综放开采护巷煤柱合理宽度优化研究
特厚煤层动压巷道护巷煤柱合理宽度研究
特厚煤层动压巷道护巷煤柱合理宽度研究雷银豹;晋智毅【摘要】针对某矿9＃煤特厚煤层9－704综放工作面动压巷道在本工作面回采过程中，出现变形量过大难以控制的问题，采用理论分析、数值模拟及现场变形实测等手段对特厚煤层综放工作面区段动压煤柱应力分布和动压巷道变形进行研究。
极限平衡法表明在该条件下动压巷道护巷煤柱宽度不应小于24.5 m．数值分析表明，煤柱宽度大于26 m时能够较好地控制煤柱的应力及变形，最终确定该动压巷道护巷煤柱宽度为26 m．现场实测表明，动压巷道变形过大的原因在于护巷煤柱留设宽度过窄。
动压巷道护巷煤柱宽度的计算必须考虑煤柱沿相邻工作面采空区方向及本工作面方向塑性区的宽度。
该研究对类似条件下动压巷道护巷煤柱的留设宽度具有一定借鉴意义。
%Limit equilibrium method shows that pillar width for roadway maintenance in dynamic pressure road -way should't be less than 24.5 m.Numerical analysis shows that it can better control the stress and deformation of coal pillar when the coal pillar width is greater than 26m.Ultimately determines the pillar width for roadway maintenance in dynamic pressure roadway is 26 m.The field measurement shows that the deformation of dynamic pressure roadway is too large because of the coal pillars width is too narrow .For the similar condition , the width of coal pillar has cer-tain reference significance .The calculation of pillar width for roadway maintenance in dynamic pressure roadway must consider the width of plastic zone along the direction of nearby working face goaf and the working face .The study has a certain reference significance forunexploited coal width for roadway maintenance in dynamic pressure roadway under the similar condition .【期刊名称】《山西焦煤科技》【年(卷),期】2016(040)002【总页数】4页(P23-26)【关键词】特厚煤层;综放开采;动压巷道;采动变形;煤柱宽度;极限平衡法;数值模拟;现场变形实测【作者】雷银豹;晋智毅【作者单位】霍州煤电集团庞庞塔煤矿，山西临县 033200;霍州煤电集团庞庞塔煤矿，山西临县 033200【正文语种】中文【中图分类】TD353·试验研究·回采巷道护巷煤柱的留设宽度是采矿工程中一项重要的课题，留设宽度过大，容易造成资源浪费；留设宽度过小，容易造成巷道失稳，进而影响安全以及高产高效开采。
综放工作面采空区侧煤柱合理宽度留设研究
柱表面形成一定的屈服破坏区，该破坏区由煤柱
表面至深部支承压力大致呈现先增大后降低的趋
势，直至达到原岩应力。一般煤柱内应力稳定的区
域可认为是未受破坏的扰动区域咱4-5暂。
留设合理的定，防止采空区内的瓦斯通过煤柱内的
裂隙涌入巷道中，因此煤柱必须保证内部留有一定
宽度的稳定区，同时为了尽可能地提高煤炭资源回
1 矿井概况
山西潞安集团司马煤业 1208 工作面为综放 工作面，开采的煤层为 3 号，煤层的平均厚度为 6.39 m，倾斜角度平均为 3毅。工作面倾斜长度为 200 m，推进长度为 1 247.5 m，采高为 3.2 m，放煤 高度为 3.19 m。工作面东面为已经回采结束的 1207 工作面，西面为尚未开采的实体煤，工作面 巷道布置如图 1 所示，顶底板情况如图 2 所示。司 马煤业地面标高为 +949.78～+993.33 m，1208 工 作面标高为 +536.929～+569.052 m，埋深平均为
415 m。1208 工作面属于典型的综放工作面，回采 过程中的矿压显现比较剧烈。工作面两侧分别为 实体煤和沿空侧煤柱，煤柱留设为 35 m，煤柱的 承载情况及尺寸设计是否合理，缺乏有效的数据 和研究，有必要开展综放工作面回采沿空侧煤柱 变形失稳规律及尺寸优化研究，为后续的工作面 两巷煤柱尺寸留设提供合理的借鉴。
对于厚煤层工作面，煤柱的富裕量 X3 一般按 照 X1+X2 的 15%~35%计算咱6暂。将各参数代入式中 计算，所得煤柱宽度在 24.3~28.5 m 范围。
3 煤柱宽度数值模拟分析
3.1 模型建立 以 1208 工作面的地质条件为基础，建立数值
计 算 模 型 。 模 型 共 模 拟 28 层 ，模 型 总 厚 度 为 110 m，宽度为 245 m，1208 工作面回采推进长度 为 120 m，即模型尺寸为宽 245 m×长 120 m×高 110 m。分步开挖，每推进 20 m 按 1 000 步计算。
综放工作面沿空留巷煤柱宽度优化及支护技术
旋无纵肋螺纹钢树脂锚杆；巷道两帮采用 MSGLD500/20×2200 左旋等强螺纹钢式树脂锚杆，托盘采
用 150×150×10mm 正方形碗状钢托盘（顶板采用 T
型钢带和钢带托盘）。
锚固剂：顶板锚杆每孔使用 MSCKb2350 型和
MSCKb2370 型 锚 固 剂 各 1 卷 ，两 帮 锚 杆 每 孔 使 用
［D］. 徐州：中国矿业大学，2012.
