孤岛条带工作面的煤柱合理留设

孤岛综采工作面护巷煤柱理论技术研究-企业管理论文孤岛综采工作面护巷煤柱理论技术研究陈立军（河南理工大学能源科学与工程学院）摘要：随着煤炭产量的不断提升，造成采掘接替紧张，煤矿将回采边角煤柱，煤柱通常情况下位于采空区边缘，分为可回采和不可回采两种。

回采煤柱时容易引起采空区边缘的顶板的跨落，造成煤柱采空区一侧处于破碎区。

巷道在掘进期间，巷道的周边应力不断向巷道两侧转移，作用在煤柱体上，这种转移特别显现，破碎区的应力也会重新分布，导致煤柱承载能力不断下降。

因此，通过对需要留设煤柱的综采工作面提供基础理论，确保工作面在回采过程中，避免因周围压力而影响工作面安全回采。

关键词：孤岛护巷煤柱综采宽度1 工作面简况鹤壁煤业集团第六煤矿21072 工作面位于南一采区，煤层为二叠系山西组二1 煤层，东为2109 煤柱、2109采空区；西部为2105 采空区、南为2707、2109 采空区；北为209 采区皮带下山和209 采区轨道下山。

根据21072工作面内92 个实探煤厚点和70-3、682-2、71-14、71-13 四个地质勘探钻孔分析，可以将该工作面的煤厚分为四个块段：A1 块段煤厚为7.8m、A2 块段煤厚为8.4m、A3 块段煤厚为6.4m、A4 块段为实体煤煤厚为9.5m。

2 影响煤柱稳定的因素由于煤岩性质和煤柱内部的多种不连续、不规则面构成的煤柱，其稳定性取决于这两者及煤柱的外部地质条件（初始构造应力、顶底板约束情况、地下水等）[2]。

多年来国内外专家及学者通过理论推导、实验室煤岩试块强度的测定及数值模拟实验等手段来测定煤柱强度从而确定其稳定性，到现在还没有得到普遍适用的公式[3]。

在分析某个煤柱的强度时要具体情况具体分析，以煤岩材料和煤柱所处的外部地质环境为准，不能一概而论。

因此，选取了二个重要的、具有普遍影响煤柱稳定性的因素进行分析。

2.1 煤柱强度的尺寸根据Hustrulid（1976）研究，实验室数据可用下述公式换算为现场立方体试件的强度值：①现场立方体煤柱边长h 小于0.9m 时：式（2）中：σc，实验室测试单轴强度，MPa；σm，现场临界立方体试件单轴强度，MPa；D，实验室试件直径或立方体边长，m。

孤岛条带工作面的煤柱合理留设摘要：分析了孤岛条采工作面留设煤柱影响因素，对不同尺寸的留设煤柱进行了数值模拟，对留设煤柱后的巷道支护情况进行了矿压观测，得出了合理煤柱留设尺寸。

关键词：孤岛；条采；留设；煤柱1 概况我公司井田地处平原地区，地面村庄稠密，为了保护地面村庄及其他设施的安全，采用条带开采方法。

在村庄搬迁完毕以后，剩余的工作面均为孤岛工作面。

以3307综采工作面为例，3307综采工作面上、下的3305、3309工作面开采后，成为孤岛工作面。

3307面煤厚度平均 3.6m，煤层倾角平均8°，煤层埋深为-660m--690m。

2 合理煤柱留设分析2.1 煤柱稳定性分区煤炭开采过程中，由于断层、构造及边界隔离等因素的影响，或多或少会留有一些保护煤柱，如断层保护煤柱、大巷之间煤柱、工作面停采线保护煤柱等。

煤柱的合理留取，尤其是煤柱的宽度对巷道的稳定性和提高煤炭回收率具有重要意义。

在回采或掘进巷道时，在煤柱边缘会出现数倍的应力集中，而在边缘处，煤柱抗压强度一般较低，使得边缘部分遭到不同程度的破坏，集中应力向煤柱深部转移，当煤柱的承载强度与支承压力达到极限平衡时，煤柱才处于稳定状态，该状态可分为3个区：Ⅰ为破裂区，也称卸载区；Ⅱ为应力增高区，承受高于原岩应力的荷载，Ⅰ和Ⅱ区统称为塑性区；Ⅲ为弹性区。

2.2 煤柱破坏显现类型煤柱破坏显现类型分两大类：一类是动压型，煤柱及巷道上覆岩层正处于剧烈运动和破坏阶段，如：工作面采动和巷道掘进造成的扰动；另一类是静压型，煤柱及其巷道尚未受采掘影响或采掘影响已停息，上覆岩层处于稳定状态。

