大煤柱内沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定_张科学 (1)

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。

㊀㊀收稿日期:２０１９－０５－０８㊀㊀作者简介:马平原(１９８７－)ꎬ男ꎬ工程师ꎬ现在六盘水市应急管理局工作ꎮ窄煤柱沿空巷道合理宽度及支护技术研究马平原１㊀张帅２(１.六盘水市应急管理局ꎬ贵州六盘水５５３０００ꎻ２.六盘水市民族中学ꎬ贵州六盘水５５３０００)㊀㊀摘㊀要:无煤柱或窄煤柱沿空掘巷技术能够提高煤炭回采率ꎬ改善巷道维护ꎬ降低巷道返修率ꎬ实现安全生产ꎮ通过理论计算ꎬ确定东怀煤矿３Ｉ０１进风巷护巷窄煤柱宽度为５ｍꎬ同时ꎬ通过布置 锚索＋锚杆＋钢带＋钢筋网 的综合支护技术ꎬ保证了工作面回采期间的巷道稳定性ꎮ关键词:窄煤柱ꎻ支护技术ꎻ回采ꎻ巷道稳定中图分类号:Ｆ４０６.３ꎻＴＤ８２２.３㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀文章编号:１００８－０１５５(２０１９)１０－０１１９－０２柏建彪等人通过理论分析与数值模拟得出沿空掘巷窄煤柱内存在零位移点ꎬ软煤的煤柱宽度对零水平位移点影响较大ꎬ而中硬煤对其影响不大ꎬ对于软煤必须加强支护使窄煤柱支承应力增大ꎬ如果支护应力不足容易造成巷道失稳难以维护[１]ꎮ杨科等人认为ꎬ窄煤柱的宽度应小于回采工作面内应力向窄煤柱转移的宽度ꎬ当窄煤柱宽度由小变大时ꎬ巷道内煤体的支承应力从实体煤帮向窄煤柱上转移ꎬ容易使中等宽度煤柱承受较大的支承应力[２]ꎮ钱鸣高等认为ꎬ采完的巷道上覆岩层垮塌在靠近煤帮处形成地应力区ꎬ在该地应力区布置巷道ꎬ支护体所受应力较小ꎬ将沿空巷道布置在该地应力区容易支护ꎬ通过理论分析了巷道老顶的断裂位置处ꎬ确定沿空掘巷的位置[３]ꎮ韩承强等人用现场实测的方法求取了工作面老顶的侧向断裂位置ꎬ并确定沿空巷道的合理位置[４]ꎮ１工程概况广西百色市矿务局东怀煤矿设计生产能力１.５０Ｍｔ/ａꎬ工作面回采过程中沿用３５ｍ~４０ｍ的宽煤柱进行护巷ꎬ造成大量的宽煤柱无法回收ꎬ煤炭资源浪费严重ꎮ为了提高采出率ꎬ实现该矿的安全高效生产ꎬ在该矿３Ｉ０１回采工作面进风巷试验窄煤柱护巷ꎮ３Ｉ０１工作面煤层赋存情况如表１ꎬ顶底板岩性如表２ꎮ三采区地表标高平均２２５ｍꎬ拟布置窄煤柱的３Ｉ０１回采工作面进风巷平均标高２５ｍꎮ表１㊀Ｉ煤层情况描述表表２㊀煤层顶底板情况描述表２窄煤柱宽度确定２.１东怀煤矿３Ｉ０１工作面老顶断裂位置计算相关研究表明ꎬ直接顶断裂后ꎬ老顶由于空顶距离大从而断裂在岩层的弹性与塑性交界处ꎬ破断后的老顶向采空区下沉ꎮ老顶断裂位置距上区段采空区侧煤体的距离可以用下式计算[５]:式中:ｍ－工作面采高ꎬｍꎻＫ－集中应力比例ꎻγ－岩层平均应力ꎬＭＮ/ｍ３ꎻＨ－工作面埋深ꎬｍꎻ９１１ｐｚ－沿空巷道煤帮支护力ꎬＭＰａꎻＡ－测压系数ꎻφ０－煤体内摩擦角ꎬʎꎻＣ０－煤体内聚力ꎬＭＰａꎮ东怀煤矿的实测资料显示ꎬｍ＝３ｍꎬφ０＝２０ʎꎬＨ＝２００ｍꎬｐｚ＝０ꎬＡ＝１.５ꎬＫ＝３ꎬＣ０＝３ＭＰａꎬγ＝０.０２５ＭＮ/ｍ３ꎮ得出:㊀㊀㊀＝５.