基于FLAC数值模拟技术的沿空留巷应力分析

深井沿空掘巷应力分布数值模拟摘要：沿空掘巷是提高煤炭采出率的有效方法之一。

本文简要说明了沿空掘巷的原理及方式，采用岩石破裂全过程分析系统RFPA2D系统对沿空掘巷进行了数值模拟。

其结果较好地说明了沿空掘巷的应力分布规律及巷道的破坏形式。

关键词：深井沿空掘巷应力数值模拟Roadway driving along goaf deep stress distribution in numericalmodelChen Zhou(Guizhou university institute of mining)Abstract:Roadway driving along goaf is one of the effective methods to improve the coal recovery rate. This paper illustrates the principle and the method of roadway driving along goaf, the rock failure process analysis system (RFPA2D) roadway driving along goaf in has carried on the numerical simulation. The result of roadway driving along goaf better illustrates the stress distribution rule and roadway destruction form.Key words：Deep well Roadway driving along goaf stress The numerical simulation 1、引言窄煤柱沿空掘巷是提高煤炭采出率的有效方法之一。

沿空掘巷技术由于巷道具有煤炭采出率高、容易维护等诸多优点，近些年来受到了广大学者和工程师的极大关注，在我国多个矿区逐渐推广应用。

收稿日期：２０１９?１１?２２作者简介：武少鹏（１９８５－），男，山西长治人，硕士，工程师，从事生产技术工作。

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０２０．０４．０１８沿空留巷围岩应力分布的数值模拟武少鹏（潞安集团生产处，山西长治　０４６２０４）摘　要：以李村煤矿２３０２工作面沿空留巷为背景，采用ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟软件对不同巷旁墙体宽度下巷道围岩应力及其应力演变规律进行了分析，为确定沿空留巷巷旁墙体合理宽度和支护参数提供了理论依据，同时也为类似矿井工作面沿空留巷提供了借鉴。

关键词：沿空留巷；巷旁墙体；数值模拟中图分类号：ＴＤ３２２．４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５?２７９８（２０２０）０４?００４５?０３ 随着煤矿生产规模的增大和开采深度的增加，矿井地质条件和开采技术条件日趋复杂，造成煤炭资源回收率降低、维护顶板和治理瓦斯的工程及成本成倍增加、矿井采掘衔接紧张等一系列问题。

近年来，许多煤矿积极引进沿空留巷技术，对提高煤炭资源回收率、缓解采掘衔接、延长矿井服务年限有积极的现实意义，同时也为采掘工作面顶板维护和瓦斯治理提供了技术支撑［１－５］。

本文以李村煤矿２３０２工作面为例，运用数值模拟软件对沿空留巷围岩应力进行计算分析，为合理确定巷旁墙体宽度提供理论依据。

１　工程概况李村煤矿是潞安集团的一座现代化大型矿井，生产能力为３００万ｔ／ａ，属高瓦斯矿井。

依据矿井采掘衔接计划和沿空留巷的实施要求，２３０２工作面和２３０３工作面采用联合布置，对２３０２工作面辅助进风巷进行沿空留巷，保留下来的巷道作为２３０３工作面的进风巷。

２３０２工作面采用“两进一回”的Ｙ型通风系统，其运输巷和辅助进风巷进风，回风巷采用２３０２工作面回风巷和以“沿空留巷”方式保留下来的２３０２工作面辅助巷。

２３０２和２３０３工作面布置方式见图１。

图１　２３０２和２３０３工作面布置２　沿空留巷围岩应力分布的数值模拟２．１　基础参数２３０２工作面采用一次采全高综合机械化采煤方法，全部垮落法管理顶板；工作面长度为２８５ｍ，推进长度为７３０ｍ。