煤柱巷道破坏类型可归纳为4种形式：明显的移近量、断面缩小但不冒落；随断面缩变发生冒落；无移近量而冒落；煤柱表层爆裂。

2.3 影响煤柱留设因素煤柱留设宽度主要受煤柱周围岩性（即煤柱所处层位）、煤柱所处深度、采动（构造）应力、水和煤柱巷道形状的影响。

（1）岩性（层位）对煤柱宽度影响。

孤岛工作面近断层开采保护煤柱合理宽度留设刘怀喜 张 琦（新巨龙能源有限责任公司，山东 巨野 274918）摘 要综合运用数值模拟、理论分析及现场实测等手段，研究了孤岛工作面近断层开采时保护煤柱采动应力分布规律。

结果表明：保护煤柱宽度为35m 时，采动峰值应力均向近工作面处移动；煤柱留设45m 时为临界宽度，采动应力出现跳跃式增长，大于临界宽度时采动应力增幅较小。

关键词孤岛工作面 断层 保护煤柱 合理宽度 采动应力中图分类号 TD822+.3 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2020.02.058Reasonable Width Setting of Protective Coal Pillar for the Near-fault Mining of IsolatedWorking Face Liu Huai-xi Zhang Qi(Xinjulong Energy Co., Ltd., Shandong Juye 274918)Abstract : The distribution law of the mining stress of protective pillar was studied by means of numerical simulation, theoretical analysis and field measurement. The results show that when the width of protective pillar is 35m, the peak stress of mining moves towards the working face; when the pillar is set at 45m, the critical width of mining stress increases by leaps and bounds; when the width of protective pillar is larger than the critical width, the increase of mining stress is smaller.Key words : isolated working face fault protective coal pillar reasonable width mining stress收稿日期 2019-09-08作者简介 刘怀喜（1986-），男，汉族，山东菏泽鄄城县人，助理工程师，2012年毕业于山东科技大学采矿工程专业，工程学士，现在山东新巨龙能源有限责任公司工作，从事冲击地压防治技术管理与研究工作。

浅谈4-2209孤岛工作面窄煤柱研究与应用陕西煤业集团黄陵建庄矿业有限公司许飞摘要从预防强矿压的角度来讲，煤柱越窄对预防强矿压越有利处，因为窄煤柱中的煤体几乎全部被“压酥”，其内部不存在应力集中，也就不会存储大量的弹性能，所以发生强矿压的危险性就小。

关键字窄煤柱前言煤柱宽度的大小与煤柱矿压显现、回采巷道支护、维护成本、工作面安全回采以及煤炭资源回收率密切相关，煤柱宽度选择的正确与否，对预防煤柱型强矿压的发生至关重要。

我国目前部分煤矿仍存在依靠经验来确定煤柱宽度，缺乏科学性和针对性，往往不是造成煤炭资源浪费，就是巷道在掘进和回采过程中难以维护，甚至出现变形、冒顶等事故。

如何兼顾资源回收率和预防煤柱变形量大，合理确定煤柱宽度成为众多学者研究的课题，较窄的煤柱宽度既有利于防止强矿压的发生，又有利于减少煤炭资源损失及控制巷道围岩的稳定。

14-2209孤岛工作面概况209孤岛工作面位于2盘区东部，工作面呈东西方向布置，其南为211工作面（已采完），北界为207工作面（将采完），西界为2盘区保护煤柱，东界为煤层边界保护煤柱。

209工作面地表为山岳地形，沟深林密，地面海拔高度为+1190m ～+1430m，地形复杂，相对位置为碾子沟谷，南北两侧为山川，植被茂盛。

出露地层以第四系（Q4）黄土及松散沉积物。

该区段地面无村庄，无大的河流经表1209孤岛工作面概况概况煤层名称4-2煤盘区名称2盘区工作面名称209孤岛工作面工作面埋深（m）203～365地面位置建筑物及其他工作面相对地面，山峦起伏，植被发育，森林茂密，209孤岛工作面中部相对地面无大河流流经。

井下位置及四邻采掘情况209孤岛工作面位于2盘区东部，工作面呈东西方向布置，其南为211工作面（已采完），北界为207工作面（已采完）图1209工作面位置图过。

209孤岛工作面概况具体见表1-1。

2209孤岛工作面窄煤柱的确定2.1沿空窄煤柱巷道煤柱宽度留设的基本原则沿空巷道窄煤柱宽度的合理选择是沿空巷道掘进与支护技术的关键环节之一，煤柱尺寸过大或过小都不利于巷道围岩的支护和维护，根据沿空窄煤柱护巷机理，窄煤柱留设宽度必须满足以下几点要求：（1）有利于巷道采用锚杆支护，保证巷道围岩相对完整，松动范围较小，充分发挥锚杆的锚固作用和围岩自身承载的能力；（2）有利于提高采区回采率，尽可能地减少煤柱损失；（3）有利于隔离采空区，不向采空区漏风，利于防止瓦斯、火等灾害的发生；（4）有利于巷道维护，使巷道布置在上区段采空区两侧煤体上方的支承压力降低区内，避免相邻采区回采后残余支承压力与超前支承压力的叠加作用。

