阳泉矿区综放沿空掘巷护巷煤柱合理宽度研究.pdf

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1、2014年第39卷第3期能源技术与管理Vo1．39No．3EnergyTechnologyandManagement99doi：10．3969／j．issn．1672-9943．2014．03．037阳泉矿区综放沿空掘巷护巷煤柱合理宽度研究樊国成，杨晓成-，高瑞z，郭帅(1．阳泉煤业(集团)股份有限公司，山西阳泉045000；2．中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州221116)[摘要]针对目前在孤岛工作面开采时煤炭资源浪费、回采时巷道变形严重、工作面不稳定等问题，运用UDEC2o3．1模拟软件，对阳泉二矿80509综放孤岛工作面沿空侧不同宽度条件下煤柱的应力分布规律及巷道围岩的稳定性

2、进行模拟，认定在煤柱宽度为5．5m条件下，巷道围岩变形最优，可以满足工作面正常生产的需求。[关键词]孤岛工作面；沿空留巷；数值模拟；煤柱宽度；应力分布[中图分类号]TD822+．3[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2o14)03o993寸。0引言2．1模型建立煤层开采中由于煤层地质条件、采掘协调、生基于钱鸣高院士提出的岩层控制关键层理产准备滞后等综合原因导致工作面接替不合理而论[1]，具体考虑到阳泉二矿煤层地质条件，将关键引发的孤岛工作面日益增多。而目前孤岛工作面层上部220m厚岩层简化为均布载荷加在模型上回采时沿空侧巷道仍留设大煤柱护巷，不仅造成边界，关键层及其下部岩

3、层全部模拟铺设，模型方资源浪费，且巷道围岩变形严重，影响正常生产。案范围为宽500in、高230in。围岩本构关系采用因此，选择合理的煤柱尺寸，对于提高煤炭资源采Mohr—Coulumb模型，参照该矿工作面实际岩体力出率、保证矿井的安全生产=具有重要意义。学特性，并根据UDEC特性确定煤岩层岩石力学文章综合应用数值模拟、理论分析、现场监测指标，如表1所示。等多种方法，系统研究高应力孤岛综放面沿空掘表1UDEC模拟煤岩层岩石力学指标巷煤柱应力分布规律、围岩变形机理及其控制技术，确定沿空掘巷护巷煤柱宽度最合理值来减少煤炭损失及控制巷道围岩的稳定，并在阳泉二矿80509综放工作面进行了工业

4、性试验。1工程地质条件阳泉二矿80509综放孤岛面走向长858m，倾斜长200m。工作面煤层属复杂结构煤层，含夹石两层，其中距顶板0．36nl的八寸石，厚约0．21m；距煤层底板2．55m左右的驴石，厚约0．08in左右。煤层总厚6．91in，煤层倾角l~-6。，平均4。。煤层直接顶属泥岩，老顶属坚硬砂质泥岩，厚度分别约为5．68in、6．56m；直接底属坚硬细砂岩，直接底为脆性砂质泥岩，厚度分别约为4．88in和1．6m。2综放面不同宽度煤柱稳定性数值模拟采用UDEc2D3．1模拟软件，通过模拟在不同宽度的煤柱条件下，综放采场工作面沿空留巷护巷煤柱应力分布规律以及在不同宽度煤柱下的

5、顶2．2模型模拟分析板下沉量，从而来研究得出最合理的煤柱留设尺首先模拟综放工作面开采后采空区侧煤体应2014年6月100樊国成，等阳泉矿区综放沿空掘巷护巷煤柱合理宽度研究Feb．．2014力分布规律。通过在顶板岩层中铺设应力监测线，．26得到采空区侧向顶板应力分布规律，如图1所示。．24_22暑40滟．2032．18．16室24．14§．120{)．40．81．21．62．02．42．3．23．68距煤柱距离／m图4不同煤柱宽度条件下的巷道顶板下沉量0l02030405060708U距煤帮距离／m由图4可知，煤柱宽度小于3ITI和大于6m图1采空区侧向顶板应力分布规律时，巷道顶板的下

6、沉量相对较大，其最大下沉量分取两相邻工作面之间留设煤柱宽度为5．5m别达到了250mm和235mm左右；当煤柱宽度在和30nl，对模型进行开挖模拟，得到煤柱两侧煤4～5m之间时，顶板下沉量相对较小。由图4可以体采完之后煤柱宽度方向应力分布规律分别如图看出，当煤柱宽度取4m时，顶板最大下沉量约2、3所不。215mm，煤柱宽度为5m时，顶板的最大下沉量约为195mm。3煤柱宽度优化根据上述数值模拟的结果，进一步采用极限平衡理论进行研究，对合理的最小煤柱宽度B进行计算，其原理如图5所示]。图2沿5．5m煤柱宽度方向支承压力的分布图5合理煤柱宽度计算原理由图5可计算出窄煤柱的合理宽度，其计算

7、式如下：B=x13(1)Co其中ln(2)图330m煤柱宽度方向应力分布规律而Co+。A通过对图1～3模拟结果分析，可知随留设煤tan柱宽度的增加，巷道更接近侧向支撑压力峰值。当式中为因上区段工作面开采而在下区段煤柱宽度小于71TI和大于30m时，巷道围岩所沿空掘巷窄煤柱中产生的破碎区宽度，m；m为煤受压力相对较小。当煤柱宽度在4～7rn之间时，层采厚(此处为巷道高度)，m；A为侧压系数；巷道围岩变形及破坏随煤柱宽度增加而变弱；当为煤层界面的内摩擦角，(。