８ｍ所以ꎬ拟布置３Ｉ０１工作面窄煤柱宽度在５ｍ左右ꎬ处于应力降低区ꎬ便于巷道支护与后期维护ꎮ２.２３Ｉ０１工作面煤柱宽度计算由摩尔－库伦准则可以得出ꎬ煤柱的合理宽度为:Ｂ＝Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３式中:Ｚ１－应用摩尔－库伦破坏准则得出屈服区宽度ꎬｍꎻＺ２－窄煤柱帮锚杆的有效长度ꎬｍꎮ就东怀煤矿来说ꎬＺ１＝１.７ｍꎬＺ２＝２.３ｍꎬＺ３＝１.４ｍꎬ３Ｉ０１进风巷的合理护巷窄煤柱宽度为Ｂ＝１.７ｍ＋２.３ｍ＋１.４ｍ＝５.４ｍꎬ所以３Ｉ０１工作面进风巷的窄煤柱护巷宽度为５ｍꎮ３现场工业性试验３.１３Ｉ０１工作面进风巷支护布置通过ＹＴＪ２０型岩层探测记录仪对３Ｉ０１回采工作面断面顶板和顶板岩层进行窥视ꎬ从而设置合理的支护参数ꎬ得到以下结果:３Ｉ０１工作面进风巷窄煤柱顶板在０.５ｍ~１.５ｍ出现了少量裂纹ꎬ在２.５ｍ~３.５ｍ岩层中出现了较多裂隙ꎬ且裂纹较大ꎬ在５ｍ~６ｍ以上的岩层相对比较完整ꎮ由窥视仪得到的数据分析ꎬ锚固时要先利用锚杆的局部锚固能力将顶板破碎带锚固成承载能力相对较高的整体ꎬ然后将整个锚固体用长锚索打入岩层内部完整的岩石中ꎬ利用相对完整岩石强度大的特点强力悬吊起锚杆锚固的浅部相对破碎锚固体[６]ꎮ通过窥视数据得到距离３ｍ~４ｍ出现破碎裂隙岩层以及５ｍ~６ｍ处存在稳定岩层的情况下ꎬ锚索设置长度应>６ｍꎬ由于直接顶厚度５.４ｍꎬ因此将锚索长度设定为７ｍꎮ为加强锚固ꎬ同时保证回采岩层稳定ꎬ在３Ｉ０１回采工作面进风巷实行 锚索＋锚杆＋钢带＋钢筋网 的综合支护ꎬ支护参数如表３ꎮ表３㊀３Ｉ０１工作面进风巷加强支护方案的支护参数３.２支护效果检验沿巷道走向在６个断面安设监测点ꎬ观测回采过程中顶底板位移量ꎬ在巷道顶板安装两个顶板观测仪ꎬ测量巷道顶板的离层量ꎮ得到以下结果:在回采过程中距离观测点越近ꎬ变形量越大ꎬ顶底板最大变形量约５００ｍｍꎬ巷道两帮变形３００ｍｍꎬ巷道顶板的离层量最大约１０ｍｍꎬ满足施工需要ꎬ能够正常回采ꎮ４结论(１)通过理论计算ꎬ确定３Ｉ０１工作面进风巷留设５ｍ的护巷煤柱ꎬ使巷道处于老顶断裂形成的应力降低区ꎬ小煤柱上受力较小ꎬ通过支护能够满足回采需要ꎮ(２)通过该进风巷实行 锚索＋锚杆＋钢带＋钢筋网 的综合支护ꎬ回采期间变形小ꎬ能够正常回采ꎮ(３)东怀煤矿３Ｉ０１工作面小煤柱护巷试验的成功ꎬ提高了采区的回采率ꎬ确保了矿井的持续㊁均衡发展ꎮ参考文献:[１]柏建彪ꎬ侯朝炯.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ꎬ２００４ꎬ(２０):３４７５－３４７９.[２]杨科ꎬ等.煤柱宽度对巷道围岩稳定性影响分析[Ｊ].地下空间与工程学报ꎬ２００９ꎬ(５):９９１－９９５.[３]钱鸣高ꎬ等.矿山压力与岩层控制[Ｍ].徐州:中国矿业大学出版社ꎬ２０１０.[４]韩承强ꎬ等.区段小煤柱破坏规律及合理尺寸研究[Ｊ].采矿与安全工程学报ꎬ２００７ꎬ(３):３７０－３７３.[５]毛久海ꎬ等.综放沿空巷道围岩控制及其支护技术研究[Ｄ].西安:西安科技大学ꎬ２００８.[６]马平原.东怀煤矿沿空掘巷小煤柱合理宽度及支护技术研究[Ｄ].湘潭:湖南科技大学ꎬ２０１４.(责任编辑:陈文明)０２１。