是沿空留巷技术成败的关键。本文以杨村煤矿掘进工作面为研究背景，探究新支护方式及煤柱宽度下巷道围岩的
稳定性，现场实测结果表明：5m 煤柱及优化支护方案可有效控制沿空掘巷围岩的变形，保证了煤炭资源安全高产高
效开采。
【关键词】 沿空留巷；采出率；支护方式；煤柱宽度
【文献标识码】 A
【中图分类号】 TD32
800mm×800mm 的 5 根 2m 锚杆；在巷道的两帮每排
表1
顶底板名称
岩石名称
【文章编号】2096-4102（2021）02-0012-03
布设间排距 900mm×800mm 的 3 根 1.8m 锚杆；巷道
顶板每间隔 3 排锚杆布置 1 排 15.24mm×7400mm、间
排距 2100mm×2400mm 的锚索。
率要小很多，巷道两帮变形量最大减少了 13.52mm，
巷道顶板沉降量最大减少了 11.24mm，采用该支护
方式后巷道围岩变形得到了有效控制。
60
下沉量/mm
层监测的整个过程中，巷道围岩内部各个监测点与
巷道围岩表面各点相比，其变形量相差不大，且在
13 天左右顶板离层趋于稳定，说明优化后的支护方
案有效地控制了沿空掘巷围岩的变形。
段 86.6m。334 轨道顺槽主要沿 3 号煤煤层底板掘
综放面合理煤柱宽度及巷道围岩控制技术探讨
杜莉 （ 山西大 同煤 矿集团 。 山西 大 同 ０ ３ ７ ０ ０ ３ ）
摘 要： 优 化支护 参数 、 支护阻 力和 加大采空侧针对煤柱侧向约束 力 ， 在 一定范围 内提高巷道 围岩与煤柱 的整体承载 受力能力 ， 可以有效保证巷道 的整体稳 定性 ， 为综放面合理煤柱宽 度的确定提供了科学可靠的依据 。 关键词 ： 综放 面 ； 合理 煤柱宽 度 ； 巷道围岩 ； 控制技术
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。 （ Ｉ － ｓ ｉ ｎ ￣ ） ｊ 。 “ 一 ， ｝ 在 公 式
中： ， 岩 体 平 均体 积 力 ， 单位是 Ｍ Ｐ ａ ； Ｈ， 采深 ， 单 位 是 ｉ ｎ ； Ｐ ， 支 护 阻力 ， 单 位 是 ＭＰ ａ ； ０ ， 煤 体 内摩 ； Ｃ， 煤 体 黏 聚 力， 单位 是 ＭＰ ａ ； ｒ ， 巷道 的等 效半 径 。
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盟 ２ ｌ Ｉ ’ ｌ ！ 竺 竺 ！ 竺 ± 堡圭 ！ ｌ 式
ｔ ａ ｎ ％【 ＿ ２ Ｃ ｏ ＇ ＋ Ｍ Ｙ ｏ ｓ ｉ 呻＋ ｔ ａ ｎ ％ － 』 ’
中 Ｂ代 表 屈服 区和 核 区界 面处 侧 压 系 数 ； 是 煤 体 平 均体 积 力 ； ｄ是开采 过 程 中的 扰 动 系数 ， ｄ＝１ ． ５—３ ． ０； “＋” 是 煤柱 上侧 ； “一” 是 煤 柱下 侧 。这里 所 指 的上 侧 上侧 煤 柱 主要 是 指 矿 区巷 道 的 上 侧 方 是 采 空 区 ， 下 侧 同理 。 （３ ） 巷 道 围 岩 塑 性 宽 度
２ ｎ ｌ Ｌ — — — — — ｌ ， 公 式 … 中 的 定
综放工作面沿空侧巷道煤柱宽度优化
收稿日期: 2019-12-24 作者简介: 马华杰( 1979—) ,男,山西晋城人,2011 年毕业于太原理工大学,工程师,主要从事煤矿安全管理工作 ( E-mail) lmdou55@ 126. com
第 2 期 2020 年 2 月
·试验研究·
山西焦煤科技 Shanxi Coking Coal Science & Technology
No. 2 Feb. 2020
综放工作面沿空侧巷道煤柱宽度优化
马华杰
( 山西晋城煤业集团 圣坡底煤业, 山西 晋城 048000)