复合动力灾害条件下孤岛工作面区段煤柱宽度留设研究杨光宇;姜福兴;李琳;李乃录;魏全德;张恒;马庆福【摘要】孤岛工作面覆岩空间结构复杂多变,受开采和地质等因素的影响在开采过程中面临冲击地压、煤与瓦斯突出、自燃发火以及采空区突水等复合动力灾害.留设合理宽度的区段煤柱是确保工作面安全开采的关键,以陕西某矿特厚煤层孤岛工作面开采为工程案例,通过分析工作面覆岩空间结构,理论计算了工作面应力分布;采用应力动态监测等方法确定了该工作采空区侧向覆岩运动,并综合考虑冲击地压灾害防治、次生灾害控制以及巷道支护等因素,确定了该工作面区段煤柱的合理宽度为5~7 m.%The spatial structure of overlying strata in the isolated working face is complex and changeable,and the compound dynamic disasters of rock burst,coal and gas outburst,spontaneous combustion,goaf water inrush and so on are faced in the mining process due to the influence of mining and geological factors. The retaining of section coal pillar with reasonable width is the key to ensure the safe mining of working face. Taking the mining of an isolated working face in extra - thick coal seam of a certain mine in Shaanxi as the engineering case,the stress distribution of the working face was calculated theoretically through analyzing the spatial structure of overlying strata in the working face. The lateral overlying strata movement of the goaf was determined by applying the method of stress dynamic monitoring. The reasonable width of section coal pillar in this work-ing face was determined to be 5 - 7 m with comprehensively considering the factors of prevention and control of rock burst dis-aster,secondary disasters control,roadway support,etc.【期刊名称】《中国安全生产科学技术》【年(卷),期】2017(013)008【总页数】7页(P145-151)【关键词】区段煤柱;覆岩空间结构;孤岛工作面;复合动力灾害;灾害监测【作者】杨光宇;姜福兴;李琳;李乃录;魏全德;张恒;马庆福【作者单位】北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;彬县水帘洞煤炭有限责任公司,陕西彬县 713500;彬县水帘洞煤炭有限责任公司,陕西彬县 713500;北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;彬县水帘洞煤炭有限责任公司,陕西彬县 713500;兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司,内蒙古鄂尔多斯 017010【正文语种】中文【中图分类】X9360 引言孤岛工作面在开采过程中面临的冲击地压灾害十分严重，对其灾害防治已经成为我国乃至世界采矿界的重大难题之一[1-2]。

一、编写本技术措施的原因我矿工作面的回采已经逐步进入采区或工作面煤柱回采时期，为进一步搞好我矿采区或工作面煤柱掘进与回采技术管理工作，经矿有关领导研究决定：特编制本安全技术措二、主要技术管理规定1、31200煤柱工作面推采时，为了安全回采，31200轨道下山、31200运中及31200运输上山，巷道断面必须达到设计要求（宽3.2m ×2.4m）。

2、工作面超前支护保持40 m长，使用1.0m的顶梁，配合2.5m 的单体支柱，柱距为1.0m，排距不小于0.7 m。

支柱下垫直径不小于250mm的铁鞋并垫使双块2.5m的板梁，保证在超前范围内的高度不低于1.6m。

3、工作面推采过程中，发现煤壁片帮、支柱钻底、支柱变形等顶板来压现象时，顶梁必须及时引挂，钢梁及时串到面前，面前的临时支护必须支护及时。

发现支柱有钻底现象时，必须加强垫底，垫使双块2.5 m的板梁。

4、工作面出现悬顶时，必须按规定（大于5×8m）必须进行强制放顶，并在悬定范围内，每5m加支一组丛柱。

5、输送机的机头、机尾的特殊支护必须时时合格，高度不低于2.4m，浮煤、杂物清扫干净，保证安全出口畅通。

6、中间巷处，在上下出口使用两对3.5m的花边钢梁，一梁不少于三柱支设牢固。

出口高度大于 1.6m。

浮煤、杂物清扫干净，保证安全出口畅通。

7、当工作面推采过程中出现大面积来压现象时，如煤壁片帮、支柱变形、顶板有响声、顶板明显下降、底板鼓起等现象时应立即组织工作面人员撤离到安全地点（31205轨中）。

顶板来压过后，由副区长、工长、安监员检查工作面情况，有隐患的地点由副区长、工长、安监员组织并盯上处理，隐患不消除不得生产。

8、工作面备有不少于80块木垛料，当顶板来压支柱变形严重、出现顶板台阶式下沉时，在支柱变形严重段、顶板台阶下沉段每8m （中-中）支设一个木垛，保证安全生产。

9、由于顶板来压造成安全出口不畅通、超前支护支柱变形、高度不够时，必须及时处理在达不到规定要求时，严禁组织生产。