综放工作面区段煤柱合理宽度研究.pdf

2020 年第 8 期2020 年 8 月 回采巷道的掘进打破了围岩原有应力平衡状态， 应力重新分布，导致巷道围岩应力增加，造成煤体受 力增大，支承强度降低，煤柱侧变形较大，严重影响 巷道的稳定[1-2]。另外，回采巷道掘进前，巷道实体煤 帮为弹性区，承载着上覆岩层质量；而回采巷道掘进 后，支承压力因重新分布而向内部转移，煤体边缘形 成新的破碎区、塑性区和弹性区，此时巷道围岩变形 量由煤柱承受力决定。通过对区段煤柱宽度进行合理 的优化，使巷道位于应力降低区，有利于维护巷道稳 定，同时对实体煤帮变形也起到较好的抑制作用[3-4]。 留煤柱沿空掘巷时，如果煤柱宽度不合理，则巷道在 掘进及之后的服务期间，其围岩变形较大、巷道不稳 定，给巷道的使用和支护带来诸多困难[5]。因此，选择 合理的区段煤柱宽度是确保沿空掘巷质量的关键。国 内外学者和专家已经对确定合理的煤柱宽度进行了大 量研究，但是各煤矿生产地质条件不相同，因此针对 具体的煤层赋存条件，对煤柱宽度进行优化设计，不 仅有利于巷道维护，还有利于提高煤炭资源回采率， 进而提高矿山经济效益。 1工程概况 晋煤集团长平公司位于山西省晋城市高平市境内， 目前主采 6 号煤层，其 1603 综放工作面沿煤层走向布 置，东部、西部、南部和北部依次为 1602 综放工作面 采空区、未采区、边界煤柱和采区大巷。1603 综放工 作面区段煤柱宽度为 20 m。在 1603 综放工作面回采期 间，由于巷道围岩变形处于合理范围内且变形量较小， 需对区段煤柱宽度做进一步的合理优化设计，在维护 巷道稳定、确保工作面安全生产的前提下，提高煤炭资 源回采率。 2区段煤柱合理宽度确定 本文采用弹性核理论计算法来确定 1603 综放工作 面段煤柱的合理宽度。首先假设晋煤集团长平公司 1603 综放工作面区段煤柱宽度为 B，煤柱两侧分别为 1602 采空区和采区大巷，巷道回采导致煤柱内部形成 塑性破碎区、应力升高区以及弹性应力升高区。为方便 研究，对区段煤柱合理宽度计算模型进行如图 1 所示的 简化处理。煤柱合理宽度计算式为 BX1X2X3，1 X315～35X1X2，2 式1中，X1为采空区侧煤体的塑性区宽度，m；X2为 帮锚杆有效长度，此处取 2 m；X3为煤柱宽度余量，m。 采空区侧塑性破坏区及弹性变形区的应力升高叠加 区为锚杆极限载荷下的煤柱边界，此时边界条件为 鄣滓x 鄣x 鄣子xy 鄣y 0 鄣滓y 鄣y 鄣子xy 鄣x 0 -滓ytan渍0C0子xy 伤 赏 设 设 设 设 设 设 设 商设 设 设 设 设 设 设 ，3收稿日期2020-03-12 作者简介尚晨，1994年生，男，山西晋城人，2015年毕业于太 原理工大学采矿工程专业，助理工程师。 综放工作面区段煤柱合理宽度研究 尚晨 （ 晋煤集团长平公司，山西 晋城 048000 ） 摘要 针对沿空巷道围岩受区段煤柱宽度影响较大的问题，以晋煤集团长平公司 6 号煤层 1603 综放工作面区段煤柱 为研究对象，采用理论分析和现场实测相结合的研究方法，对区段煤柱宽度进行优化，并对优化后的巷道围岩变形量进 行现场监测。结果表明，区段煤柱宽度优化为 15 m 时，巷道两帮和顶底板最大移近量分别为 286.21 mm 和 187.89 mm，围 岩变形量较小，区段煤柱起到了较好的支撑作用。 关键词 综放工作面；区段煤柱；合理宽度；围岩变形 中图分类号 TD822文献标识码 A文章编号 2095-0802-202008-0014-02 Research on the Reasonable Width of Section Coal Pillar in Fully Mechanized Caving Face SHANG Chen Changping Coal Industry Co., Ltd., Jincheng Anthracite Mining Group, Jincheng 048000, Shanxi, China Abstract Aiming at the problem that the surrounding rock of gob-side roadway was greatly affected by the width of section coal pillar, taking the section coal pillar of 1603 fully mechanized coal caving face of 6coal seam of Changping Coal Industry Co., Ltd. of Jincheng Anthracite Mining Group as the research object, this paper used the research of combining theoretical analysis and field measurement to optimize the width of section coal pillar, and monitored the deation of the surrounding rock of roadway after optimization. The results show that when the width of the coal pillar is optimized to 15 m, the