综采工作面近断层开采下保护煤柱合理宽度留设研究.pdf

当代化工研究 o c Motiem Chemical Research2020 18 技术应用与研究 综采工作面近 断层开采下保护 煤柱合理宽度 留设研究 *程建业 （山西离柳焦煤集团技术研发中心山西032300） 摘耍本文对矿井地质条件状况实行浅谈，对计算方法情况进行刍议，对区段煤柱宽度数值模拟分析要点加以研究，主要的目餉合理 留设综釆工作面近断层开采煤柱宽度，加强对煤柱宽度留设的保护，使煤柱留设宽度适宜. 关键词综采工作面；近断层开采；煤柱；宽度；留设 中图分类号T 文献标识码A Study on Reasonable Width of Protective Coal Pillar under Near-fault Mining in Fully Mechanized Coal Mining Face Ch en g Jia n y e Tec h n o l o g y Res ea r c h a n d Devel o pmen t Cen ter , Sh a n xi Lil iu Co kin g Co a l Gr o up, Sh a n xi, 032300 Abstract This paper discusses the geological conditions of the mine, discusses the calculation s, and studies the key points ofnumerical simulation analysis of the section coal pillar width. The main purpose is to reasonably set up the coal pillar yvidth near the fault in fatty mechanized mining face, strengthen the protection of the coal pillar width, and make the coal pillar width suitable. Key words fiilfy mechanized coal mining face； ； near-fault mining} coal pillar \ widths setup 煤矿开采期间，应在综采工作面近断层开采条件下，加 强对煤柱合理宽度留设的保护，合理使用测算方法、观测方 法、加强对煤层开采后煤柱应力的分析等，以确保煤柱宽度 留设的效果，并为后续工作奠定良好的基础。 1 矿井地质条件状况浅谈 以山西省长治市矿井为例，其四周地形为土质山地，矿 区居民所处距离在30km左右，通过常规模式开采，矿区内格 局主要包括不同的开采区，生产能力每年约为800万/t。结 合煤矿特点来看矿井为一般矿井、技术要求较低，可为综采 工作面近断层开采保护煤柱合理宽度留设提供支持。 2.计算方法情况刍议 结合开采前工程提交报告发现，开采过程中需对7号拐 点测算，通过计算得出这一区域开采所致岩石移动约75m, 为正常移动。在此之后，根据岩石移动状况，对保护煤柱宽 度留设加以研究，参数选取煤层厚度25m,矿区开采时地表 开采、软土覆盖移动角，通过这种方式对移动角进行计算存 在一定的偏差，因而需结合具体状况选用适合的方法处理山。 ⑴测界婆点 因煤矿比较特殊，实行煤矿开采测算时会使用垂线法 处理，这一方法留设属于变形算法，计算时地壳底板标高约 为1654.5m、软土层厚度、坚硬岩石群落厚度、移动角分别 为10m、50m、50。