深部开采保护煤柱的设计方法

《深部开采保护煤柱的设计方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、深部开采保护煤柱的设计方法　　摘要：经过几十年的发展，我国的煤矿开采正在从动密集型向资本密集型、技术密集型转变。绿色开采、急倾斜、大倾角煤层开采、智能化开采、深部开采将成为未来煤矿开采的必然趋势，地表和浅层的资源越来越少了，势必要向深部发展才能继续发挥产能。保护煤柱是指专门留在井下不予采出的，旨在保护其上方岩层内部和地表的保护对象不受开采影响的那部分煤炭。本研究主要分析了目前深部开采所存在的问题，并就保护煤柱的设计提出自己的浅见。　　关键词：深部开采；保护煤柱；设计　　0引言　　保护煤柱是指专门留在井下不予采出的、为了保护其上方岩层内部和地

2、表的保护对象不受开采影响的那部分煤柱。目前深部开采保护煤柱的设计主要有几个难点，比如控制地压，保障通风排水要求，降低矿石、物料等提升成本等。设计者必须切实考虑地表移动变形规律，在煤层上圈定保护煤柱的边界，避开该边界进行开采。因此，为了保护结构物免受地下开采影响和尽量减少煤炭资源损失，就要设置合理可靠的保护煤柱。　　1目前深度开采的技术难点　　1.1维持结构稳定性5　　随着浅部煤炭资源的逐渐减少甚至枯竭，地下开采的深度越来越大，煤炭开采不得不向着深度开采方向发展，煤炭深部开采的界限一般指700-1000m。目前国内外许多煤矿都相继进入深部资源

3、开采状态，随着煤炭需求量的增加和开采强度的不断加大，建筑物深部压煤开采问题将越来越突出，但是煤矿进入一定的开采深度，由于埋深增加，仅就煤岩周边垂直应力说来，面临着高地应力、高地温、高渗透压等问题，局部煤岩体介质达到塑性屈服限，变形随时间增加或遇外界扰动因素作用可能出现缓慢变形破坏趋态和大失稳的综合。所以在开采的过程中可能会出现巷道变形剧烈、矿压剧烈、瓦斯高度聚积、突水事故几率增大等灾害事故。为避免二次支护和巷道维修，深部巷道应采用高预应力、强力锚杆组合支护，同时要求支护系统有足够的延伸量与冲击韧性，应尽量一次支护就能有效控制围岩变形与破坏。

4、随着煤柱宽度的增加，煤柱内塑性区的范围逐渐减小，当煤柱宽度超过20m后，煤柱宽度对下区段顺槽围岩变形的影响为下区段顺槽掘进及工作而回采期间，各项指标值基本不再有大的变化。　　1.2保障通风排水条件5　　随着矿井开采强度的不断增大，井下局扇功率越来越大，局扇对整个矿井通风状态的影响不能忽视，这要求仿真系统能够模拟在井下任意巷道安设风机、拆除风机、调整风机叶片角度等功能。矿井局扇不得停风，值班矿领导及通风技术员应做好矿井通风、瓦斯检查、排水、防火、防盗等管理工作，井下通风排水人员入井时，由地面入井检身值班人员负责检身登记后同意方能入井，各井口必

5、须派专人进行24小时值班看守，防止无关人员进入。煤矿开采会造成地表沉降，为了防治和减轻这一问题，一般采用充填开采、部分开采和离层带注浆等措施减少井下采空体积，为了防止断层导水通道在高压奥灰水的冲刷下，进一步增大，导致矿井发生水害灾变，同时为了防止断层导水通道在高压奥灰水的作用下对即将掘进的工作面造成突水，应围绕煤层区段巷道保护煤柱、工作面骑跨采下部巷道合理位置及支护方式进行断层带上、下盘防水煤柱宽度计算。还应该采用矿井通风模拟软件组合，帮助地下矿井设计，改进和优化其通风系统，借助先进的技术手段，解决国内矿山行业通风系统调整方案预模拟，合理性

6、分析及方案优选、火灾模拟、污染物扩散模拟、通风系统经济性分析等方面，辅助企业进行通风系统管理及中长期规划。　　2如何合理设计保护煤柱　　2.1建立精确的数学模型　　为了提高保护煤柱设计的效率和精度，必须事先建立起精确的数学模型，包括移动角的选取，维护带的设计，受护边界以及松散层保护边界的确定都要经过详细的计算和校正。过去保护煤柱的设计主要靠手工计算和手工作图，效率低、精度差，对地质和采矿方而的因素考虑也不够全而，不能提供高质量的图纸。随着深度增加，岩爆、冲击地压、瓦斯爆炸等突变呈非线性增长，冲击矿压发生的频率、强度和规模会随之上升，瓦斯含量

7、和瓦斯压力增加，如果没有充分考虑实际情况而仓促确定开采方案，极易出现重大安全事故。保护煤柱的移动角指的是在充分采动或接近充分采动条件下，主断层面上临界变形值的点和开采边界的连线与水平线在煤柱一侧所夹的角，倾角较大时，较容易达到安全开5采深度。同一矿区，基岩移动角是个定值，同一开采深度，基岩移动角越小，其备用尺寸宽度越大，二者呈指数关系。因此，在模型的建立过程中，不能把移动角作为定值，不同深度的生产矿井留设保护煤柱的备用尺寸差别很大，如果采用现有的一个恒定的浅部移动角值来确定保护煤柱的范围，留下的煤柱过多，可能使煤柱尺寸偏大而浪费资源，会影响

8、以后都地下工作和开采工作，不符合深部开采地表移动和变形规律。考虑沿走向方向煤柱的各种变化特征，设计模型煤层底板厚度和煤层顶板厚度，考虑边界效应及满足推进过程中矿压稳定距离的要求，