基于FLAC（3D）的深部巷道围岩稳定性数值模拟研究贾晓亮【摘要】针对由于巷道剧烈底鼓、巷道断面变形造成巷道运输及维护困难等问题,采用数值模拟计算软件FLAC~（3D）,数值计算得到宏发煤矿＋1 650 m集中运输大巷巷道开挖后围岩垂直应力、水平应力分布及塑性区分布,分析并得到了巷道底鼓机理：距离巷道底板临空面更近的倾斜C_（17）煤层的软弱顶板岩层随掘进扰动而首先破坏,造成左侧局部底鼓,继而巷道底板围岩应力因底鼓而持续动态重新分布,并逐渐向右侧及深部发展,致使底鼓逐渐恶化并表现出左右非对称特征。

综合考虑施工、经济、效果、瓦斯等因素,提出采用＂构筑反底拱＋底板注浆＋底板锚杆＂联合支护的底鼓控制措施。

【期刊名称】《能源与环保》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】5页(P18-22)【关键词】FLAC3D 底鼓数值模拟围岩巷道支护【作者】贾晓亮【作者单位】中煤炭科工集团重庆研究院有限公司,重庆400037【正文语种】中文【中图分类】TD862.1深部巷道围岩变形主要表现为围岩变形量大、变形速度快、巷道持续变形、流变、深部岩石扩容等特征[1-3]。

针对该情况，国内学者进行相关研究，张合超、房健、苏军等[4-6]采用FLAC3D模拟了不同支护参数条件下巷道支护效果，研究了地下开采对围岩的影响范围。

徐文彬、许梦国、余伟健等[7-9]分析了交叉型巷道群围岩由于不同的开挖顺序而产生不同的应力状态、位移变形以及塑性屈服变化特征，对比了不同布置形式的底部结构在开挖影响下的稳定性。

宁建国、刘泉声、何富连等[10-12]采用FLAC3D数值模拟软件分析空间交叉巷道的应力分布特点以及沿下方巷道轴向方向形成的应力增高和降低区。

牛学超、闫长斌、肖明等[13-15]提出了大型地下洞室施工开挖过程动态模拟的三维有限元数值分析方法，并通过工程实例分析爆破震动作用下地下硐室群的稳定性。

宏发煤矿地处云贵高原，地质构造极为复杂，巷道所处的煤层直接顶为粉砂质泥岩，顶板节理发育，表现出深部巷道围岩变形的特征，且其巷道原支护结构方式和参数不合理等原因使得巷道发生严重变形和破坏，其中深部高应力和围岩较低承载能力是该矿巷道变形破坏的主要原因。

工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald961 凉水井煤矿开采现状凉水井煤矿主采煤层为4-2煤层，厚度0.30～4.20，平均厚度2.98 m，含夹矸0～3层，夹矸厚度0.06～0.75 m，一般厚度0.20 m 左右，岩性多为泥岩和粉砂岩。

目前4-2煤工作面设计长度为240 m，相邻工作面间距为20 m，回采过程中实际留设煤柱14.6 m。

煤层顶底板情况如表1所示。

2 实行沿空留巷的必要性(1)4-2煤层为凉水井煤矿主采煤层，煤炭赋存条件稳定且储量丰富，采取沿空留巷后可以减少14.6 m 煤柱中的煤炭损失，提高凉水井煤矿原煤回采率，增加了煤炭产量，经济效益明显。

(2)沿空留巷可以少掘一条顺槽，不仅降低掘进成本，而且加快了工作面的布置，有助于缓解采掘接替紧张，为综采工作面接替创造条件。

(3)采取沿空留巷后，由于没有了区段隔离煤柱，避免了在隔离煤柱处形成高应力集中区，为下部薄煤层开采创造了良好的条件。

3 沿空留巷的主要形式为了回收传统采矿方式中留设的保安煤柱，采用一定的技术手段将上一区段的顺槽重新支护留给下一个区段使用，这种留巷的做法是沿着采空区边缘在原顺槽位置保留就称为沿空留巷。