通过垂线法计算可在相同时间将数据 指标代入开采结算结果中，从而获得最终的煤矿煤柱留设宽 度l l Om,开釆时取最大值120m孔测算过程选择的为煤矿具 体开挖矿区，所以能够确保计算结果的真实性，加强对矿区 开挖煤柱的保护。注意事项这个过程容易受到环境因素影 响，故此开挖宽度需较计算结果稍大一些，以此降低对地下 煤柱造成的损害。 ⑵ 观测要点及相关需要注意的事项 煤矿开采煤柱保护宽度留设最后确定留设的范围为 120m,然而同样需经观测加以核实，矿区观测方法的应用能 通过计算机计算值图辅助测定，以岩石层走向观察可见， 工程开采区域上山方向角度约为70 ,下山走向在65左 右，通过公式计算能观察到岩石在正常范围内移动闻。与此 同时，矿区开采期间需加强对观测结果的分析，其一，应进 行公式计算、加强对煤柱宽度留设的保护，这就要求相关测 量人员使用各种测定方法测量，保证矿区开采宽度留设更加 科学、合理。其二，获得计算结果后对观测结果复查，了解 煤柱区域宽度、软土层岩石层宽度，确保宽度留设过程避免 发生计算结果不正确的现象。其三，加强对煤柱宽度留设保 护，使开挖距离稍高于测量结果。实行矿区开挖的时候二次 观测选择、开挖细节，均需加以深入分析、研究，进而达到 最佳的煤柱宽度留设效果。 图1围岩观测 ⑶加強对煤层■开采后煤柱应力的分析 煤柱宽度达到55m会随着工作面宽度发生变化，通过煤 柱应力变化分析结果可见，煤柱宽度处于55m、工作面宽度 加大，这时煤柱垂直应力经小一大发生改变。而工作面宽 度处于70m垂直应力最小，究其原因和工作面宽度处于该范 围采空区覆岩层发生垮落现象，煤柱支撑上覆岩层重量下降 有关，同时采空区域覆岩层垮落采空区破碎岩石、煤柱可共 同支撑上覆岩层，因此利于降低上覆岩层重量。除此之外， 86 技术应用与研究 2020 ・ 18 当代化工研究 Modem Chemiad Remearch 煤柱应力分析时开釆人员认为，应力无法保持稳定的状态 下，发生煤柱开采区过度开采情况的概率较大，会在一定程 度对煤柱结构造成不利影响。针对于此，需要加强对煤层开 采后煤柱应力状况的分析，为降低煤柱承受的应力工作面宽 度应设置为70m,尽最大限度回采煤炭资源，主要目的提 高煤层安全开采效果、煤柱的稳定性，断层保护煤柱宽度、 工作面宽度分别留设55m、70m。 图2煤层开采 ⑷合理使用围岩稳定性控制技术 根据地质生产条件、围岩结构特点发现，回风巷道维护 中围岩强度容易受到四周工作面回采所影响，这时巷道开挖 后会在较短时间发生破损，这对后期工作面回采工作的影响 非常大。与此同时，煤柱属于砌体梁结构中的重要部分，易 受到工作面开采、基本顶破断，以及巷道开掘等因素影响， 引发大变形状况。回风巷在支撑压力曲线AB段煤壁距离越 大、支撑压力则会更大，所以不能保证巷道顶板岩层压力保 持均衡。故而，需实行煤柱帮及顶板支护，使得采掘过程中 围岩保持稳定状态，合理应用围岩稳定性控制技术，进行煤 柱帮高强锚杆支护，巷道掘出后使用该方法支护降低围岩强 度，防止发生煤柱帮压变形问题⑷；顶板非对称锚索支护重 视煤柱帮侧布置，能针对变形问题。煤柱顶板支护，斜拉锚 索固定在肩角状态稳定的压缩区域，经施加预紧力提高层面 间法向应力，从而不断加强高层面剪切的强度，避免产生岩 层滑移和台阶下沉的状况。 ⑸加强对高强度开采综放工作面煤柱宽度的分 析 结合计算结果、内外应力场理论分析发现，需要留设5m 窄煤柱，顺着沿空巷道内应力场，具体需考虑到高强度综放 开采生产需要、多次采动，以及基本顶破断和巷道大断面等 情况，对于巷道围岩构成的不良影响。其一，应保证煤柱宽 度达到掘进过程巷道围岩稳定性的要求，及工作面回采的安 全，使用高强度开采工作面，比如12209工作面、12210工 作面。