煤柱应力场分布特征，结合现场实验确定深部高应力条件下合理巷间煤柱宽度。
常瀚文等[4]采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的研究方法，计算得出煤柱的合理宽度，进行对比分析得出护巷煤柱的合理留设宽度。
并进行工程实践，现场实测结果表明，确定的护巷煤柱宽度和支护参数围岩控制效果较好，煤柱相对稳定。
王寅等[5]通过理论分析结合数值模拟的研究方法，研究了回采巷道煤柱不同尺寸对回采巷道围岩应力及塑性区分布特征的影响规律。
结果表明：采动应力及不同煤柱尺寸对巷道围岩塑性区变化规律具有显著影响。
且根据理论计算结合数值模拟得到合理的煤柱宽度。
上述研究在煤柱合理留设尺寸的确定方面取得了不少成果，但针对平岗矿复杂的地质条件来说，这些研究成果是否适用，还需进一步的探索，据此，本文提出开展平岗矿33#煤层合理留设尺寸优化研究，保证围岩稳定的同时为矿井最大限度减少煤炭损失提供理论和技术支持，同时也为同类条件下煤柱合理留设尺寸的确定提供参考。