3.1 砌体墙法主要是紧靠采空区砌筑一道隔离采空区的密闭墙体。

此方法操作工序简单，而且容易实现，但该方法存在的问题为不能解决墙体与顶板的接顶问题，往往会造成顶板过量离层使得支护效果不佳。

3.2 高水材料高效充填支护法随工作面在采空区所在一侧构筑巷帮充填体形成巷帮支护带。

该支护方法一般使用材料强度低，用量大且不能有效控制直接顶的离层和及时切断直接顶，不利于保持巷道的稳定性。

同时，由于成本高，支护效果差，现场实际应用很少见。

3.3 现浇混凝土隔墙法在采空区一侧浇筑混凝土隔离墙，此方法适应性广，承载力高，能够形成足够的切顶强度，安全可靠，留巷工序可以实现高度的机械化，可以采用大型自移式沿空留巷充填支架，提高沿空留巷的安全性，现在已经被广泛接受。

基于FLAC3D的钻孔扩孔前后应力分布特征研究
崔卫峰
【期刊名称】《煤炭与化工》
【年(卷),期】2024(47)2
【摘要】煤层的钻孔成孔技术一直是煤矿瓦斯抽采的重要内容。

本文以新景矿井下钻孔为研究对象,利用FLAC3D技术模拟分析钻孔扩孔前后钻孔周边的应力分布特征,分析了顺层钻孔和穿层钻孔扩孔前后应力分布的规律和钻孔有效卸压的影响范围。

结果表明,随着钻孔的施工,钻孔周边应力释放形成明显的应力区,钻孔扩孔后,顺层钻孔的有效卸压范围由0.8 m扩大至4 m,穿层钻孔的有效卸压范围由0.6 m 扩大至3.8 m,有效提高了煤层的抽采效果。

【总页数】5页(P10-13)
【作者】崔卫峰
【作者单位】华阳新材料科技集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD712
【相关文献】
1.基于FLAC3D数值模拟采场顶板变形和应力分布
2.基于FLAC^(3D)的多煤层开采应力分布影响的数值模拟
3.基于FLAC3D的残留三角煤柱应力分布及钻孔卸压解危措施
4.基于FLAC3D的压裂工况下地应力重新分布规律研究
5.基于FLAC3D 模拟隧道有无支护应力与位移演化特征
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基于FLAC3D数值模拟采场顶板变形和应力分布
马伟伟;程宏;杨玉学
【期刊名称】《现代矿业》
【年(卷),期】2013(000)009
【摘要】矾山磷矿西采区矿体赋存于承压水下,为防止承压水沿开采裂隙灌入井下,现场采用点柱上向水平分层充填法采矿,通过FLAC3D数值模拟软件,对采场的顶板变形和应力分布进行分析,确保了采场安全开采.
【总页数】3页(P13-15)
【作者】马伟伟;程宏;杨玉学
【作者单位】中钢集团工程设计研究院有限公司;河北省矾山磷矿有限公司;中钢集团工程设计研究院有限公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.急倾斜薄煤层工作面采场应力及顶板垮落变形规律研究 [J], 曹建辉;刘华君
2.基于FLAC3D数值模拟的某钨矿缓倾斜矿体采场矿柱稳定性研究 [J], 左国义;刘洪兴;张吉勇
3.采场顶板稳定性与采场顶板监测技术研究 [J], 樊明玉
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5.变长工作面采场应力分布特征及切眼顶板控制研究 [J], 孟二民;李庆林;高鸿因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

某煤矿沿空留巷数值模拟研究摘要：沿空留巷技术是煤矿开采及回采巷道支护技术的一项重大改革，对提高煤炭资源回收率!降低巷道掘进率，缓减采掘紧张关系和实现矿井集约化生产有显著效果，论文以某煤矿沿空留巷为研究对象，采用数值模拟软件FLAC,研究在两次采动影响下，巷道围岩的应力及变形规律，模拟结果表明，在两次采动影响下，由于巷内支护与巷旁支护联合作用，沿空巷道依然具有足够的断面和稳定性。

