大斗沟矿煤柱留设改进方案

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1、云冈矿煤柱留设改进方案方案I通过理论计算和现场实测的方法确定煤柱的合理尺寸一、合理确定煤柱的理论依据1煤柱破坏形式当护巷煤柱承受的应力达到煤柱极限承载能力或煤柱变形达到极限时，煤柱将出现破坏，最常见的破坏形式有剪切破坏、纵向劈裂、沿弱面或断层破坏、煤柱压入底板出现底臌，如图1所示。2煤柱的载荷目前国内外的研究都认为，护巷煤柱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得部分重量引起的。如图2所示，一单位长度煤柱上得总载荷P为：煤柱单位面积的平均载荷即平均应力为：式中B---煤柱宽度，m；D-采

2、空区宽度，m；H-巷道埋深，m；-采空区上覆岩层垮落角；γ-上覆岩层平均体积力，KN/㎡。上述计算尽管经过简化，以平面问题代替空间问题，以均质的上覆岩层取代复杂的岩层赋存状况，不考虑煤柱边缘部分会产生应力集中以及由于煤柱边缘部分破坏引起应力向煤柱深部转移，未涉及上覆岩层的移动等；但迄今它仍为比较简单和实用的煤柱载荷估算方法，并认为平均应力是判断煤柱载荷的重要参数。2.2煤柱宽度的理论护巷煤柱宽度的理论计算有按煤柱的允许应力，煤柱能承受的极限载荷，以及按煤柱应力分布等多种方法。各种方法的基本观点都认为：煤柱的宽度必须保

3、证煤柱的极限载荷不超过它的极限强度2.3煤柱的应力分布（1）一侧采空煤柱的弹塑性变形区及铅直应力的分布架设采空区周围的煤柱处于弹性变形状态，煤柱的铅直应力分布如图3所示，随着与采空区边缘之间距离x的增大，按负指数曲线关系衰减，在高应力作用下，从煤柱边缘到深部，都会出现塑性区（靠采空区侧应力低于原岩应力的部分称为破裂区），弹性区及原岩应力区，弹塑性变形状态下，煤柱的铅直应力分布如图3所示。煤柱的承载随着远离煤体边缘而明显增长。在距煤体边缘一定宽度内，存在着煤柱的承载能力与支撑压力处于极限平衡状态。塑性区的宽度，即支撑压

4、力峰值与煤体边缘之间的距离为：式中K——应力集中系数——支架对煤帮的阻力；m——煤层开采厚度；C——煤体的粘聚力；——煤体的内摩擦角f——煤层与顶板接触面的摩擦系数；——三轴应力系数、在生产实际中，x的变化范围为3-20m，一般为5-12m。应力降低区宽度的变化范围为2-7m，一般为3-5m。（2）两侧采空煤柱的弹塑性变形区及铅直应力的分布两侧均已采空的煤柱，其应力分布状态主要取决于回采引起的支撑压力影响距离L及煤柱宽度B，主要有3种类型。B＞3L时，煤柱中央的载荷为均匀分布，且为原岩应力γH。由于煤柱边缘应力集中，

5、煤柱从边缘到中央，一般为破裂区，塑性区，弹性区，以及原岩应力区如图4所示。L＜B＜2L时，在煤柱中央由于支撑压力的叠加，应力大于γH，沿煤柱宽度方向应力呈马鞍形分布，弹塑性变形区及应力分布见图5。B＜L时，两侧边缘的支撑压力峰值将重叠在一起，煤柱中部的载荷急剧增大，应力趋向于均匀分布，如图6所示。受两侧采动影响时，K值可达到4-5以上，在煤柱中央可能因长期处于塑性流动状态而遭到严重破坏。3护巷煤柱的稳定性3.1护巷煤柱的宽度煤柱的宽度是影响煤柱的稳定性和巷道维护的主要因素。煤柱的宽度决定了巷道与回采空间的水平距离，影

6、响到回采引起的支撑压力对巷道的影响程度及煤柱的载荷。煤柱的极限承载能力不仅取决于煤柱的边界条件和力学性质，还取决于煤柱的几何尺寸和形状。3.2护巷煤柱保持稳定的条件护巷煤柱一侧为回采空间，一侧为采准巷道。回采空间和采准巷道在护巷煤柱两侧形成各自的塑性变形区，塑性区的宽度分别为，，如图7所示。因此，护巷煤柱保持稳定的基本条件是；煤柱两侧产生塑性变形后，在煤柱中央存在一定宽度的弹性核，弹性核的宽度应不小于煤柱高度的2倍。因此，即使在煤柱内开掘一条非常窄的巷道，也会引起煤柱应力重新分布，造成有效支撑面积减少，煤柱支撑能力急

7、剧下降。4煤柱尺寸的计算4.1煤柱尺寸的理论计算值根据岩体极限平衡理论，塑性区的宽度，即支撑压力峰值与煤体边缘之间的距离的公式如下：对于云冈矿地质和煤层赋存条件，参数选取的原则为：应力集中系数K，一侧采动时，取为2.5，两侧采动时取为4.0；支架对煤帮的阻力取为0；m为采高，由于煤层采高与巷道高度不同，开率开采的综合影响，m取为采高与巷道高度之和的1/2；C为煤体的粘聚力，通常取为煤体式样粘聚力的0.45-0.75；为煤体的内摩擦角；为煤层与顶底板接触面的摩擦系数，；为三轴应力系数，二、实施方案及需要的技术支持1、建

8、议取我矿8#层408盘区做为研究对象。由科研单位建立模型测定煤层的具体力学参数（包括煤的体积模量、剪切模量、容重、内摩擦角、黏聚力、抗拉强度）。依据极限平衡理论，计算煤柱留设的理论宽度。2、为了解井下煤柱实际受力情况，在5803巷、2803巷、5805巷共布置6个测站，每个测站5个钻孔压力计（钻孔深度1m、2.5m、4m、5.5m、7m、），共