因采动对于区段煤柱、巷道会构成不同程度的影响， 留设5m小煤柱可在低应力环境下布设，容易受到多次釆动因 素所影响，企业方面需关注到煤柱稳定性、巷道采掘安全问 题页。其二，巷道四周断裂位置比较容易发生强烈的矿压现 象，因而需达到开采、大型设备运输的相关标准，避免发生 采空区漏风所致残煤自燃、瓦斯溢出等方面问题，将煤柱的 宽度设置为10m以上。煤柱宽度保持在10〜12m,基本顶在煤 柱上方破断，破断线距离巷道煤柱帮3m左右，能够很好的规 避基本顶在巷道四周破断所引发围岩失稳现象，而且利于提 高煤柱承载能力。 3.区段煤柱宽度数值模拟分析要点研究 ⑴构建数值模型、煤柱设计计划 结合试验巷道地质条件构建三维数值模型，将X轴、Y 轴、Z轴方向分别设置为320m、400m、750m,模型左边界、 右边界x方向速度、前后边界y方向速度均为0,底边边界x方 向、y方向、z方向的速度同样为0,上边界加载荷12MPa、侧 压系数为1。煤岩体使用库伦莫尔模型进行计算，模拟工作 面推进120m,采空区侧向支撑压力分布，每组的宽度分别为 12m、18m、32m的时候，巷道围岩应力、变形，以及破坏等 相应特征明显。 ⑵高强度开釆综放工作面支推压力主要特征分 析 巷道围岩表面位移、煤柱宽度联系紧密，煤柱宽度更 小顶板变形则会经小_大发生变化，煤柱宽度通过32m12m 变化，顶板变形量降低，这时煤柱宽度经12m降低到6m,顶 板变形的概率增加间。煤柱宽度降低、煤柱帮及实体煤帮变 形规律基本相同，两帮变形量逐渐提高。煤柱宽度降低到 W12m,变形量增加。煤柱宽度降低底板变形加大，煤柱宽 度更小、变形速率则会更大，整体变形量则会下降。和掘进 过程比较，由于受到超前采动的因素影响，顶板、底板，以 及两帮变形量加大，表面位移量较高且煤柱宽度增加，故此 帮变形、底板变形率加大，这时顶板变形会经加大一减小发 生改变。 ⑶区段煤柱宽度确定要点 结合数值分析结果将煤柱宽度分为不同的区域，以便 对煤柱宽度、巷道系统稳定间的关系加以评判，煤柱宽度较 大巷道应力环境处于原岩应力，巷道保持稳定的状态，这时 变形量非常小、会损失较多煤炭资源，煤柱宽度212m煤柱 承载较大顶板压力，巷道为高应力状态下围岩变形的可能性 加大。煤柱宽度为12m实体煤为顶板承受着非常大的压力， 围岩变形量中等状态采取相应对策处理，可提高煤柱的稳定 性，这个过程需尽可能确保巷道为低应力状态下，防止高应 力所致煤体持续变形情况的发生，同时应加强对隔离采空区 的管控，合理使用煤炭资源，考虑到煤炭的回收率，确定沿 空掘巷煤柱留设宽度为10m。 4结语 当前，我国煤矿开采业发展前景较好，需要相关人员在 煤矿开挖时，加强对煤柱宽度留设保护的重视，采用计算、 测量等方式，合理留设煤柱的宽度，以便降低对矿区四周地 质构成的不良影响。 【参考文献】 [1] 孙涛胜，孙来.南阳坡煤矿3号煤层区段煤柱合理宽度研究 与实践[J].煤矿开采,2018, 023 006 24-27. [2] 王琦.回采工作面导水断层防水保护煤柱合理宽度研究 [J].煤矿现代化，2019, 000 002 78-80. [3] 郑志军.石窑店煤矿综采工作面煤柱合理宽度研究[J].煤 炭技术，2018, 037 010 39-41. [4] 余波,于化江，毕忠伟.长壁工作面合理区段煤柱宽度的留 设[J].采矿技术，2019, 019 002 14-17,19. ⑸段军，梁智广，岳洪辉，等.孤岛工作面合理煤柱宽度研究 [J],煤炭技术,2018, 037 006 11-14. [6]樊勇.余吾煤业综放工作面窄煤柱合理宽度留设研究 [J].煤, 2018, 027 0048-11,27. 【作者简介】 程建业 1987-,男，山西离柳焦煤集团技术研发中心；研 究方向采矿工程.