煤的强度系数对井巷保护煤柱宽度影响分析

影响煤矿井巷稳定性的因素分析与支护方式【摘要】煤矿井巷压力包括水平巷道地压、垂直巷道地压和倾斜巷道地压。

影响井巷稳定性的因素主要有：围岩性质、井巷位置、巷道轴线方向，断面尺寸，破岩方法等。

支护方式主要有棚式支护、砌碹支护、锚喷支护等。

【关键词】井巷；稳定性；影响因素；支护方式煤矿井巷稳定性的决定因素是围岩应力与围岩强度。

当围岩应力超过围岩强度时，井巷处于不稳定状态；当困岩应力恰等于围岩强度时，井巷才能算是稳定。

井巷维护方法很多，应抓住围岩应力与围岩强度二者之间的关系。

1.井巷压力1.1地压的性质地壳中的岩体，包括原岩和巷道周围的围岩之间相互机械作用，以压力的形式表现出来，称为地压。

没有经掘进或回采工作面破坏的岩层，其中任何一处的岩体都受上下、左右、前后三向六面压力的挤压，这种压力相互均势，称为自然相对平衡状态或原始应力相对平衡状态。

在岩层或煤层中开掘巷道后，岩体由原来的三向压力变为双向压力，这就破坏了自然压力相对平衡状态，因此围岩压力要重新分布。

1.2水平巷道地压巷道顶压：巷道开掘后，顶板岩石就暴露出来，除特别坚硬的岩石外，一般“岩梁”受力后都向下弯曲。

当弯曲和受拉力达到一定限度，即超过岩石本身的抗拉强度时，岩梁产生裂缝。

随着裂缝的不断增多和加大，岩石就开始向下冒落，并从周边向岩体深度扩展。

随着顶板岩石的冒落，顶板压力逐渐降低，而作用到两帮岩石上和支架上的压力就逐渐加大，这就是顶板压力。

巷道侧压：随着顶板岩石的冒落，平衡拱的形成，所有向下的作用力都传到两帮岩石上。

如果两帮岩石所受的力没有超过本身的强度，两帮岩石就不遭受破坏。

当两帮岩石松软，强度低而承受不住上面传来的压力时，两帮岩石就遭受到破坏而垮落，巷道宽度随之增大，直到形成新的自然平衡拱为止。

这时支柱将承受岩帮垮落所产生的水平推力，这就是巷道侧压。

巷道底压。

巷道产生侧压，得到新的平衡之后，新的自然拱仍然把压力传给两帮，再传给底板。

当底板岩石松软而受到上面的压力之后，底板就会从巷道两侧向中间方向运动，从而使底板鼓起来。

护巷煤柱宽度设计在煤矿开采过程中，为了确保矿井的安全稳定，护巷煤柱的宽度设计是一个非常重要的问题。

护巷煤柱宽度的设计直接关系到矿井的安全性和经济性。

本文将从人类视角出发，探讨护巷煤柱宽度设计的相关问题，并提出一些建议。

护巷煤柱宽度的设计需要考虑到矿井的地质条件和煤层的特性。

不同地质条件和煤层的特性会对煤柱的宽度产生影响。

例如，地质条件复杂的矿井需要更宽的煤柱来保证矿井的稳定性。

而煤层的特性也会影响煤柱的宽度，比如煤层的厚度和坚硬程度等。

因此，在设计护巷煤柱宽度时，需要充分考虑地质条件和煤层的特性，确保煤柱能够承受矿井的地压力和覆岩压力。

护巷煤柱宽度的设计还需要考虑到矿井的开采方法和采动规模。

不同的开采方法和采动规模会对煤柱的宽度产生影响。

例如，采用长壁工作面的矿井需要更宽的煤柱来保证工作面的稳定性。

而采动规模越大，煤柱的宽度也需要相应增加。

因此，在设计护巷煤柱宽度时，需要充分考虑矿井的开采方法和采动规模，确保煤柱能够满足开采的需求。

护巷煤柱宽度的设计还需要考虑到矿井的安全标准和法规要求。