论文具有较好的现场实用价值。

关健词：沿空留巷、围岩控制、数值模拟、巷旁充填煤炭是我国的主体能源，约占我国能源的70%，煤炭工业是我国重要的基础产业[1]，近年来，随着我国经济的飞速发展，对能源的需求不断增加，同时，由于开采力度的增加，我国大部分地区浅层煤炭资源已接近枯竭，矿井开采的深度不断增加，目前我国的大部分矿井的主采煤层都在500m以下，因此，合理高效的开采煤炭资源成为当今煤炭资源国家面临的重要问题沿空留巷技术作为一种无煤柱开采技术，近年来得到了迅速的发展[2-3]，沿空留巷是将已采工作面后方的运输机巷或风巷用一定方法沿采空区保留下来，作为下一工作面顺槽的无煤柱护巷方式，可有效的避免煤炭资源的浪费，不仅合理开发煤炭资源、提高煤炭资源采出率、提高煤炭回收率、延长矿井服务年限、减少巷道掘进量、降低开掘率、改善巷道维护、缓解采掘接替矛盾，其技术优势和经济效益显著[4-8]。

因此，凡是有条件的矿井应将沿空留巷作为首选护巷方案，并形成适合其矿井特点的成熟技术，充分发挥沿空留巷的技术经济优势和潜能。

1 现场采矿地质条件该煤矿工作面位于位于+590m水平南四采区，介于4～5号勘探线之间。

上部为已采的2441工作面；北部为已采的2444工作面。

下部、南部均为未采区域。

工作面对应地表七星洞，桃垭一带山地，地面标高+1032～+1107m，工作面标高+674m～+725m。

该面煤层赋存基本稳定，倾角在18～20°之间，平均19°,煤层厚度在0.6～1.2m之间，平均厚1.0m,工作面平均倾斜长154m（详见2443工作面布置图）。

斌郎煤矿沿空留巷矿压规律的数值模拟探讨斌郎煤矿是一家位于山西省的煤矿，随着煤矿开采深度的不断加深，矿井安全问题也逐渐成为了该煤矿的热点话题。

其中，沿空留巷矿压问题更是广受关注。

在这样的背景下，研究斌郎煤矿沿空留巷矿压规律的数值模拟探讨就显得尤为重要。

本文将通过数值模拟的方法，探究斌郎煤矿沿空留巷矿压规律，以期找出解决方案以应对这一问题。

一、斌郎煤矿沿空留巷问题简介斌郎煤矿开采过程中，为了保证煤炭生产的稳定性和安全性，往往需要开挖留巷以达到支撑和通风的目的。

留巷的开挖与支撑是煤炭生产过程中关键的环节之一。

而沿空留巷的开挖方式，即留巷旁边不开采煤层而留有一段空隙的方式，从而防止煤层漏空塌陷，也成为了目前许多煤矿的主要开采方式之一。

然而，沿空留巷也会造成一定的矿压问题。

当煤层中的应力超过了岩石的极限强度时，岩石就会发生破裂，产生裂隙和塌陷，并带来沿空留巷的矿压问题。

因此，研究沿空留巷矿压规律对于保证煤矿安全生产和开采效果具有重要意义。

二、数值模拟方法介绍为了探究斌郎煤矿沿空留巷矿压规律，本文采用数值模拟的方法，通过FLAC软件建模，采用有限差分法对斌郎矿区进行了二维显式动态分析。

在模拟过程中，首先对斌郎煤矿地下矿井、煤层等进行了几何建模和力学性质参数设置，包括煤岩与留巷之间的间隙、煤岩体弹性模量、泊松比、内聚力、摩擦系数等参数。

考虑到地下岩石的物理特性是随深度而变化的，因此我们还根据不同深度的实际煤岩数据进行分层设置，以获得更加准确的矿井矿压实验条件。

为了模拟沿空留巷的矿压规律，我们将煤矿地下区域分为四个不同区域，包括留巷区、直采区、近距离采区和远距离采区，每个区域的煤层厚度、宽度、高度、采煤方法以及相应的支护方式都有所不同。

