复合顶板中厚煤层沿空掘巷煤柱宽度研究-论文.pdf

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1、20孙龙琦李阳赵龙龙复合顶板中厚煤层沿空掘巷煤柱宽度研究复合顶板中厚煤层沿空掘巷煤柱宽度研究孙龙琦，李阳，赵龙龙(1．陕煤集团蒲白矿业公司，陕西蒲城715517；2．西安科技大学，陕西西安710054；3．山西冀中能源集团矿业有限责任公司，山西太原030000)摘要：将沿空掘巷煤柱宽度按照沿采场边缘的塑性区、煤柱侧帮锚杆支护作用区和安全余量三部分之和作出了初步确定，采用极限平衡理论计算了采场边缘的塑性区宽度，利用自稳隐形拱理论确定了帮锚杆支护作用区，并通过Midas数值模拟获得了最佳煤柱宽度。根据自稳隐形拱理论对沿空掘巷顺槽进行了支护设计，为复合顶板中厚煤层

2、下沿空掘巷支护提供了理论依据。关键词：沿空掘巷；窄小煤柱；自稳隐形拱理论；数值模拟中图分类号：TD353文献标识码：B文章编号：1671—749X(2014)04—0020—03低区段煤柱损失，区段平巷的护巷煤柱宽度应尽可0引言能小一些j。但若煤柱宽度过小，由于应力集中程沿空掘巷是无煤柱开采的一种有效技术。尽管度高，煤柱破裂而使锚杆可能安设在破碎围岩中，致取得了一定成就，但在选取合理煤柱宽度方面一直使锚杆锚固力减弱，使其实际支护效果较差]。没有统一认识，结论差距较大，煤柱宽度从1～10m设计煤柱宽度：根据窄小煤柱设计原则，最小护不等。J。由于对煤柱合理宽度认

3、识不清，导致巷巷煤柱宽度B=++(1)道支护困难，制约回采工作推进。因此，研究合理煤式中：为帮锚杆有效控制范围；为采场边柱宽度问题，直接决定了沿空掘巷锚网支护的成败。缘塑性区宽度；为安全余量。本文通过理论计算和数值模拟，对复合顶板中厚煤帮锚杆支护有效范围确定：根据自稳隐形拱理层沿空掘巷煤柱宽度确定问题进行了探讨。论J，巷道顶板可以分成，自然冒落拱、自稳隐形拱、极限自稳隐形拱三个区域。自稳隐形拱理论认114520工作面及沿空掘巷煤柱为，在完全没有支护情况下巷道的极限片帮深度为1．114520工作面地质条件巷道高度h的一半。帮锚杆的锚固深度应大于14520工作面

4、位于朱家河煤矿四采区5煤层，极限片帮深度，取巷道高度2．6m，则>1．3m。埋深250m，煤层平均厚度3．9m，倾角7。。直接顶采场边缘塑性区宽度计算：根据煤巷两帮煤体为1．5m的粉砂岩，基本顶为8m的砂质页岩，底板应力和变形极限平衡理论，经相关公式计算，上为5．8m厚的灰色～灰白色中细粒石英砂岩(K3标区段工作面开采在煤柱中产生的塑性区宽度：志层)。与14520工作面相邻的14518工作面已经1．7m。取安全余量经验值=0．6m，可以得到理回采结束。论煤柱宽度B=1+2+3=3．9m。1．2沿空掘巷煤柱宽度确定1．3沿空掘巷煤柱最优宽度数值模拟为减少巷道围

5、岩移近率以使巷道保持稳定，降由理论计算可知，沿空掘巷煤柱宽度在4m左右，为了更好的确定煤柱合理宽度，在其他条件不变收稿日期：2014—02—23作者简介：孙龙琦(1963一)，男，陕西渭南人，1987年毕业于中国矿的前提下，现对煤柱尺寸为3．0m、3．5m、4．0m、业大学采矿工程专业，高级工程师，长期从事煤矿技术及管理工作，现任陕煤蒲白矿业公司副总经理兼总工程师。4．5m、5．0m、5．5m6种方案进行数值模拟比第4期孙龙琦李阳赵龙龙复合顶板中厚煤层沿空掘巷煤柱宽度研究21较J。岩层的各项物理力学参数如表1所示，计沉量为8．0～17．0cm；煤柱宽度4．5

6、～5．5m时，顶算采用Midas数值模拟软件的3D模型。板下沉量反而增加；②在3．0～4．5m范围内，巷道表1岩层物理力学参数两帮移近量随煤柱宽度增加而减小，4．5～5．5rn范围内，两帮移近量随煤柱宽度增加又有所增大。岩层白松比茄零从数值模拟结果分析看，14520工作面沿空掘老顶250．229．13．8363．50直接顶21．50．355．01．4330．80巷煤柱最优宽度在4～4．5m之间，与理论计算结果5～13．50．31．10．8300．55(3．9m)相差不大，这也从数值分析的角度证实了底板260．187．01．5320．70理论计算的煤柱宽度的合

7、理性。数值分析模型：14520工作面煤层平均厚度3．92沿空掘巷顺槽支护设计及效果分析m，设计沿空顺槽断面为4m×2．6m的圆角矩形，根据圣维南原理，模型尺寸应该为巷道工程尺寸的2．1沿空掘巷顺槽支护设计3～5倍，建立了145m×78m(宽×高)的模型。模顺槽支护深度计算：由围岩稳定区域划分图可型侧面为滑动支撑，底部为固定支撑。以看出，拱形巷道断面形式可有效减小自稳隐形拱数值模拟结果分析：塑性区能够直观地反映煤可能冒落的岩体，并减小顶板支护深度。因此，本次柱变化，分析塑性圈是判断围岩是否破坏的常用办方案设计巷道断面为圆角矩形，尺寸为4m×2．6法。从煤柱宽度

8、3．0～5．5m下的巷道围岩塑性区m，巷道顶部水平部