协庄煤矿浅部边界防溃水安全煤柱稳定性分析

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1、协庄煤矿浅部边界防溃水安全煤柱稳定性分析王金辉1999级土木工程专业岩土工程班摘要：为了保证协庄煤矿的生产安全与煤炭接续，提高工作面煤层的开采上限，根据已有资料及临近矿井资料，用数值模拟方法对安全煤柱进行分析，研究其开采破坏规律，提高了煤层的开采上限。其结果安全可靠，提高了煤矿的经济效益，有利于煤炭生产的接续。关键词：安全煤柱，数值模拟，开采上限StabilityAnalysisoftheSafetyPillarinXieZhuangCollieryWANGJin-hui,ZHANYu-bao,YOUCh

2、un-an(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,SUST,Qingdao,Shandong266510,China)Abstract:ToensurethesafetyandtoheightentheexploitationtoplimittoguaranteethesustainabledevelopmentofXieZhuangcolliery,thenumericalsimulationtothesafetybarrierpillariscarriedo

3、ntoresearchitsfailurelaw,whichprovidesbasisforheighteningexploitationtoplimit.Itisprovedtobesafeandreliable,whichprofitsthecollieryandbenefitsthesustainablecoalproduction.Keywords:safetybarrierpillar;numericalsimulation;exploitationtoplimit1前言在我国东部许多煤田，由于

4、可采煤层上方覆盖有100～400m第四系含水松散层，为了保证矿井的安全生产，不得不留有大量的永久性防水安全煤柱。在早期，设计防水煤柱一般多在80m以上。近几年来，随着“三下”开采技术水平的不断提高及煤炭资源的不断减少，许多煤矿开展了关于提高开采上限的研究，解放了大量的煤炭资源，为以后的研究积累了诸多成功的经验。协庄煤矿井田西翼四采二、四层煤煤层露头区位于协庄煤矿四采风井以西，煤层露头东西走向长450m，走向92°，平均倾角25°。露头区地面位于刘官庄西、汶河北岸，东部为汶河所覆盖。由于被非法开采、乱采和盗

5、采，近年来四采区二、四层煤露头区域地表明显地下沉，形成连续的斑裂区，与地表形成直接的水力联系。2002年10月份地表排查发现，四采四层煤露头区，出现地表斑裂，斑裂下距-50水平四采四层煤总回风巷52.3m，雨季存在地表洪水由斑裂缝泄漏矿井威胁。2003年5月地表排查发现，在双高矿工广东南方向出现地表斑裂，该斑裂区位于矿井四采二层露头煤柱上方，下距二层煤57m。矿井二、四层煤浅部的安全煤柱也由于被盗采遭到严重的破坏，使得地方矿的开采区与协庄煤矿-50水平四采二、四层老空区相连，威胁矿井的安全生产。为了该矿生

6、产的安全和煤炭接续,对露头区的残存安全煤柱的稳定性以及抗溃水能力进行分析和判断，同时为提高该工作面的开采上限提供依据。2四采二、四层煤煤层露头区物探成果与分析四采二、四层煤煤层露头区的地质调查采用物探方法。物探采用了地质雷达探测法、高密度电阻率成像和EH4电磁法等先进的探测手段。探测面积约800m×150m，布置物探测线21条，其中雷达测线15条，物理点9118个，雷达剖面长度4.56Km；高密度电阻率法测线3条，成像剖面长度1.8Km。EH4电磁法测线3条，物理点93个。本次物探探测工作从现场数据采集、

7、资料处理解释等各方面认真细致工作，获得了信噪比较高的时间剖面、电阻率剖面和可靠的地质解释剖面，通过成果分析，可以得出以下结论：（1）、四采区2煤层采空范围较大，主要集中在采区东侧，汶河河床下、崖头河河床下局部被盗采。采空区上限标高为+141m，西侧下限标高到+110m，东侧与4201西回风巷间距约10m左右，标高约+92m。采空区埋深约12~62m。西侧尚余煤柱30余米，东侧煤柱仅10m左右，局部已贯通。４（2）、四采区4煤层采空范围较大，主要集中在采区西侧和中部，崖头河河床下局部被盗采，总回风巷与440

8、1回风巷煤柱局部被盗采。采空区上限标高为+136m，西侧下限标高到+99m，大部分地段已与总回风巷贯通，东侧下限标高约+99m，局部地段已与总回风巷贯通。采空区埋深约18~55m。西侧总回风巷往浅部露头大部分地段无煤柱，4401回风巷与总回风巷煤柱基本完整，局部有盗采。东侧盗采面积相对较小，但4401回风巷与总回风巷煤柱局部有盗采。3计算模型及计算参数3.1关于Drucker-Prager理想弹塑性材料在金属材料中，常用的屈服