特厚煤层综放工作面小煤柱护巷研究

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1、特厚煤层综放工作面小煤柱护巷研宄殷培东彬县水帘洞煤炭有限责任公司，陕西彬县713500摘要：以水帘洞煤矿3805综放工作而为研究背眾，通过理论计算区段煤柱的极限平衡宽度，数值校拟分析巷道周围矿山压力及矿山压力显现并结合现场地质条件，认为K区段运输巷应采用小煤柱护巷且适宜的煤柱宽度为7tn，在保护巷道防风挡矸的基础上乂能提高煤炭资源的回采率，最大限度的使矿井安全高效生产。关键词：特厚煤层；综放工作面；小煤柱护巷1工程背景顶板名称岩石名称厚度(M)岩性特征基本顶屮-细粒砂岩18.38底部中、细砂岩：灰A色。厚度2.91m，主要成分长石、石英，含D云母片，泥质胶结，质较纯

2、，分选好。含植物化石夹煤线，中部垂直裂隙较发育，但无水蚀痕迹现象。岩芯完整。上部粉、细砂岩：灰一深灰。厚度17.28m，上部粉砂岩为主，夹细砂岩薄层，互层状，波状层理，含植物化石。直接顶泥岩、砂质泥岩6.22粉、细砂岩：浅灰色。细砂岩为主，互层状。波状层理，含楨物化石及块状FeS2，断U较平整。直接底砂质泥岩3.28砂质泥岩：灰黑色。泥质力主，含砂质及炭质，炭化植物淸晰，采取率低。为较软底板岩石，遇水膨胀，易发生底鼓，属不稳定底板。基本底泥岩15深灰色泥岩，厚层状，节理发冇，具角砾状、团块状。表1煤层顶底板特征表2理论计算'乂1..K/11///1_/✓//ABCD

3、XoX图1煤柱(体)的弹塑性变形区及铅貨应力分布I—弹性应力分布；II—弹塑性应力分布随着综放技术的发展，越来越多的特厚煤层采用综合放顶煤一次采全高采煤法进行冋采，在高产高效的同时，也带来了一些问题。其中，随着煤层厚度的增加及煤炭资源R渐枯竭，煤柱的留设问题已不容忽视。传统意义上的煤柱，尽管能够很好的起到保护煤柱，隔离采空区的作用，但是一般传统煤柱宽度都在20m左右，在厚煤层开采屮还要再宽一些，因此就造成保护煤柱煤炭资源损失较多，且在一些有冲击危险的矿井中由于煤柱引起的矿山压力集巾容易造成冲击灾害的发生，所以传统煤柱在特厚煤层放顶煤工作面适用性较小。小煤柱护巷是指巷

4、道与采空区之间保留5〜8m宽煤柱那么对于特厚煤层“小煤柱”护巷的合理宽度是多少，还需要进一步研究[2-5]O3805工作面位于三采区3807采空区以南，南与设计未开采的3803工作面为邻，西至矿井边界煤柱与大佛寺煤矿井田为邻，东至本而停采线，设计停采线自三采回风大巷西预留50m煤柱。本作面走向长2120m,工作倾向长147m，煤层平均厚度14.18m,煤层倾角平均2-5°,容重1.37t/m3,留2.2m底煤，采用采用走向长壁后退式采煤法，综采放顶煤工艺进行开采，全部垮落法处理采空区顶板。全工作面地质储量605.4万吨，可采储量545万吨。工作面基本顶以中砂岩、泥岩

5、为主，直接顶以细砂岩为主，成板多为铝质泥岩，次为泥岩或炭质泥岩，遇水膨胀，易发生底鼓，属不稳定底板，具体顶、底板参数见表1。A—破裂区；B—塑性区；C——弹性应力升高区；D—原始应力区上区段工作而回采后，沿工作而倾向煤体内侧向支承压力重新分布，形成如图1所示的支承压力分布。下区段保护煤柱在尽量提高冋采率的同时又要防止向采空区漏风，避免采空区发火等灾害的发生，所以合理的小煤柱宽度至关重要。根据岩体的极限平衡理论，可以计算出煤体塑性区的宽度：%二mlnK7H+Coc卿°Kff（A+C0cot识）式屮：火为应力集屮系数，取2.5;pi力支架对煤帮的BI力，取0:W为煤层开

6、采厚度，取12m；G为煤体的粘聚力，取2Mp;为煤体的内摩擦角，取33°;/为煤层与顶底板接触面的摩擦因数；f力三轴应力系数，卜1+S卿。1-sin^将工作面参数代入公式计算可得；Vo为5.24m,因此考虑到锚杆长度和富余系数，取煤柱宽度为7m。3数值模拟分析根据3805工作曲*的地质情况，建立FLAC30数值模拟模型，整个模型尺汴（长X宽X高）为330mX120mX116m,共120600个单元体和130355个节点，模型两端和底部固支，顶部按煤层埋深700m施加载荷，模拟工作血长度150m,煤厚14m，推进距离力60m,如图2所示。通过模拟不同觉度煤柱（4m、6

7、m、8m、10m、12m）,分析在不同煤柱宽度时煤柱内压力和塑性区分布及荘道围岩运移特征，最终得到适合工作面3805的小煤柱留设方案。图2FLAC模拟模型3.1工作面回采期间巷道压力分布特征模拟工作面在走向推进20m达到周期來压步距时，分别对于不同宽度煤柱沿中部进行监测支承压力值，统计并进行比较，如图3所示。由图3可知，当煤柱从4m变为16m吋，煤柱内压力逐渐变大，从12.2Mpa增加到30.4Mpa；当煤柱宽度小于6m时煤柱几乎企部被压碎，成为破裂区，煤柱的支撑强度有限；当煤柱宽度为8m时，最大支承压力为19.3Mpa,比原始应力略高，虽然也有很大塑性区但还是