摘 要 以山西晋城煤业集团某矿北翼二采区 N2102 回风平巷为工程背景,基于原有留设煤柱 宽度 20 m 条件下,沿空侧巷道受邻近工作面回采扰动影响围岩的变形破坏特征,通过现场钻孔窥视 及理论计算分析,确定了覆岩侧方位断裂线位置位于煤柱体上方靠近煤柱帮侧。 通过 FLAC3D 数值 软件对 4 种不同煤柱宽度的应力-塑性区分布情况进行了模拟。 模拟结果表明,留设 5 m 宽的小煤柱 做为 N2103 工作面沿空侧的护巷煤柱效果最佳。 对于 N2102 回风平巷,通过非对称性的优化补强支 护,提高对巷道围岩的控制效果。
2020 年第 2 期
马华杰:综放工作面沿空侧巷道煤柱宽度优化
·37·
图 2 N2102 回风平巷现场矿压显现情况图
现象,导致锚杆支护失效,需要返修重新补打锚杆,见 图 2b) ;屈服煤柱侧煤帮内鼓变形严重,帮部煤体被 严重挤出,对巷道的维护造成了困难,见图 2c);局部 巷道段甚至出现了底板严重底鼓的现象,使得原本水 泥硬化处理过的路面出现鼓起开裂情况,见图 2d) .
综放工作面区段煤柱合理宽度优化研究_康继忠
上的位移，即单约束边界； 下部边界为全约束边 界； 上部边界不约束，施加垂直荷载，模拟上覆岩 层自重。模型的煤岩层分布从上到下依次为基本 顶、直接顶、煤层、直接底、基本底，煤岩体的本 构模型依照摩尔 － 库伦破坏准则，各层煤岩体的物 理力学参数均由试验测定，见表 1。
图 2 三维计算模型 表 1 模型各层煤岩体的物理力学参数
37
2012 年第 10 期
煤炭科学技术
第 40 卷
塑性简化计算等方法，其中较为简单也是理论研究 工 作 者 经 常 采 用 的 是 数 值 模 拟 法［5 － 9］。 FLAC、 UDEC 等大型专业软件的数值模拟技术在采矿领域 得到了广泛应用［10 － 11］。笔者采用 FLAC3D 数值分析 软件，以兑镇煤矿开采地质条件为工程背景，模拟 分析了不同煤柱宽度下工作面回采过程中的矿压显 现规律，研究确定适合该煤矿的煤柱留设宽度。
合理煤柱宽度的留设直接关系到回采巷道支护 效果、煤矿安全生产及经济效益，是煤矿采区设计 的关键问题之一，也是困扰煤矿安全生产的重要技 术难题之一。不同开采条件下，留设的煤柱宽度不 同。留设煤柱过宽，不仅导致煤炭资源的浪费，而 且难以保证煤柱处在支承压力带影响范围外［1 － 4］； 留设煤柱过窄，虽然能减少煤炭损失，但煤柱中的
应力集中现象明显，煤柱的承载能力低，稳定性 差，给巷道维护带来相当大的困难。不同煤柱宽度 对工作面回采过程中的矿压显现有较大影响，因此 可以利用不同煤柱宽度与矿压显现规律的关系，来 反演确定合理的煤柱宽度。确定工作面回采过程中 矿压显现规律的方法包括巷道变形量观测、支架载 荷测量及围岩应力测量，相似模拟，数值模拟及弹
最终确定了区段煤柱合理的宽度为 16 m，工作面实现安全回采。
关键词： 煤柱合理宽度； 围岩应力集中； 围岩塑性区； 数值分析
护巷煤柱宽度设计
护巷煤柱宽度设计在煤矿开采过程中，为了确保矿井的安全稳定，护巷煤柱的宽度设计是一个非常重要的问题。
护巷煤柱宽度的设计直接关系到矿井的安全性和经济性。
本文将从人类视角出发，探讨护巷煤柱宽度设计的相关问题，并提出一些建议。
护巷煤柱宽度的设计需要考虑到矿井的地质条件和煤层的特性。
不同地质条件和煤层的特性会对煤柱的宽度产生影响。
例如，地质条件复杂的矿井需要更宽的煤柱来保证矿井的稳定性。
而煤层的特性也会影响煤柱的宽度，比如煤层的厚度和坚硬程度等。
因此，在设计护巷煤柱宽度时，需要充分考虑地质条件和煤层的特性，确保煤柱能够承受矿井的地压力和覆岩压力。
护巷煤柱宽度的设计还需要考虑到矿井的开采方法和采动规模。
不同的开采方法和采动规模会对煤柱的宽度产生影响。
例如，采用长壁工作面的矿井需要更宽的煤柱来保证工作面的稳定性。
而采动规模越大，煤柱的宽度也需要相应增加。
因此，在设计护巷煤柱宽度时，需要充分考虑矿井的开采方法和采动规模，确保煤柱能够满足开采的需求。
护巷煤柱宽度的设计还需要考虑到矿井的安全标准和法规要求。
不同国家和地区对矿井的安全标准和法规要求不同，因此在设计护巷煤柱宽度时，需要遵守当地的安全标准和法规要求。
这样可以保证煤柱的设计符合安全要求，确保矿井的安全稳定。
