旺格维利采煤法合理煤柱尺寸研究.pdf

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1、2009年第1期煤炭工程旺格维利采煤法合理煤柱尺寸研究彭海兵，李瑞群(神华集团神东煤炭分公司大柳塔煤矿，陕西神木719315)摘要：神东煤炭分公司部分矿井在采用旺格维利采煤法回采过程中，为取得煤柱与顶板的作用关系，获取合理的煤柱留设尺寸，进行了大量理论和现场工作。文章针对大柳塔煤矿旺采工作面的具体情况，在结合理论计算基础上，对合理煤柱尺寸进行了数值模拟研究和现场监测，从而得出了合理的煤柱尺寸。关键词：旺格维利采煤法；煤柱尺寸；数值模拟；煤柱应力监测中图分类号：TD822．3文献标识码：B文章编号：1671—0959(2009)0l_()0O50引言神东矿区部分旺采工作面回采存在两大问题：由于煤

2、柱尺寸大，资源回收率低，造成资源浪费；煤柱留设和顶板控制具有盲目性。本文以神东矿区大柳塔煤矿12406旺采工作面为研究对象，对合理煤柱尺寸进行研究。该工作面煤层倾角0～6。，煤厚5m，直接顶以粉砂岩为主，厚0～4．03m，老顶以中粗砂岩为主，煤层顶板中等稳定。煤层直接底岩性多为粉砂岩、砂质泥岩；老底为粉、细砂岩中厚层状，比较图1煤柱模拟模型稳定。1数值模拟强1．1模型建立8m数值模拟计算以124o6旺采工作面实际开采情况及其昌采动环境建立模型。吕根据采矿经验与力学模型计算理论，模型左右边界设1-蓥●置水平位移约束，下边界为固定约束，上边界加载，采用J支、联煤柱逐步开采的阶段分析法进行模拟分析。

3、模型尺寸长(Y方，巷g

4、向)110m，宽(X方向)1o0m，高(Z方向)53m，根据研究要10-、刀I煤柱求划分不同大小的模型网格。模型埋深H=120m，左右边Ng乎巷界“=0，下边界u=0，上边界为应力边界，施加H煤柱85m1．52MPa的垂直荷载，网格布局见图1。．5m：1．2模拟方案参数选取0N吕区段护巷煤柱为获取合理的煤柱留设参数，采用方案对比的方法进行数值模拟。模拟分2个方案进行，分别为当前开采状况图2当前监测设计方案模型参数模拟方案和二次设计模拟方案。各模型参数如图2、图3所示，各方案参数对比情况见表1。入本工作面数据。2其中二次设计方案计算过程如下，旺采面刀间煤柱均=203百W(

5、1)属于无核区长煤柱，煤柱宽度设计选取两区约束理论，代收稿日期：2008—09—24作者简介：彭海兵(1975一)，男，河北卢龙人，毕业于太原理工大学采矿工程系，多年从事煤矿生产工作，先后在大柳塔煤矿连采队、综采队任队长职务。5煤炭工程2009年第1期2模拟结果分析8m2．1平巷护巷煤柱应力模拟结果图4为当前方案平巷煤柱应力分布图，其中高应力分布区在距平巷一侧8～lOre范围，1—5m范围应力明显小于{高应力区，数值约为6～7MPa，未达到煤柱破坏强度，得{1支．审二]．-—r--L。联出煤柱存在较大富余尺寸，稳定性很好。巷==刀n要：平罨5,1~-k-lz8m．5m：Jg0区段护巷煤柱1图4

6、当前方案平巷煤柱应力图3二次设计方案模型参数二次设计方案平巷护巷煤柱应力分布状况如图5所示。刀间小煤柱：从图5中可以看出煤柱同样存在高应力集中区域，范围为距平巷一侧4～5m，周围区域应力明显减小。靠近平巷一1√2—03—yL_1·

7、2一m(2)侧煤体所受应力明显小于靠近采空一侧。核区外煤柱应力联巷处刀间煤柱：均小于3MPa，远小于煤柱屈服强度。⋯2√乏·4m㈩平巷护巷煤柱：=[1n(苇卜叫㈩根据本工作面情况，解得r=7．8m，取8．Om。式中——煤柱承载能力，MPa；图5二次设计方案平巷煤柱应力——覆岩平均容重，kg／in；加——煤柱宽度，m；从模拟结果可以看出，当前方案和二次设计方案平巷覆岩

8、厚度，In；煤柱均存在核区分布，并且均保持了稳定状态。可以看出，J——煤柱长度，m；8m宽度的平巷煤柱即能起到很好的对顶板和巷道的保护效——煤柱尺寸；In；用。口——屈服区与核区交界面处的侧压系数，取0．47；2．2刀间煤柱应力模拟结果f煤柱高度，取3．5m；各方案刀间煤柱应力分布模拟结果如图6、图7所示。d——开采扰动因子，取1．8；2．2．1当前方案‘D——煤体内摩擦角，取30。；图6为当前方案刀问煤柱应力分布图。刀间煤柱应力c——煤层顶底板接触面的粘聚力，取2MPa；值范围为7～IOMPa，有部分煤柱区域超过IOMPa。煤柱受or——一煤柱极限强度，经计算为6．714MPa；力较大，刀间

9、大煤柱应力略大于刀间小煤柱，应力分布极P——煤壁的侧向约束力，为0。不均匀。表1两方案对照表2．2．2二次设计方案图7为二次设计方案煤柱应力分布状态图，由图中可以看出，刀间煤柱受力分布较均衡。刀间大煤柱受力略大于刀间小煤柱，煤柱受力处于2～4MPa之间，而此压力范围可以使得煤柱保持较好支撑状态而不发生破坏。从图中还可以看出，第2排和第4排煤柱受力明显小于其它。62009年第1期煤炭工程1]}l『』