不同国家和地区对矿井的安全标准和法规要求不同，因此在设计护巷煤柱宽度时，需要遵守当地的安全标准和法规要求。

这样可以保证煤柱的设计符合安全要求，确保矿井的安全稳定。

护巷煤柱宽度的设计还需要考虑到矿井的经济性。

煤矿企业在进行护巷煤柱宽度设计时，需要综合考虑煤矿的生产能力、成本和效益等因素。

合理的煤柱宽度设计可以提高矿井的利用率和生产效率，降低矿井的开采成本，从而提高煤矿企业的经济效益。

护巷煤柱宽度的设计是一个复杂而重要的问题。

在设计护巷煤柱宽度时，需要考虑地质条件和煤层的特性、矿井的开采方法和采动规模、安全标准和法规要求，以及矿井的经济性。

只有综合考虑这些因素，才能够设计出安全可靠、经济合理的护巷煤柱宽度。

煤矿企业应该加强对护巷煤柱宽度设计的研究和应用，提高煤矿的安全性和经济性，为煤矿的可持续发展做出贡献。

深部矿井沿空掘巷煤柱留设宽度确定煤柱合理宽度的确定是影响综放沿空掘巷围岩稳定性的重要因素。

文章通过理论分析和数值模拟相结合的方法，确定了深部矿井沿空掘巷的煤柱合理宽度为6m，现场试验表明，留设6m煤柱时沿空帮移近量最大为184mm，实体帮移近量最大为95mm，顶板下沉量最大为78mm，底臌量最大为134mm。

巷道围岩整体变形量不大，表明煤柱宽度留设6m是合理的。

标签：深部；沿空掘巷；煤柱宽度；数值模拟引言保留煤柱宽度与回采巷道支护、维护成本、安全生产以及煤炭资源回采率密切相关，煤柱宽度选择的正确与否，对保证巷道稳定至关重要[1]。

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的浪费，就是巷道在掘进和回采过程难以维护，甚至出现冒顶等事故，如何兼顾资源回收率和巷道稳定，合理确定煤柱宽度，一直是众多学者关注的焦点[2]。

目前，确定综放沿空掘巷小煤柱尺寸采用的经验类比法，存在很大的盲目性和局限性。

因此，如何合理、科学地确定综放沿空巷道小煤柱的尺寸，对于综放开采安全生产具有重大意义[3]。

文章以巨野矿区某深部矿井沿空掘巷为工程背景，采用理论分析、现场实测的研究手段，确定深井综放沿空掘巷合理煤柱留设宽度，期望对工程实践有一定的指导意义。

1 矿井概况矿井平均开采深度1000m，回采煤层厚8.50～10m，平均9m，普氏系数f=1.59，密度1.36g/cm3，倾角2°～13°，平均倾角5°，具有弱冲击倾向性。

煤层赋存稳定，结构复杂，中间夹0.10～0.35m厚的泥岩或炭质泥岩。

煤层直接顶为粉砂岩，厚19.87m，裂隙发育，具水平层理；基本顶为细砂岩，厚4.2～4.5m，整体性强；伪底为泥岩，厚1.45m；直接底为粉砂岩，裂隙发育；基本底为细砂岩，厚3.35m，主要成分为石英长石及暗色矿物，硅质胶结；覆岩的最上层为数百米的表土层。

2 沿空掘巷煤柱留设原则小煤柱是综放沿空掘巷围岩结构的一个重要组成部分，其稳定性决定综放沿空掘巷的稳定性，采用锚杆支护时小煤柱宽度应满足以下几个原则。

矿井断层及大巷煤柱留设计算矿井断层作为生产中不可避免的地质构造，对矿井生产影响很大，探明不当或者煤柱留设不合理很容易造成断层导通含水层突水或采后断层受矿压影响滞后突水。

