房柱式采煤法煤柱的稳定性分析.pdf

Se r i a l No． 51 0 0c t o b e r ． 201 l 现代矿业 M0DERN MI NI NG 总 第 5 1 0 期 2 0 1 1 年 1 O月第 1 O期 房柱式采煤 法煤柱 的稳定性分析 杨 青 1 ． 安徽 省煤炭科 学研 究院； 2 ． 中国矿业大 学安全 工程 学院 摘要基 于房柱式采煤法， 通过对煤柱的强度计算分析 ， 得 出煤柱的抗压能力； 通过对煤柱 应力分布的计算， 验证 了煤柱的整体稳定性 ； 根据初次来压的计算结果， 得 出回收房式开采煤柱时， 由于开采引起 的应力集 中对煤柱稳 定性的影响。综合各影响因素确定煤房合理的宽度 以及煤柱合 适 的 尺寸 。 关键词房柱式采煤法煤柱煤房 房柱式开采系统就是按 照设计原则开采煤房 ， 再以后退 的方式收回煤柱 。当开掘煤层形成煤房以 后 ， 煤房两侧 的煤柱支撑起顶板岩层 ， 类似于梁的构 造。按照煤房两边的煤柱对顶板岩梁 的限制情况 ， 视为简支梁或者是固定梁 。 1 采煤 方法 某煤矿位于内蒙古 自治区赤峰市宁城县境 内， 属技术改造矿井 ， 现生产能力为 0 ． 3 Mt ／ a ， 采用连采 机 回收房柱式煤柱 。连续采煤机 实现落煤 以后 ， 蟹 爪式装煤机将连续采下的原煤装入 4台无轨胶轮车 中， 运到运输顺槽 ， 卸到刮板输送机内， 与短壁工作 面运输顺槽 内的可伸缩胶带输送机对接 ， 把原煤运 输到东翼胶带机中， 最终运到地面。 2 煤柱的强度计算 煤柱强度计算公式 0 4 6 式中， 。 为煤柱强度 ， MP a ；[ 卢 ] 为煤样单轴抗压强 度 ， MP a ； g为煤柱宽度 ， m； f 为煤柱高度 ， m。 该煤矿房式开采的相关参数 [ ] 3 6 MP a ； g 8 ． 8 133 ； f _ 4 ． 7 n a 。代入上式， 得 3 5 ． 2 M P a 。 房柱式规格为 8 ． 8 m x 8 ． 8 m4 ． 7 m， 因此煤 柱的抗压能力 F是 F 卢 S 2 7 31 0 k N ． 3 煤柱应力分布计算 因为煤柱内应力的分布非 常复杂 ， 现在只考 虑 煤柱所受到的平均应力 ， 利用从属面积法得出应力 的大小 ， 图 1为从属面积法几何要素。 杨青 1 9 8 3 一 ， 男 ， 2 3 0 0 0 1安徽省合 肥市宣城路 8 1 号 。 ■ 图 1从属 面积几何要 素 总载荷计算 P dg dh r H． 平均应力 』 B P L ， 式 中， d为煤房宽度 ， m； h为煤房长度 ， m； p为岩层 容重 ， t ／ m ； 为开采深度 ， m。 根据该煤矿的具体情况 ， d7 ． 3 m， h g8 ． 8 m， P2 ． 51 0 t ／ m ， L1 0 0 m ． 计算得 8 ． 3 7 MPa ． 该矿煤 柱许 用应力 [ ]3 6 MP a ， 安全 系 数 [ 。 ] 4 ． 3 ， 因此煤柱整体是稳定的。 4 顶板初次来压 回采工作面在推进过程 中， 随着 顶板悬空面积 的增大 ， 前方煤柱及液压支架所受 的压力将产生动 态变化。 设顶板所受均布 载荷 大小为 q ， 则顶 板结构 中 线及各条边界的弯矩分布情况见图 2 。 初次破断距计算如下 板 的长边 、 短边 中部边界处弯矩为 一 南p L 一面 了 ■ ■ 杨 青 房柱式采煤法煤柱的稳定性分析 2 0 1 1 年 1 0月第 1 0期 图 2顶板所受弯矩分布图 一 p L _ _hZ 一 三 ． 由于 nt， ， 所以 N a N ． 顶板初次破断 的条件 6 N。 ’ 式中， 』 9 1 为顶板的抗拉强度 。 取 1 ． 9 MP a ， n1 2 1 m， h d 2 1 ． 