在模拟过程中，我们重点考虑了留巷区对于整个矿井的干扰影响，以及不同采煤区域的矿压变化规律等因素。

三、数值模拟结果分析通过数值模拟，我们得到了斌郎煤矿沿空留巷区域的矿压变化情况。

模拟结果表明，沿空留巷区域内的矿压变化与矿井外界环境因素密切相关，主要受到采煤区域的开挖方式、煤体的物理特性以及巷道周围区域的地质条件等因素的影响。

Value Engineering0引言国家统计局发布的《中华人民共和国2022年国民经济和社会发展统计公报》中指出：全年能源消费总量54.1亿吨标准煤，比上年增长2.9%。

煤炭消费量增长4.3%，煤炭消费量占能源消费总量的56.2%，比上年上升0.3个百分点。

由此可见煤炭能源现在依然是最重要的能源，但煤炭资源往往是在地下开采，危险系数很高，因此煤炭行业也被称为“高危行业”。

煤矿开采时需要掘进出很多巷道，巷道的掘进会改变附近围岩的受力状态，如果不对巷道进行合理的支护处理，巷道容易发生冒顶等事故，影响煤矿生产安全；[1]因此巷道的支护是重中之重，巷道的合理支护可以确保巷道围岩体的稳定性，从而避免上述问题。

实际生产中，在现场测试不同支护方式的支护效果所需时间长，而且现场不稳定性因素较多，危险性较高。

因此本文基于FLAC 3D 数值模拟软件，根据相应地质条件建立巷道模型，模拟巷道采用不同支护方案的情况，通过对比其应力云图、位移云图等数据分析对比不同支护方案对巷道围岩的改善情况，快速选择最优支护方案，这样可以在保障支护效果的前提下降低施工成本，对实际工程有指导意义。

[2]1FLAC 3D 简介FLAC 3D （Fast Lagragian Analysis of Continua in 3Dimensions ）软件是基于有限差分方法设计的一款有限元程序软件，该软件主要优势在于能够模拟土质、岩土以及其他一些塑性较强的特殊材料的力学特征，具有比有限元更强的非线性问题处理能力；[3]FLAC 3D 软件具有丰富的本构模型，能根据现场的不同情况采用不同的模型；FLAC 3D 软件提供内嵌FISH 语言，可以利用其定义新变量，新函数。

[4]在复杂建模方面可以通过Rhino 等建模软件建立三维地质模型，采用FLAC 3D 软件对其进行应力稳定性、位移稳定性分析；[5]目前FLAC 3D 软件在煤矿巷道围岩支护技术方案的设计过程中应用越来越广泛，通过FLAC 3D 建模模拟不同支护方案对比其围岩应力、位移状态，选择最优支护方案的方式，缩短工程时间，降低施工成本。

复杂应力条件下软岩巷道支护的FLAC模拟研究万红超;吴长俊【摘要】针对西北某煤矿2号巷道支护工程，提出了支护方案，并进行了FLAC 数值模拟研究，研究表明，导致该巷道出现顶板下沉量大、底板强烈膨胀、两帮位移大的变形特征的主要原因是巷道埋深大、采空区矿山压力显现显著，进而确定了锚注锚网联合支护作为2号巷道支护方案，监测结果表明，该支护方案合理，效果良好。

