护巷煤柱宽度与回采巷道支护的数值模拟研究.pdf

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1、2011年10月矿业安全与环保第38卷第5期护巷煤柱宽度与回采巷道支护的数值模拟研究陈蓥，张宏伟，张哲，刘军，韩军(1辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁阜新123000；2．煤炭科学研究总院沈阳研究院，辽宁沈阳110031)摘要：基于铁法晓明矿N709综采工作面煤层赋存条件，采用FLAC数值模拟分析了区段护巷煤柱宽度为3，5，8，12，l5，17，2O，25m条件下煤柱支承压力分布情况和巷道围岩变形破坏特点，确定工作面护巷窄煤柱合理宽度为3m，并对该窄煤柱进行了回采巷道锚网索联合支护设计。通过

2、现场矿压观测，证明了锚网索联合支护效果较好，不仅保证了巷道的安全稳定，而且提高了煤炭采出率。关键词：窄煤柱；数值模拟；回采巷道；锚网索支护中图分类号：TD322．4；TD353文献标志码：A文章编号：1008—4495(2011)05—0004—03煤柱护巷有窄煤柱护巷和宽煤柱护巷两种方及回采巷道稳定的前提下，最大程度地提高煤炭采法。窄煤柱护巷理论依据是¨，在采空区边缘煤体出率。存在应力降低区，将巷道布置在低应力区，支护载荷较小，巷道易于维护。宽煤柱护巷强调煤柱的稳定性，即在煤柱中问有一定宽度的弹性

3、核区，能使煤柱不完全塑性破坏，从而有较高的支承能力，对巷道有保护作用。不论宽煤柱还是窄煤柱护巷，煤柱宽度的改变不仅使其内应力状态发生变化，而且使相邻工作面煤体内应力场也发生变化，这势必影响巷道图1煤柱稳定状态示意图围岩的力学特征及其稳定性J。笔者以晓明矿N，709工作面地质技术条件为背景，针对煤柱宽度／、变化对回采巷道围岩应力与位移分布规律的影响进行了全面分析研究。1煤柱稳定性理论分析r1＼／／／／／／／／A区段煤柱受回采巷道及邻近采空区的影响，煤I煤柱1柱边缘处的煤体会受到不同程度的破坏，回采空间

4、图2煤柱失稳状态示意图和回采巷道在护巷煤柱两侧形成各自的塑性变形区。采空区与回采巷道形成后，应力向煤柱深部转移，直到煤柱的承载强度与支承压力达到极限平2工程概况衡时，煤柱才处于稳定状态。大量研究表明，煤柱能晓明矿位于铁法煤田中西部，矿井年产量180万t，够保持稳定状态，在理论上形成如图1所示的应力现开采N，709工作面，工作面长200m，推进长曲线。煤柱处于失稳状态，在理论上形成如图2所1360m，地面标高+74．3～+76．0m，井下标高示的应力曲线。煤柱宽度确定原则是在保证煤柱一390～一625

5、m，工作面煤层整体呈向斜构造，两翼倾角不等，南部平均倾角l4。，北部平均倾角13。、收稿日期：2011—03—09；2011—07—19修订直接顶为粉砂岩与细砂岩互层，平均厚度3．6m，近作者简介：陈蓥(1982～)，男，辽宁阜新人，在读博士研究生，主要从事矿山压力及其控制、地质动力区划的研究工水平层理，含炭屑；老顶为粗砂岩，平均厚度19．3m。作。E—mail：cyzx0824@yahoo．com．(31。直接底为粉砂岩，平均厚度2．5131，水平层理，泥质胶··2011年10月矿业安全与环保第3

6、8卷第5期结。工作面东部为N710工作面采空区。N709工巷道失稳。随着煤柱宽度的增加，煤柱中的应力峰作面运输巷净宽5．0m，净高2．8m。值逐渐减小，应力曲线趋于平缓，当煤柱宽度大于20In后煤柱中出现明显的弹性核区，随着宽度的增3煤柱宽度数值模拟研究加，弹性区的宽度也随之增加。3．1模型建立35数值模拟法具有较强的运算功能，同时具有模30≯^一艘殴、、·＼／、25拟不同地质条件、不同煤柱宽度甚至是不同支护强腰、、～———．—J’●一、、案20，

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11、度下煤柱的受力、巷道变形等状况，是目前研

12、究煤柱日15i

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17、10留设宽度普遍采用的方法。采用FLAC。软件进蝴5／{

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19、／。。一、、、、行模拟，根据晓明矿N709工作面地质情况建立模0．04．08．012．016．O20．024．028．0型，模型长210m，高40m，单元采用不等划分。模距离／m+3ril煤柱+5m煤柱—-8m煤枉～12m煤柱型采用莫尔一库仑屈服准则判断岩体的破坏，模型一15rn煤柱+17m煤柱一20m煤柱一25m煤柱侧面限制水平移动，底面限制垂直移动，上部施加垂图4煤柱应力分布曲线直载荷模拟上覆岩层的质量。

20、依据研究问题的需要，分别模拟煤柱宽度为3，5，8，12，15，17，20，25Ill3．3回采巷道表面位移分析时围岩应力分布及巷道变形情况，确定合理的煤柱为了掌握煤柱宽度对回采巷道(无支护条件下)宽度。稳定性的影响，在数值计算过程中，监测了N709回3．2煤柱应力分析采巷道表面位移的变化情况。不同煤柱宽度条件通过在模型中设置监测点，得到关于煤柱及实下，巷道表面位移的变化情况见图5，可以看出：煤柱体煤中应力分布的监测数据。巷道回采侧帮(实体宽度为3113时，巷道顶板及回