所以合理的留设保护煤柱，显得尤为重要，下面以一个案例详细介绍一下如何计算煤柱的宽度！一、断层煤柱留设原则1、在有突水威胁但又不宜疏放（疏放会造成成本大大提高时）的地区采掘时，必须留设防水煤(岩)柱。

2、防水煤柱一般不能再利用，故要在安全可靠的基础上把煤柱的宽度或高度降低到安全限度，以提高资源利用率。

3、留设防水煤（岩）柱必须与当地的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合，与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素互相适应。

4、一个井田或一个水文地质单元的防水煤（岩）柱应该在它的总体设计中确定，即开采方式和井巷布局必须与各种煤柱的留设相适应，否则会给以后煤柱的留设造成极大的困难，甚至无法留设。

5、在多煤层地区，各煤层的防水煤（岩）柱必须统一考虑确定，以免某一煤层的开采破坏另一煤层的煤（岩）柱，致使整个防水煤柱失效。

6、在同一地点有两种或两种以上留设煤(岩)柱的条件时，所留设的煤（岩）柱必须满足各个留设煤（岩）柱的条件。

7、对防水留设煤（岩）柱的的维护要特别严格，因为煤（岩）柱的任何一处被破坏，必将造成整个煤（岩）柱无效。

防水煤(岩)柱一经留设即不得破坏，巷道必须穿过煤柱时，必须采取加固巷道、修建防水闸门和其它防水设施，保护煤(岩)柱的完整性。

8、留设防水煤（岩）柱所需要的数据必须在本地区取得。

邻区或外地的数据只能参考，如果需要采用，应适当加大安全系数。

9、防水煤（岩）柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不发育、含水性极弱的岩层，否则防水岩柱将无隔水作用。

二、断层煤（岩）柱留设依据1、《煤矿防治水细则》第五章“矿井防治水技术”第六节“防隔水煤（岩）柱留设”第九十二条规定“有以下情况之一的，应当留设防隔水煤（岩）柱：......与富水性强的含水层间存在水力联系的断层、裂隙带或者强导水断层接触的煤层；......”同时第五节“水体下采煤”中第八十四条规定“......，在基岩含水层（体）或者含水断裂带下开采时，应对开采前后覆岩的渗透性及含水层之间的水力联系进行分析评价，确定采用留设防隔水煤（岩）柱或者采用疏干（降）等方法保证开采。

收稿日期：２０１８?０６?０６作者简介：梁兆明（１９８６－），男，山西孝义人，工程师，从事采矿技术工作。

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０１８．１０．０２２深井护巷煤柱合理宽度数值模拟研究梁兆明（汾西矿业集团　高阳煤矿，山西孝义　０３２３０６）摘　要：文章以申南凹矿首采盘区２０１０３运输巷的护巷煤柱合理宽度留设为研究背景，采用多方案数值模拟的方法，对工作面护巷煤柱合理宽度进行研究，主要结论如下：通过对５种不同护巷煤柱宽度下巷道围岩受力情况分析发现，当煤柱宽度为２０ｍ时，煤柱宽度基本满足巷道稳定性要求，但是考虑到该矿井复杂的地质情况及一定安全系数，最终确定护巷煤柱宽度为２５ｍ。

关键词：深井；数值模拟；护巷煤柱宽度中图分类号：ＴＤ８２２．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５?２７９８（２０１８）１０?００５５?０３ 目前，我国煤炭开采仍以双巷掘进为主，工作面与工作面之间通过留设护巷煤柱来维持煤炭开采的稳定性。

若护巷煤柱过宽，虽然能够增加巷道稳定性，但其增加稳定性的程度较低，且会造成煤炭资源的巨大浪费；若护巷煤柱过窄，则会由于工作面回采等因素导致回采巷道被破坏而失稳，严重影响工作面生产安全。