%In light of the northwest coal mine No. 2 roadway support engineering, the paper puts forward support scheme, and carries out FLAC numerical simulation research. Research shows that deep-lying roadway and distinct mined-out pressure lead to a series of problems, such as large subsidence of the roadway roof, strong expansion of bottom plate, and large two-side displacement. In the end, it determines anchor grou- ting support as No. 2 roadway support scheme. Supervision results show that the support scheme is rational and effective.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2012(038)017【总页数】2页(P107-108)【关键词】复杂应力;软岩巷道;支护;FLAC【作者】万红超;吴长俊【作者单位】陕西彬长大佛寺矿业有限公司,陕西咸阳713500;陕西彬长胡家河矿业有限公司,陕西咸阳713600【正文语种】中文【中图分类】U455.720 引言随着我国国民经济建设的迅速发展和人民生活水平的不断提高，我国对能源的需求越来越大［1-3］。

3011 前言为了提升煤炭的产出量，矿山开始选用无煤柱开采技术。

无煤柱开采技术一般为沿空掘巷、沿空留巷和沿空留墙。

此前杨瑞杰[1]采用FLAC-3D数值模拟软件对不同充填体下沿空留巷进行了一定的分析，对比了不同充填体下围岩的变形情况，并利用爆破卸压对顶板进行预裂，有效的维护了巷道的稳定性。

涂强[2]为了解决深井围岩变形大的问题，通过对矸石筑墙对巷道的应力进行支撑，并通过数值模拟对矸石墙的宽度和厚度进行计算，有效的解决了变形大的问题。

本文通过数值模拟对充填体充填效果进行分析，并对顶板预裂的角度进行研究，为解决巷道变形严重的问题作出一定的贡献。

2 巷旁充填体应力分析巷旁充填体受力后会发生一定的变形，当工作面进行推进的过程中，巷道的顶板会形成大面积的悬顶，当工作面继续推进直接顶的垮落步距超过其极限承载时，直接顶会发生初次来压，此时上覆老顶受到外部载荷的作用发生一定的弯曲，当弯曲到达一定的极限会产生“O-X”断裂，随着工作面推进煤矿采空区被矸石逐步填充，工作面产生周期来压。

岩块I为老顶岩层，岩块II为上区段弧形三角板，岩块III为上区段岩块。

所以可以看出岩块II是上覆岩层稳定性的关键要素。

采空区上覆岩层示意图如图1所示。

为了分析充填后应力特征行分析，利用FLAC-3D模拟软件进行建模分析，建立长度为350m、宽度为320m和高度为57m的三维模型，对模型展开网格的划分，在网格划分时，为了保证模拟的精确性及模拟的工作量大小，适当的选择网格划分的方式，网格划分完成后共有527744个网格和554313个节点。

选取工作面的推进长度为220m，对模型进行属性的设定，岩石属性设定表如表1所示。

完成属性设定后，对模型进行约束设置，在模型的边界进行水平约束固定。

经过矿山的地质资料可知上覆岩层的应力为7.7MPa，所以对顶板施加固定载荷。

图1 采空区上覆岩层示意图巷道充填物的材料属性选择摩尔-库伦模型，工作面每次推进10m，一直到工作面推进至220m 的位置。

技术与经济收稿日期：2011－04－18作者简介：马茂兵（1983－），助理工程师，辽宁工程技术大学矿物资源工程专业毕业，现在华晋焦煤有限责任公司沙曲矿从事技术工作。

基于FLAC 数值模拟技术的沿空留巷应力分析马茂兵杨东光李炜（华晋焦煤有限公司，山西柳林033300）摘要：应用FLAC 数值模拟软件，对沿空留巷条件下的应力进行了分析和研究，从而提出了一种有效分析、解决沿空留巷应力的新方法，为沿空留巷的支护提供了理论依据。

关键词：FLAC 数值模拟；沿空留巷；应力分析；支护；doi ：10．3969/j．issn．1008－0155．2011．06．012中图分类号：TD35文献标志码：C文章编号：1008－0155（2011）06－0032－031概述沿空留巷是矿井广泛使用的巷道技术。

