五沟煤矿沿空掘巷窄煤柱宽度的合理设计.pdf

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1、2014年第39卷第1期能源技术与管理V01．39No．1EnergyTechnologyandManagement67doi：10．39696．issn．1672-9943．2014．01．027互沟煤矿沿窑掘巷窄燥槿宽度的合理设计方仕忠，牛孝田，张明，涂磊(安徽恒源煤电股份有限公司五沟煤矿，安徽淮北235131)[摘要]运用理论计算与UDEC数值模拟软件分别对五沟煤矿1023工作面沿空掘巷合理留设窄煤柱宽度进行研究，分析不同煤柱宽度下沿空掘巷围岩变形规律以及围岩表面位移规律，确定了留设窄煤柱的合理宽度。通过现场应用表明，

2、窄煤柱的留设宽度符合使用要求。[关键词]窄煤柱宽度；数值模拟；沿空掘巷[中图分类号]TD823．5[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2014)01-0067-020引言的破坏程度；④煤柱与其上下交界面接触的情况。3窄煤柱合理宽度确定回采巷道的稳定性与护巷煤柱宽度有很大的关系，合理煤柱宽度的确定是巷道支护设计的重3．1理论计算要部分。特别是沿空掘巷情况下，窄煤柱宽度是否如果煤柱过窄，则开巷后煤柱易于迅速变形合理直接决定了巷道围岩的应力环境和维护难破裂而使锚杆安设在破碎围岩中，使锚固力减弱、度_1]。合理的煤柱宽度

3、不仅可以减小巷道的变形，锚杆的支护作用降低。通过极限平衡理论研究认降低维护工程量，而且还可以减少煤炭资源损失。为，合理的最小煤柱宽度B为：文章采用理论计算与UDEC数值模拟软件对五沟B=x1+2+3煤矿1023工作面沿空掘巷合理留设窄煤柱宽度f【kyTHrt+—————一1【进行研究，使1023工作面实现了顺利回采。其中ztmaAn~~oinIf【"--0"=taIn，q~oIftan~p0。AJ1地质概况五沟矿1023工作面位于南二采区东翼，与1021工作面相邻。1023工作面平均煤厚3．6m，煤式中，。为因上区段工作面开

4、采而在下区段厚变异系数55％，煤层可采性指数1，10煤层倾角沿空掘巷窄煤柱中产生的破碎区，m；x：为窄煤柱2。10。，平均倾角6。。具体位置关系如图1所示。一帮锚杆有效长度，取2．2m；x，为考虑煤层厚度而增加的煤柱稳定性系数，按0．2(x。慨)计算；为上下区段平巷高度，取3m；A为侧压系数；为泊松比，取O．3；。为煤层界面的内摩擦角，取27。；为煤层界面粘聚力，取2．3MPa；k为应力集中系数，取1．8；为岩层平均容重，取24kN／m；为巷道埋深，取360m；Px为对煤帮的支护阻力，因上区段采空区侧采用锚杆支护，取0．1M

5、Pa。图1巷道位置平面图经计算B=4．8in。3．2数值模拟分析2窄煤柱变形影响因素采用UDEC4．00数值模拟软件，结合五沟煤矿对于沿空掘巷窄煤柱而言，在特定的窄煤柱的地质条件，模拟分析1021工作面开采引起的侧尺寸和锚杆支护条件下，窄煤柱变形主要与以下向支承压力分布规律，以及不同煤柱宽度沿空掘几个因素有关[2j：①巷道上覆岩体大结构的运动巷围岩变形规律。模型采用Mohr—Coulumb材料本和稳定性的影响；②窄煤柱的支护强度；③窄煤柱构关系，各岩层物理力学参数如表l所示。考虑边2014年2月68方仕忠，等五沟煤矿沿空掘巷

6、窄煤柱宽度的合理设计Feb．。2014界效应，模型尺寸为305mx90m，其中煤层厚度型底边界及左右两边界固支，根据工作面埋深及3．6m，1021工作面长175m，沿空掘巷断面为模型中煤层上覆岩层厚约60m，在上边界施加4．6mx3m，沿顶板掘进，底板留有0．6m煤层。模7．2MPa均匀载荷H]。数值计算模型如图2所示。表1各岩层块体物理力学参数10211021102110231023增加，在9m处达到原岩应力，即0-9m范围为风巷一『：作面机巷窄煤柱风巷t作面应力降低区，适合布置沿空掘巷。②侧向煤体内的峰值位于煤壁内，在2

7、1m处达到峰值13．7MPa。应力集中系数为1．6。根据上述分析，提出煤柱留设宽度分别为3m、4m、5m、6m、7m、8m等6个方案，以及相应的巷道断面和锚杆支护整套方案。为分析窄煤柱宽度对沿空掘巷围岩稳定的影响，对煤柱垂直图21023沿空掘巷数值模拟模型图应力进行分析比较，掘进期间不同煤柱宽度对应模拟开挖顺序是：先平行开挖1021工作面风的煤柱垂直应力分布如图4所示。巷和机巷，然后开挖1021工作面，最后开挖102318风巷，即沿空掘巷，如图1所示。l6砖143．2．11021工作面回采后侧向支承压力分布塞12为了量化地看

8、出工作面开挖后应力分布状108况，建模时在直接顶上部、老顶中部和煤层中部各6蝌4设置一条监测线，对其垂直应力进行了分析，如图23所示，直接顶上部距煤层顶板7m，老顶中部距U1．U2．O3．04．05．【J6．0，．08．0煤层顶板10m。距to21~i巷实体煤帮距离／m图4窄煤柱水平中心线