护巷煤柱宽度的设计还需要考虑到矿井的经济性。
煤矿企业在进行护巷煤柱宽度设计时，需要综合考虑煤矿的生产能力、成本和效益等因素。
合理的煤柱宽度设计可以提高矿井的利用率和生产效率，降低矿井的开采成本，从而提高煤矿企业的经济效益。
护巷煤柱宽度的设计是一个复杂而重要的问题。
在设计护巷煤柱宽度时，需要考虑地质条件和煤层的特性、矿井的开采方法和采动规模、安全标准和法规要求，以及矿井的经济性。
只有综合考虑这些因素，才能够设计出安全可靠、经济合理的护巷煤柱宽度。
煤矿企业应该加强对护巷煤柱宽度设计的研究和应用，提高煤矿的安全性和经济性，为煤矿的可持续发展做出贡献。
综放开采合理护巷煤柱宽度研究
综放开采合理护巷煤柱宽度研究张少杰;王金安;吴豪伟;朱占东【摘要】根据新柏矿“两软一硬”复合顶板的5 #煤赋存状况,通过理论分析和数值模拟,对不同煤柱宽度时沿空掘巷系统围岩应力分布和破坏特征进行了研究,对不同煤柱宽度时的巷道系统进行了综合分析和评价,确定了相邻工作面区段沿空掘巷留设煤柱的合理宽度,对类似综放沿空掘巷煤柱合理宽度的确定具有参考价值.%In view of the occurrence condition of soft roof and floor with hard 5# coal seam in Xin-bai Colliery of Tuatmg Coal Field, the stress distribution and the failure characteristics in surrounding rocks of roadway were studied with respect to different pillar widths using theoretical analysis and numerical simulation. Through the general analysis and assessment on stability of the roadway system protected by the pillar with different widths, the reasonable pillar width was determined for roadway driving along gob between adjacent working surface sectors, which provides reference to the determination of reasonable position of similar roadway driving along gob.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2012(021)003【总页数】4页(P52-55)【关键词】沿空巷道;煤柱宽度;煤柱稳定性【作者】张少杰;王金安;吴豪伟;朱占东【作者单位】北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD32综放开采沿空掘巷技术有利于提高煤炭资源的利用率和减小巷道的维修量[1-2]，在煤矿生产中得到广泛应用[3-14]。
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ｃ
护巷 道 ， 其是 支撑 作用 主体 ， 护 巷煤 柱宽 度对 资 源采 出率 、 经 济效 益等 有 着 十 分 显 著 的影 响 。对 于 综
时 巷 道 围岩 变形 剧 烈 ， 大于 ２ Ｏ Ｉ ｎ之 后 巷 道 围岩 变形 趋 于 平 缓 ， 增 加 煤 柱 宽度 并 不 能 有 效 地 减 少 巷 道 围 岩 变
形， 巷 道 支 护 系 统 是 围岩 变 形 的 主控 因 素 ， 并 最 终 确 定 护 巷 煤 柱 的合 理 宽度 为 ２ ０ Ｉ ｎ 。 关键词 ： 综放开采 ； 巷道 围岩变形 ； 护巷煤柱 ； 煤 柱 宽 度