沙曲煤矿24207工作面运输顺槽（即胶带机顺槽）在工作面回采后将作为沿空留巷保留下来为下一工作面继续服务。

目前该巷道的掘进工作已经结束，由于留巷方式由阶段性留巷改为全长留巷，按照全长沿空留巷的技术要求，针对巷道的维护情况提出此支护方案。

2沿空留巷的关键技术2．1技术原则沿空留巷的顶板活动决定了沿空留巷围岩的稳定性，可从四个方面来进行有效控制：（1）充填体的合理设计。

为有助于关键块尽快稳定，并能适应其回转下沉，充填体必须具有早强、速凝和可缩的特性。

充填体的合理尺寸是充填体具有较高支护阻力和一定可缩量的保证，从而使其与巷道的实体煤帮共同承载，确保围岩稳定。

（2）直接顶板的合理支护。

保持下位顶板的稳定性和完整性是围岩稳定的又一关键。

（3）实体煤帮的合理支护。

实体煤帮是沿空留巷围岩的主要承载体，是关键层回转下沉的支点，其下沉与变形必将导致围岩变形加大。

实体煤帮的有效支护将对沿空留巷围岩的稳定起到很大作用。

（4）巷道帮角的合理加固。

一般而言，巷道帮角的应力集中程度较高，易导致底鼓和顶板破坏。

通过合理的锚杆布置加固巷道帮角，既可强化帮角的围岩强度，又可使帮角的应力集中向围岩深部转移，从而达到围岩稳定的目的。

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。

《高地应力沿空留巷“卸压—让压”协同控顶机理研究》篇一一、引言随着我国矿业技术的不断发展，高地应力环境下的采矿作业日益增多。

沿空留巷技术作为高效采矿过程中的关键环节，对于提高矿井的开采效率和安全性具有重要价值。

在这样的大背景下，高地应力对沿空留巷的“卸压—让压”协同控顶机理研究显得尤为重要。

本文旨在深入探讨这一技术背后的工作原理，以期为相关领域的实践提供理论支持。

二、高地应力环境下的沿空留巷特点在高地应力区域进行采矿作业时，由于岩层的高压力和复杂的地质条件，沿空留巷的稳定性问题尤为突出。

传统的支护方式往往难以应对这种高压力环境下的巷道稳定性问题。

因此，需要深入研究“卸压—让压”协同控顶的机理，以实现有效的巷道支护和采矿作业。

三、卸压与让压的协同作用1. 卸压机理卸压技术主要通过一定的工程手段或材料来释放和分散高地应力带来的压力。

在沿空留巷中，卸压可以通过优化支护结构、使用可压缩材料或预应力技术等方式实现。

这些技术手段可以有效地将高地应力转化为较小的压力，降低巷道变形的风险。

2. 让压机理让压技术则更注重对岩层变形的适应性。

在沿空留巷中，通过合理的支护设计和材料选择，使支护结构能够在一定范围内跟随岩层变形而移动，从而避免因岩层变形而导致的支护失效。

这种技术主要依赖于先进的支护材料和设计理念，如可缩性支架等。

四、协同控顶机理研究在实践应用中，“卸压—让压”的协同作用需要综合多种因素来考虑。

首先，要针对具体的地质条件和采矿工艺进行详细的地质勘探和工程分析，以确定合适的卸压和让压措施。

其次，需要结合现代的材料科学和工程力学原理，设计出既能卸压又能让压的支护结构。

最后，通过现场试验和监测，不断优化和完善支护方案，确保沿空留巷的稳定性和安全性。

五、结论与展望通过对高地应力沿空留巷的“卸压—让压”协同控顶机理的深入研究，我们可以更好地理解这一技术在提高采矿效率和保障安全方面的作用。

未来的研究应更加注重实践应用和理论创新的结合，通过不断的技术创新和工程实践，进一步提高沿空留巷的稳定性和安全性。