回采樊窑村庄煤柱的条带设计研究.pdf

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1、能源技术与管理2010年第4期doi：lO．39696．issn．1672—9943．2010．04．025回采樊窑村庄煤柱的条带设计研究呼庆华，张彦宾t，陈磊-(1．河南理工大学能源学院，河南焦作454000；2．河南煤业化工集团鹤煤公司，河南鹤壁458020)[摘要]根据樊窑村庄煤柱的基本情况将樊窑村庄煤柱分为两个部分分别进行条带设计，采用经验法，压力拱理论和三向应力法综合分析确定出采留宽，然后根据现有的方法对煤柱的稳定性进行验算分析，最终得出条带设计结果。[关键词]压力拱；三向应力；安全系数；核区率[中图分类号]TD822+．1[文献标识码]B[文章编号]1672_9943(201

2、0)04060一O21樊窑村庄煤柱的基本概况樊窑村庄的煤层采厚为5m；倾角为7。；采深分为两部分170～220in，220～320m；平均采深分别为195ITI，270ITI。2采留宽的确定2．1经验方法为使地面不出现波浪式下沉盆地，在进行条带开采时，采出条带宽度应遵循以下原则⋯：6=(1／4～1／10)H[E兰．1式中，b为采出条带宽度，m；为开采深度，图1压力拱示意图inO如果采宽小于压力拱的内宽，则负载分布为安全起见，一般采用工作面上边界采深。根会变得很复杂，即一个拱脚在边侧实体煤上，另一据以上原则，结合设计采区的开采深度确定开采个拱脚在采空区上，此时压力拱不稳定，可能崩溃宽度。并

3、伴随大量的覆岩沉陷。若用“部分开采”方法控由于煤层开采深度在170～2201TI，220～320ITI制地表沉陷，则煤柱宽度应大于0．75Lm，两开采之间，因此，采宽在整个范围内必须是变化的，分条带煤柱之间的开采宽度应小于J已。其计算结果别计算条带采宽的极限值如表1所示。如表2所示。表1采宽计算表m表2压力拱内宽计算表m2．2压力拱理论2．3三向应力法(AM威尔逊法J压力拱理论认为[2]，由于采空区上方压力拱按三向应力计算保留条带煤柱时，煤柱每一的形成，上覆岩层的负载只有很少一部分作用到侧的屈服宽度Y为：直接顶板上，其它部分的覆岩重量会向采面两侧y=0．OO492mH的实体煤区(拱脚)转

4、换，如图1所示。压力拱的内式中，m为采厚，nl；H为采深，in。宽主要受上覆岩层厚度即采深H的影响，压根据实测保留煤柱的宽度0应大于承载宽度力拱的外宽席则受覆岩内部组合结构的影响。S。总结出如下公式：5=+8．4=3(日／20+6．1)其计算结果如表3所示。2010年第4期呼庆华，等回采樊窑村庄煤柱的条带设计研究61表3三向应力法计算表m煤柱，长煤柱是沿走向或倾向所留设的完整煤柱，矩形煤柱是指在长煤柱中开有巷道，将煤柱切割成矩形。由于条带煤柱长度比较大，故按长煤柱计算，根据设计区域的实际地质采矿条件，则煤柱的极限承载能力F长极为：2．4采留宽的确定F长极=40yH(a-4．92×m~HX

5、10)经过反复计算得出：式中，为上覆岩层i平均体积力，N／m。工作面开采煤层埋深为170～220m的阶段留设煤柱的实际载荷值Ⅳ章为：内：a=40m，b=40m实=10×y『H×a+~-(2H一)l工作面开采煤层埋深为220～320m的阶段则煤柱稳定性安全系数：内：a=45m，b=45m“一一璺旦!：：旦Q2；长．一一章1日×a+b／2(2H—b／O．6)]3煤柱稳定性验算条带设计的方案均应该满足煤柱稳定性安全3．1安全系数验算系数大于1．5的技术要求。其计算结果如表4所保留条带煤柱按其形状可分为长煤柱和矩形示。表4条带开采初步设计参数3．2煤柱宽高比验算4结论煤层平均厚度为5m，保留条带

6、煤柱宽度如表4所示，计算条带煤柱宽高比均应大于5的技根据樊窑村庄煤柱的基本情况将采深分为两术要求。个部分，分别为170～220m，220～320m。计算出第3．3煤柱核区验算一部分的采留宽分别为40m，40m；第二部分的条带煤柱屈服带宽度和条带煤柱核区宽采留宽分别为45m，45m。第一部分的验算结果度分别为：宽高比为8，安全系数为1．92，核区率为76．1％；Xo=O．0049mH第二部分的验算结果宽高比为9，安全系数为Lo=a-2XX01．83，核区率为70．6％。采出率都为50％。式中，条带煤柱核区率均应满足大于55％的[参考文献]技术要求。其计算结果如表4所示。[1]何国清，杨伦，

7、等．矿山开采沉陷学[M]．徐州：中国矿3．4验算采出率业大学出版社．1991条带开采设计回采率P按下式计算：[2]郭文兵，邓喀中，邹友峰，等．条带开采的非线性理论研究及应用[M]．徐州：中国矿业大学出版社，2005[3]郭文兵，柴华彬．煤矿开采损害与保护[M]．北京：煤平均采出率应该尽量的大。其计算结果如炭工业出版社，2008表4所示。『4]国家煤炭工业局．建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱3．5验算结果留设与压煤开采规程[M]．北京