58科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N工 业 技 术1 区段煤柱留设合理宽度预设的数值分析一般而言，煤柱的宽度在综采工作面巷道布置系统里是很重要的，对巷道围岩稳定性的影响主要体现在两个方面：一是煤柱的宽度确定了巷道布置，它决定了整体的巷道应力状态分布；二是煤柱宽度影响煤柱稳定性并对巷道围岩的整体稳定性有直接影响。

我们根据关键的技术条件和已有的地质数值模拟研究结论，为最大限度地减少对模拟结果的边界效应值，关键层控制层理论和开采沉陷模型的基础上的理论，边界值是根据开采沉陷规律的角度，造成地层确定左，右边界模型应形成采全采工作面角的影响范围。

该模型首先覆岩关键层的上边界，水平方向和底边界模型应力边界。

根据在2206工作面煤柱合理宽度沿槽带的仿真分析数据与锚杆支护巷道支护方案优化的数值模拟结论。

我们得出，综合考虑各种因素，数值模拟模型的大小：在水平方向310m，垂直方向145m时，模型分为540000个离散元模型，与煤岩物理力学参数的对应层岩体表示。

见表1。

模型计算采用莫尔-库仑（M o h r -Coulomb）屈服准则：131sin 21sin s f j s s j +=-+-式中: 1 ，3 分别为最大和最小主应力，是材料和粘聚力和内摩擦角。

在 0s f <时候，材料的剪切破坏。

在一般情况下，低应力条件下，岩石（煤）是一种脆性材料，它①作者简介：王素民(1965,10—），男，河北赞皇人，本科学历，毕业于河北工程学院，现任安阳大众煤业有限责任公司副总工程师，工程师。

沿空掘巷煤柱宽度及支护参数模拟确定①王素民（安阳大众煤业有限责任公司 河南安阳 455141）摘 要：在上区段工作面回采后,由于顶板岩层的冒落及上覆岩层的移动,引起了围岩应力的重新分布,在采空区两侧产生侧向支承压力,并且由采空区边缘向煤体深处形成了应力降低区、应力升高区和原岩应力区在高产高效矿井建设及生产中，由于推进速度较快，普通支护已经不能满足机械化大生产的要求，为解决快速掘进与支护滞后的矛盾，尽量减少砌碹支护，锚杆、锚索联合支护已经作为主要支护方式被推广应用。

沿空掘进窄煤柱合理宽度留设及支护分析摘要：本文以淮北矿业集团许疃煤矿72316风巷掘进施工为背景，通过理论计算得出沿空掘进小煤柱的合理宽度，并通过对锚带网索支护巷道的矿压观测来进一步验证沿空掘进煤柱宽度的合理性。

