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1、第21卷第4期(总第131期)煤矿开采Vol．21No．4(SeriesNo．131)2016年8月COALMININGTECHNOLOGYAugust2016沿空掘巷小煤柱合理留设研究胡光伟(中煤一建公司山不拉煤矿,内蒙古鄂尔多斯010499)[摘要]山不拉煤矿3202工作面材料巷采用沿空掘进方式,为得到最优小煤柱尺寸,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,综合分析确定小煤柱最优合理尺寸为5m。工业性试验及现场矿压观测表明,小煤柱留设5m宽度满足需求,保证了巷道安全掘进和回采的同时最大限度提高煤炭资源的采出率。此次研究
2、实践成果为山不拉煤矿综放沿空掘巷小煤柱尺寸的合理留设提供了依据,并为类似条件下沿空掘巷小煤柱合理尺寸的留设宽度提供了借鉴。[关键词]沿空掘巷;小煤柱;理论计算;数值模拟[中图分类号]TD822．3[文献标识码]B[文章编号]1006-6225(2016)04-0078-03SmallCoalPillarLayoutofGob-sideEntryDriving近年来,随着矿井产量和开采强度的加大,对物理力学参数见表1,工作面采用走向长壁后退式煤炭采出率和回采巷道的支护要求也越来越高,传综合机械化采煤。统的留设较宽区段煤柱
3、护巷的方式已不能满足生产需求,沿空掘巷留设小煤柱护巷,有提高煤炭资源的采出率和巷道易维护的优点,此项技术近年在我[1]国各大矿区逐渐推广应用,取得良好效果。沿空掘巷小煤柱尺寸的留设是沿空掘巷围岩控制的关键,若留设尺寸过大,煤柱及巷道将长期处于侧向支承压力升高区,不利于煤柱及巷道的稳定;若留设尺寸过小则煤柱煤体破碎,不能有效地密闭采空区。因此,小煤柱的留设应遵循以下原则:巷道位于应力降低区;有利于巷道的稳定;有利于锚杆支护;在满足以上原则的条件下尽量减少煤柱宽[2]度。针对山不拉煤矿接续工作面情况,采用模拟计算与理论计算
4、相结合的方法,研究确定沿空掘巷留设小煤柱尺寸。1工程背景图1地质柱状表1岩层物理力学参数山不拉煤矿3202综采工作面位于井田西北部,工作面大部位于2-2煤房采区下部。工作面标高-岩层容重/体积模剪切模内摩擦黏聚-3量/GPa量/GPa角/(°)力/MPa(kN·m)329．1~-380．8m。南为3203采空区,北至3-2煤细砂岩26．06．54．5323．6回收面,东与井筒保护煤柱相邻。所采煤层为3号砂质泥岩26．67．85．7354．2煤,煤质较硬,f=2~3,内生裂隙发育,阶梯状3-2煤14．32．81．5241
5、．3砂质泥岩26．17．75．6344．0断口。煤层厚度最大1．80m,最小1．65m,平均1．70m。煤层倾角1~3°,煤层直接顶为15m砂质2煤柱宽度理论计算泥岩,基本顶为24m细砂岩,直接底为24m砂质泥岩。中部含煤段地质柱状图如图1所示,各岩层通过公式对小煤柱宽度进行理论计算,以初步[收稿日期]2015-12-28[DOI]10．13532/j．cnki．cn11-3677/td．2016．04．020[作者简介]胡光伟(1978-),男,江苏铜山人,高级工程师,中煤第一建设有限公司山不拉煤矿总工程师。[引用格
6、式]胡光伟．沿空掘巷小煤柱合理留设研究[J]．煤矿开采,2016,21(4):78-80,64．78胡光伟:沿空掘巷小煤柱合理留设研究2016年第4期确定小煤柱最小宽度值。采用极限平衡理论公式计校核其他分析计算结果。考虑到3202工作面材料[3]算,合理煤柱的最小宽度为:道实际地质条件,通过式(1)计算,得知合理小B=b+b+b(1)煤柱最小宽度理论值B为4．7m。123C0kγH+3数值模拟分析mAtanφ0b1=ln(2)3D3tanφCP采用FLAC数值模拟软件对煤柱宽度合理留00X+tanφ0A设进行数值计算,
7、根据实际条件设定数值模型的边式中,B为合理的煤柱最小宽度,m;b1为上区段工界条件为:模型侧面限制其水平位移,底部固定,作面开采影响下,沿空掘巷小煤柱中破碎区宽度,模型上表面设定为应力边界,施加的荷载为根据现场实测情况,取2．2m;b2为巷道小煤柱帮10．0MPa,模拟上覆岩体的自重应力;水平方向的锚杆有效长度,根据实际锚杆和药卷使用情况,取侧压系数为1．2,荷载大小为12．0MPa,模型设定[4-5]1．2m;b3为考虑煤层厚度而增加的煤柱稳定性系为Mohr-Coulomb模型。数,b3=0．2(b1+b2);m为上
8、下区段平巷高度,m;数值模拟主要研究在不同宽度情况下,煤柱内A为侧压系数,A=μ/(1-μ);μ为泊松比,μ=的竖向应力场和水平位移场的分布情况。煤柱的宽0．33;φ0为煤体的内摩擦角,(°);C0为煤体的黏度分别取3m,4m,5m,6m,8m,10m。聚力,MPa;k为应力集中系数,k=3．0;γ为岩层3．1垂直应力分布3平均容
