小煤柱开采东怀煤矿的应用及分析.doc

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1、小煤柱开采在东怀煤矿的应用及分析玉海洲百色矿务局有限公司【摘要】：通过对小煤柱在东怀煤矿的实际应用技术分析，通过先进的科技手段对各个环节进行科学地计算，为以后的小煤柱开采提供科学的理论依据，进而寻找小煤柱开采的适用条件。【关键词】：煤矿，小煤柱开采，综采。对于广西百色东怀煤矿来讲，一直以来，工作面的煤柱的留设宽度均为35m，这对于本来就缺少煤炭资源的地区来讲是巨大的浪费。为了提高煤炭资源回收率，根据东怀煤矿具体工程地质条件，通过对小煤柱沿空掘巷顶板控制和开采技术的研究，我矿在工面布置上进行了小煤柱开采

2、探讨，改善矿井生产安全状况，实现百色矿务局公司小煤柱沿空掘巷的成功实践。一、矿井概况东怀煤矿位于广西百色城西郊，距百色城3.5公里，毗邻南百高速路，地理位置优越，交通便捷。矿井始建于1998年5月，原设计能力为15万吨/年，2002年12月正式投产，主采为I煤层，煤种属长焰煤，发热量在3200大卡/千克以上，矿井属低瓦斯矿井。目前，该矿的年设计能力为150万吨/年，为百色矿务局有限公司的主力生产矿井。工作面煤层结构简单，属单斜构造。I煤层上分层可采区和下分层的可采区可以连接构成完整可采区。D煤层位于C

3、煤之上2.79m～25.78m，平均11.70m13，煤层厚0.79m～2.85m，平均厚2.0m。顶、底板岩性多为泥岩或砂质泥岩，局部顶板为炭质泥岩，底板为粉砂岩。地质构造简单、煤层赋存稳定，工作面范围内顶、底板岩层无断层、无褶曲。工作面状况适合机械化开采。二、技术路线（一）小煤柱尺寸的选择1、不同稳定条件的应力集中系数影响巷道两帮破坏范围的主要因素有两帮的物理力学性质、埋深、巷道的服务时间及受采动影响的程度，其中采动应力影响的表达是极其困难也是至关重要的，一般可用受采动应力影响的集中系数来反映受采

4、动影响的程度。国内外学者对采动应力集中系数作了大量研究，如美国S.Speng提出采动应力集中系数K=1.5～2.5；我国的史元伟等研究了单一工作面开采时，与工作面不同距离的煤壁前方应力集中系数变化如表3-1所示。对上部采空区有残留煤柱的情形，下部巷道围岩所承受应力集中系数如表3-2所示。图2-1回采巷道一侧采动影响期间的围岩变形与煤柱宽度的关系13表2-1煤壁前方不同远处应力集中系数距工作面距离010203037.542.547应力集中系数3.693.633.483.182.872.532.4表2-2

5、残留煤柱下巷道围岩集中系数距煤柱距离/m102050煤柱宽度/m10K=4.04K=2.27K=1.450K=3.1K=2.26-2、巷道围岩的应力集中巷帮煤层集中应力最大值几乎均发生在中间层位，巷道应力集中系数在2～2.5之间，没有明显的差异。（1）半煤岩巷围岩应力集中特点煤层位于巷帮中央位置的结构形式，其平均应力集中程度较轻微，塑性区范围也最小，这种结构的围岩集中应力的最大值易发生在中央煤层的软弱煤层上，但其数值在三类围岩结构中是最小的。I、III类围岩结构计算结果表明，煤层位置的应力集中系数最大

6、值K在所有煤层所处的巷道层位中基本上是最小的。这说明，软弱煤层结构的存在，削弱了巷道围岩的应力集中程度，减小了集中应力的影响范围，实质上是起到了卸压的效果，其中煤层居于巷帮中央位置的结构形式的应力状态最佳。（2）沿空掘巷围岩应力状态的不对称性13沿空掘巷实体煤侧比煤柱侧的应力集中程度高出许多，这是因为相邻采空区上覆岩层的活动己趋于稳定，沿空掘巷只是移走了已遭相邻区段采空区支撑压力破坏的煤体，致使小煤柱侧应力集中程度很小，且围岩塑性区扩展范围比较小。综合分析各类巷道围岩应力集中特点，有67%的巷道围岩应

7、力集中最大值发生在巷帮中央位置，其中软弱煤层结构削弱了应力集中程度；当回采巷道顶板为软弱岩层时，煤帮的整体应力集中程度较低，且应力集中系数最大值发生在煤帮与顶板之间的位置。3、煤柱的计算护巷煤柱尺寸大小决定巷道是否承受侧向支承压力及其大小。由于侧向支承压力会引起巷道强烈变形，所以护巷煤柱尺寸是影响受采动影响回采巷道顶板围岩稳定性的一个重要因素。（1）煤柱载荷计算目前，国内外大量理论和实践研究都认为，护巷煤柱上的载荷，是由煤柱上覆岩层重量及煤柱一侧或两侧采空区悬露岩层转移到煤柱上的部分重量所引起的，对于

8、单位长度煤柱上的总载荷P为：P=（B+D）×H（2-1）式中：—煤柱宽度，m；—采空区宽度，m；—巷道埋深，m；—采空区上覆岩层跨落角，°；—上覆岩层平均体积力，。13由式（4-1）可知，煤柱单位面积的平均载荷即平均应力为：（2-2）由式（4-2）可以看出，在其它条件一定的情况下，煤柱的宽度越大，其上的平均应力越小。(2）煤柱应力分布①一侧采空区煤柱的弹塑性变形区及铅直应力的分布。采准巷道一般是指采取范围内的回采巷道和准备巷道。它们通常布置在煤层或者距煤