7 6 m， 则 I ， 3 1 ． 4 m， 所 以顶板的初次破断步距为 3 1 ． 4 m。因 此在 回采 3排煤柱 以后 ， 顶板初次来压。 由计算结果知道 ， 回收房式开采煤柱时 ， 安全系 数为 1 ． 8 7 ， 开采引起的应力集 中不会对煤柱造成破 坏 。 5 结语 合理地确定煤房和煤柱尺寸、 巷道的布置方式 ， 对于安全高效的房柱式开采意义重大。确定煤房的 宽度应充分考虑顶板岩梁是否稳定 、 设备运行所需 要的最大宽度 ； 确定煤柱的尺寸应充分考虑地质条 件以及开采条件 ， 煤柱的 回收效率也是所需要考虑 的条件之一 。 参考文献 [ 1 ] 刘长友 ， 万志军 ， 卫建 清． 房柱式 开采煤柱 的承载 变形规律 及 其稳定性分析[ J ]． 煤炭学报 ， 2 0 0 1 ， 2 6 增刊 7 1 - 7 5 ． [ 2] 赵 国旭 ， 谢和 平，马伟 民．宽厚煤柱 的稳定性研 究 [ J ] ． 辽 宁 工程技术大 学学报 ， 2 0 0 4， 2 3 1 3 8 - 4 0 ． [ 3 ] 翟所业 ，张开智．煤柱 中部弹性区的临界 宽度[ J ] ．矿 山压 力 与顶板管理 ， 2 0 0 3 ，1 9 4 1 4 1 6 ． [ 4 ] 李德海 ， 赵 忠明，李 东升．条 带煤 柱强度 弹塑性 理论 公式 的 修正[ J ] ．矿冶工程 ， 2 0 0 4， 2 4 3 1 6 - 2 0 ． 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 8 1 9 记者在 线 重庆 市铝土矿累计查明资源储量为 1 ． 1 3亿 t 为摸清我 国矿产资源的基 本情况 ， 2 0 0 7 --2 0 1 0 年 8月期间 ， 国土资源部全 面展开矿产资源利用现 状调查单矿区核查工作 。重庆市 国土资源局对市域 内煤 、 铝土矿 、 锰等 1 5个优势矿产进行了资源利用 现状调查工作。 据介绍， 重庆 1 0 7地质队承担全市铝土矿资源储 量利用现状调查任务后 ， 圈定铝土矿核查矿区 1 1 个 ， 统计发现全市铝土矿累计查明资源储量 1 ． 1 3亿 t ， 保 有资源储量 1 ． 0 6亿 t 。目前 ， 重庆市境内设置的 6个 铝土矿有效采矿权都还有较大的开发利用空间。 玉树发现储量 3 0 0 t 超大型金矿 近 日获悉 ， 青海省玉树州曲麻莱县麻多乡境内大 场地区发现一超大型金矿 田， 远景资源量达 3 0 0 t 。 大场地区地质勘查找矿工作 由青海省地质矿产 勘查开发局第五地质勘查院与加拿大英特赛特矿业 公司联合开展 。近年来双方共投入 资金 2亿多元 ， 并将最先进的钻探设备、 实力最强 的机 台、 最完善的 配置集 中到大场 ， 投入近千名专业技术人员开展勘 查工作 ， 完成槽探 3 3 6 0 0 13 1 。 、 钻探 2 7 7 5 0 m， 找矿成 果显著。 据了解， 勘查区东西长6 6 k m， 南北宽2 6 k m， 面 积达 1 8 0 0 k m 。大场地 区5 3 4 ． 8 5 k m 的整装勘查 区已形成一个超大型金矿 田， 大场 、 扎家 同哪 、 加给 陇洼等 5个矿 田累计黄金资源量 1 9 5 t ， 按现价折算 达 6 0 4 ． 5亿元。2 0 1 1年大场地区有望新增金资源 量 3 5 t ， 累计达到 2 3 0 t ， 到 2 0 1 5年预计整个大场地 区金资源总量可达 3 0 0 t ， 达到超大型规模 。 大场金矿的勘查突破还带出了东昆仑金矿 “ 金 腰带” ， 五龙沟 、 沟里地 区、 滩 间山等 6个 金矿累计 提交金资源量 4 3 0 t ， 远景可达 7 0 0 t ， 按现价折算达 2 1 7 0亿 元 。 55