maximum displacement of the two sides of the roadway and the roof and floor are 286.21 mm and 187.89 mm respectively, the deation of the surrounding rock is small, and the coal pillar plays a better supporting role. Key words fully mechanized coal caving face; section coal pillar; reasonable width; surrounding rock deation （总第 179 期） 能源研究 14 2020 年第 8 期2020 年 8 月 （上接 9 页） 图 1区段煤柱合理宽度计算模型 X2X3X1 B 3结语 针对矿井水害问题，结合华胜煤业煤矿开采过程中 的矿井涌水问题，分析矿井通道涌水的具体原因，同时 针对不同的涌水原因提出相应的解决办法或处理措施。 华胜煤业煤矿属于重整组合矿井，关闭的废弃井 较多，导致在开采过程中废弃井容易出现积水，影响矿 井安全。同时，井田上部水系发达，地下水受周围河流 补给充沛，因此在采掘过程中应加强监测，及时了解掘 进工作面前方含水地层情况。在工作面掘进过程中及 时填充采空区，防止因顶板变形而导致涌水通道增多。 参考文献 ［1］ 王启云.矿井防治水工作研究 ［J］ .煤炭技术， 2010， 291 127-128. ［2］ 靳德武.我国煤矿水害防治技术新进展及其方法论思考 ［J］ . 煤炭科学技术， 2017， 455 141-147. ［3］ 时继虎.基于 GIS的矿井水灾害地球物理信息管理系统研究 ［D］ . 青岛 山东科技大学， 2011. （ 责任编辑刘晓芳 ） 式3中，滓x和 滓y分别为 x 和 y 方向的应力，MPa；子xy为 x 偏 y 方向的切应力，MPa；渍0为接触面摩擦角，毅；C0 为接触面内聚力，MPa。 推导可得采空区侧煤体塑性区宽度为 X1 hA 2tan渍0 ln k酌H C0 tan渍0 C0 tan渍0 Pz A ，4 式4中，h为巷道高度，取 3.2 m；A为侧压系数，取 0.6；渍0取 30毅；k为应力集中系数，取 2.8；酌为上覆岩 层容重，取 30 kN/m3；H为平均埋深，取 312 m；C0取 1.2 MPa；Pz为锚杆支护阻力，取 0.06 MPa。 将数据代入式1和4解得 1603 综放工作面区段煤 柱理论宽度范围为 12.95耀15.21 m。为确保区段煤柱能 有效维护巷道稳定和确保工作面安全生产，确定煤柱 最优宽度为 15 m。 3现场监测 根据理论分析结果，将晋煤集团长平公司 1603 综 放工作面区段煤柱宽度确定为 15 m，并对现场巷道围 岩变形量进行监测，以评价区段煤柱留设效果。巷道 两帮和顶底板位移量现场实测结果如图 2 所示。 由图 2 可知，当区段煤柱宽度为 15 m 时，随着与 工作面距离的增大，巷道围岩变形量总体呈现先急剧 降低后逐渐稳定的趋势。距工作面 0耀10 m 内，巷道两 帮和顶底板移近量均呈现急剧降低的趋势；而随着远 离工作面，在距工作面 10耀100 m 时，巷道两帮和顶底 板移近量均呈现逐渐趋于稳定的趋势。另外，巷道两 帮最大移近量为 286.21 mm，巷道顶底板最大移近量为 187.89 mm，巷道两帮和顶底板移近量均在安全可控范 围内，说明将区段煤柱宽度由 20 m 优化为 15 m 后， 完全可以保证巷道的稳定和安全生产的正常进行。此 外，需注意的是，巷道两帮的移近量比顶底板移近量 大，说明巷道两帮受采动影响大于巷道顶底板。 图 2巷道围岩变形量监测图 4结语 通过对晋煤集团长平公司 6 号煤层 1603 综放工作 面区段煤柱宽度进行优化设计，将区段煤柱宽度由原来 的 20 m 优化为 15 m，并对巷道围岩变形量进行现场监 测，对优化后的区段煤柱巷道稳定性进行了评估。结果 表明，区段煤柱由 20 m 优化为 15 m 后，巷道两帮和 顶底板最大移近量分别为 286.21 mm 和 187.89 mm， 其值在现有支护条件下均在安全可控范围内，可保证 巷道稳定和生产的安全进行，提高了煤炭资源回采率。 参考文献 ［1］ 王福军， 李先志.老虎台矿高应力煤柱区巷道掘进冲击地压防 治技术 ［J］ .煤矿安全， 2018， 499 122-123. ［2］ 金珠鹏， 秦涛， 张俊文.高应力作用下大变形破碎巷道稳定技 术 ［J］ .煤矿安全， 2018， 495 99-103. ［3］ 赵鹏， 马占国， 张帆， 等.孤岛面小煤柱沿空巷道稳定性研究 ［J］ . 采矿与安全工程学报， 20063 354-357. ［4］ 张国锋， 俞学平， 杨纯华.沿空巷道切顶围岩变形控制机理及 工程应用 ［J］ .煤炭学报， 2016， 41增刊 1 35-43. ［5］ 卢文斌， 杨永杰， 郝以瑞.深部孤岛工作面沿空掘巷小煤柱留 设及巷道支护设计 ［J］ .煤矿安全， 2015， 465 208-211. （ 责任编辑刘晓芳 ） 300 250 200 150 100 50 顶底板移近量 两帮移近量 300 250 200 150 100 50 0 102030405060708090100 距工作面距离/mm 0 尚晨 综放工作面区段煤柱合理宽度研究 15