关键词：沿空掘进；小煤柱；宽度；支护引言：沿空掘进的主要作用是封闭上区段采空区，防止采空区瓦斯泄漏和老空水溃入，并有效阻止采空区矸石窜入，并且沿空掘进可以很大程度上提高煤炭资源的采出率，但是在实际的生产过程中，沿空掘进煤柱宽度过小，工作面在回采过程中，煤柱不能有效支撑上区段的侧向应力，导致煤柱被压裂破坏严重，煤柱宽度过大，则难以维护，会造成资源浪费，因此开展煤矿沿空掘进煤柱宽度的研究具有重要意义。

1.地质条件简介许疃煤矿72316工作面位于83下采区下山右翼第三阶段，北到工广保安煤柱，南到采区下山保安煤柱，西邻72314工作面（已回采），东邻72318工作面（尚未准备），72煤煤层厚度3.80～8.60m，平均4.80m，煤层倾角7°～27°，平均15°，黑色，粉沫状及粒状，金刚光泽，条带状结构，内生裂隙发育，阶梯状断口，属半亮型煤，煤类为肥煤。

72煤顶底板岩性具体见表1所列。

2.窄煤柱合理宽度的确定许疃煤矿72316工作面沿空掘巷，窄煤柱两侧分别是72314工作面采空区和72316风巷，根据极限平衡理论，窄煤柱合理宽度计算公式如下：B=X1+X2+X3。

式中：B为煤柱宽度；X1为工作面开采后采空侧煤体中产生的塑性区宽度，其值按下式计算；X2为考虑煤层厚度较大而增加的煤层稳定系系数；按（X1+X3）（30%～50%）计算；X3为锚杆有效长度，取1.2m。

其中X1可按下式计算（见图1(1)）：式中：m为煤层厚度，取4.8m；A为侧压系数，A=μ/（1-μ），泊松比μ=0.17，A=0.21；φ0为煤层界面内摩擦角；取18°；C为煤层界面黏结力，取2MPa；K为应力集中系数，一般取3；γ为岩层平均容重25KN/m3；H为巷道平均埋深，600m；PZ为锚杆对帮部的支护阻力，因上区段采空区处支护已拆除，可取PZ=0。

342020年第10期沿空留巷巷旁支护体合理宽度的确定栗芃鹏（潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿，山西 长治 046000）摘 要为解决常村矿2206工作面沿空留巷巷旁支护体不稳定的问题，采用理论计算和数值模拟相结合的方法，确定了合理的巷旁支护体宽度。

结果表明：巷旁支护体宽度为3 m 时，巷旁支护体纵向变形量最大值为92.56 mm ，横向变形量最大值为62.17 mm ，巷道顶底板移近量最大值为156.83 mm ，两帮内移量最大值为102.64 mm ，可较好控制巷道围岩变形。

关键词沿空留巷 充填 宽度中图分类号 TD353 文献标识码B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.202.10.013Determination of Reasonable Width of Side Support Body in Gob Side Entry Retaining Li Pengpeng(Changcun Coal Mine, Lu 'an Environmental Protection Energy Development Co., Ltd.,Shanxi Changzhi 046000)Abstract: In order to solve the problem of instability of side support body of gob side entry retaining in 2206 working face of Changcun Coal Mine, the reasonable width of roadway side support body was determined by combining theoretical calculation with numerical simulation. The results show that: when the width of roadside support body is 3 m, the maximum longitudinal deformation is 92.56 mm, the maximum lateral deformation is 62.17 mm, the maximum displacement of roof and floor is 156.83 mm, and the maximum displacement of two sides is 102.64 mm, the deformation of surrounding rock of roadway can be well controlled.Key words : gob-side entry retaining filling width收稿日期 2020-04-13作者简介 栗芃鹏（1990—），山西长治人，2013年毕业于太原理工大学采矿工程专业，现从事安全生产技术工作。

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。