本文以申南凹矿首采盘区２０１０３运输巷的护巷煤柱合理宽度留设为研究背景，根据矿井实际地质开采条件，利用ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟软件，对２０１０３运输巷护巷煤柱宽度进行科学合理的选择，研究成果对该矿安全高效生产具有重大意义。

１　工程背景本文研究了申南凹矿首采盘区２０１０３运输巷护巷煤柱合理宽度的确定。

该工作面长度为１２０ｍ，推进长度为５００ｍ，主要采用长壁开采，一次采全高的采煤方法开采２号煤层。

２号煤层平均埋深６５０ｍ，平均厚度在３．８ｍ左右，最厚处煤层厚度为４．１ｍ，最薄处的厚度为３．４ｍ。

煤层倾角０～３°。

煤层结构简单，有０．１～０．３ｍ的夹矸，偶尔见到黄铁矿的结核。

煤层起伏情况较小，物理力学特征较差。

沿空掘巷煤柱合理宽度的研究与实践【摘要】本文以某矿的采煤工作面为研究对象，采用理论计算与数值计算相结合的方法，设计出沿空巷道合理煤柱合理的留设宽度，并在此基础上提出了合理的沿空掘巷锚梁网支护对策，确定了强化巷帮支护强度，顶板支护以锚索支护为主、锚杆支护为辅。

通过现场实施证明，沿空巷道煤柱留设的宽度及采取的支护对策是科学的、合理的，并且能够有效的控制巷道变形量，为矿井的和谐建设提供了有力的理论基础。

【关键词】深井煤矿沿空巷道煤柱宽度锚梁网支护煤炭作为我国的基础能源，在我国一次能源消费结构中占有较大的比重，约为65%，而且这一状况还会持续一段时间。

现如今，我国煤炭资源采出率不高，约为40%，而且还存在严重的煤炭资源损失现象，这一切均需要煤炭资源的充分开采。

而沿空掘巷能够可以减少煤柱资源的损失，但沿空掘巷时，留设一定的煤柱，能够避免有害气体、老空积水等侵入巷道，最重要的是，还能够提高劳动效率，降低巷道维护成本，因此，留设煤柱对于煤炭安全高效开采具有重要意义。

又由于留设煤柱的宽度既能够对煤柱本身以及巷道围岩稳定性造成一定影响，又会影响煤炭的采出率，所以合理确定沿空掘巷煤柱宽度具有重要的研究和实践意义。

本文以某矿1492（1）工作面为例，来研究沿空掘巷时煤柱宽度的确定。

1 工作面概述某矿1492（1）工作面走向长度为1462m，倾向为230m。

该工作面正采11—2煤层，该煤层多为块状煤。

该煤层平均厚度为1.7m，平均倾角为7°。

巷道具有埋深大（约为857m）、构造应力高等特点。

在距煤层顶板较近的区域，多为薄且稳定性较差的岩层。

在距煤层顶板3.1m左右的区域，存在厚度约为0.49m的煤层，因此，煤层顶板为复合顶板。

相邻采区对该工作面产生较大的采动影响。

2 关于煤柱宽度的理论分析与计算2.1 理论计算按照极限平衡理论，可以确定最小的合理煤柱宽度B，不妨用x1（m）表示两相邻区段工作面开采在煤柱中产生的塑性区宽度，x2（m）表示锚杆锚入煤柱深度（需要考虑加大控帮深度，一般取2.8m），x3（m）表示安全富余量，其计算公式为：x1+x2+x3其中，x1的确定公式为：x1其中，m为煤层厚度，2m；A为侧压系数，且，泊松比μ为0.3；j0为煤体内摩察角，27°；C0为煤体粘聚力，取1.5MPa；k为应力集中系数，取3；H为巷道埋深，为857m；为上覆岩层平均重力密度，为0.023MN/m3；P0为两相邻区段平巷支护结构对煤柱的支护阻力，为0。