沿空掘巷煤柱合理宽度的确定

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。

收稿日期2017-03-15作者简介 崔非非（1986-），男，山东滨州人。

助理工程师，硕士研究生，2013年毕业于山东科技大学采矿工程专业。

目前在山东省安全生产举报投诉中心工作。

受采动影响的沿空掘巷小煤柱合理宽度的确定崔非非（山东省安全生产举报投诉中心，山东 济南 250014）摘 要利用现场实测的方法，确定了工作面推进过程中侧向煤体支承压力的分布特征。

结合数值模拟，确定出福城煤矿受采动影响的沿空掘巷小煤柱的合理宽度，降低了巷道在掘进和工作面回采期间的维护难度，对矿井的安全高效开采具有指导意义。

关键词模拟 煤柱 宽度中图分类号 TD322； TD326 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2017.06.020Determination of reasonable width of smallcoal pillar in gob side entry driving under mining influenceCui Fei-fei（ Shandong Province Safety Production Complaint Center,Shandong Jinan 250014）Abstract: Based on the field measurement method, the distribution characteristics of lateral coal abutment pressure in the working face advancing process are determined. Through numerical simulation, determine the Fucheng coal mine by the reasonable width of coal pillar affected the small lane driving along goaf mining, reduce tunnel during excavation and mining face the difficulty of maintenance, has guiding significance for mine safety and efficient mining.Keyword: simulation coal pillar width内蒙古福城煤矿为了得到1902N 工作面推进过程中侧向煤体支承压力的分布特征，为1903N 工作面小煤柱尺寸提供理论依据，在1902N 运输巷进行受采动影响的侧向煤体支承压力现场实测研究。

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。

沿空掘巷小煤柱留设宽度合理确定摘要：为了提高煤炭回采率和提高矿井安全高效生产，以某矿10#煤组1012首采工作面为研究对象，采用UDEC对不同煤柱宽度下的顶板移进量和底板的变形量进行分析，并结合现场实测的数据对巷道掘进时期和回采时期的顶板下沉量、底板位移量、实体煤帮移进量进行了分析，通过数据对比得出10#煤组1012首采工作面沿空掘巷小煤柱留设的合理宽度。

研究表明：工作面小煤柱合理宽度为5m。

该研究结果对类似煤层开采条件下的区段煤柱宽度合理留设具有重要参考意义。

关键词：沿空掘巷；小煤柱；数值计算；巷道围岩0前言沿空掘巷是我国煤矿回采巷道布置和维护的一种技术，其目的是为了将巷道与采空区隔离[1-3]。

把巷道布置在位于靠煤柱一侧的低应力场，便于巷道维护，减少变形量[4]。

其中关键是严格控制煤柱宽度。

煤柱宽度对巷道的维护状况起决定作用，若煤柱过小，由于靠采空侧的煤柱受支承力的影响已呈塑形，容易失稳，片帮严重，若煤柱过大，则回采巷道布置在压力增高区内，将使巷道压力大，支护困难[5-7]。

王卫军等[8]得出基本顶给定变形下综放沿空掘巷合理窄煤柱宽度的计算公式；王德超等[9]通过采空区侧向支承压力影响范围确定区段煤柱合理留设宽度；张科学等[10]通过分析垂直应力场呈现三角形的形状确定出沿空掘巷窄煤柱留设宽度。

本文通过对10#煤组1012工作面回风沿空掘巷的数值模拟分析了不同煤柱宽度下的顶板位移和底鼓变形，并结合实测数据分析掘进和回采时期的顶板位移、底鼓变形和实体煤帮的变化，得出了本矿井地质条件下的沿空掘巷小煤柱留设宽度的合理性。

1工程概况1012工作面井下标高-400m，其地面标高+27.13m，巷道标高-373.4--425.3m。

西邻皮带大巷，东面古河床冲刷无煤带。

工作面走向长1530m-1620m，平均1575m；倾斜宽164m-166m，平均165m。

煤厚1.0-4.7m，平均在3.6m左右。

该面煤层倾角为4°-10°，平均6°左右，该面内煤层结构简单，但局部含一层夹矸，顶板岩性多为灰色粉砂岩，局部含一层灰黑色泥岩伪顶，底板多为粉砂岩和泥岩。