煤 柱 的 宽 度 必 须 保 证 煤 柱 的极 限载 荷 ｏ ｒ 不 超
ｋ ｙ Ｈ ＋ Ｃ ｏ ／ ｔ ａ ｎ ￣ Ｐ ｏ ）
其 中， 为煤 层开采 厚 度 。
㈤
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ５—１ ４
作者简介 ： 王
磊（ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 河南 夏邑人 ， ２ ０ １ ２年 毕 业 于 河 南 理
２ ０ １ ３年第 ９ 期
中 州煤 炭
总第 ２ １ ３ 期
综 放 开 采 护 巷 煤 柱 合 理 宽 度 优 化 研 究
王 磊 ， 王晓东 ， 杜志刚 ， 周 红
（ １ ． 山西 煤 炭 进 出 口集 团公 司 大 平 煤 业 有 限 公 司 ， 山西 长治 ０ ４ ６ ２ ０ ３ ； ２ ３ ２ ０ ０ ０ ） ２ ． 安徽 理 工 大 学 能 源与 安 全 学 院 ， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ ０ ； ３ ． 安 徽 理 工 大 学 地 球 与 环境 学 院 ， 安徽 淮 南
其 中， 曰为 煤 柱 宽 度 ； Ｄ 为 采 空 区宽 度 ； Ｈ 为巷
道埋 深 ； 为采空 区上 覆 岩层 垮 落 角 ； 为 上 覆岩 层 平 均体 积力 。 煤 柱单 位 面积 上 的平 均 载荷 即平 均应 力 ：
ｏ ｒ ＝ Ｐ ／ Ｂ （ ２ ）
回采 工作 面周 边煤 体 的塑性 区宽 度 ：
重 力 引 起 的 。 煤 柱 上 覆 岩 层 的 总 载 荷 ：
ｎ
（
）
㈩
其中， ｈ为巷道 高度 ； Ａ为 侧压 系数 ； 后为掘 巷 引 起 的应 力集 中系 数 ； Ｃ 。 为 煤 岩 体 交 接 面 的黏 聚力 ；
。
为煤 岩体 交 界面 的 内摩 擦 角 ； Ｐ 为 巷道 支 架 对 煤 同煤 层巷 道 掘进类 似 ， 回采 工作 面推 进后 ， 采 煤
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ８ ２ ２ ． ３ 文 献标 志 码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ３—０ ５ ０ ６ （ ２ ０ １ ３ Ｊ ０ ９— ０ ０ １ ３一Ｏ ３
回采巷 道一 侧 的护巷 煤柱 用 于隔 离采 空 区和维
过极 限强 度以 大平 矿 ３ １ ０ ７工 作 面 工 程地 质 条 件 为 背 景 ， 应用理论计算和数值模拟计算等方法 ， 分析研究 了 １ ４， １ ７， ２ ０， ２ ３ ， ２ ６ ｎ ｌ 等 不 同煤 柱 宽 度 下巷 道 围岩 变 形 及 煤 柱 内 垂 直 压 力 分 布 特 征 。 研 究表 明 ， 煤柱 宽度低 于 １ ５ ｍ
采 空 区与开 掘 巷道在 煤 柱边缘 处会 出现 数倍 于 原 岩应 力 的集 中应 力 ， 而 在 煤 柱 边缘 处 的煤 体 抗 压
放 开 采 而言 ， 护巷 煤 柱 尺 寸 在很 大程 度 上 决 定 着 巷
（ ３ ）
其 中， 为煤 的单 轴抗 压 强 度 ； Ｂ为煤 柱 宽 度 ；
道 的稳定 性 ， 许 多 巷 道 存 在 因 煤柱 尺寸 留设 不 合 理
造 成 垮 冒及严 重 变 形 而影 响安 全 生 产 。因 此 ， 研
究 综 放开 采采 准 巷 道护 巷 煤 柱 的合 理 尺 寸 ， 使 煤 柱
的 留设 既有利 于 巷 道 的维 护 ， 又尽 量 减 少 煤 炭 的损 失， 对 提 高综放 开 采 的采 区采 出率 非 常重 要 。本 文
（ ０ ． ７ ７ ８＋０ ． ２ ２ ２ Ｂ ／ ｈ ）
（ ４ ）
度：
ｈ Ａ Ｉ
＝
针对 大平 矿 ３ １ ０ ７工 作 面工程 地质 条件 ， 采 用 理论 计 算、 数 值模 拟 等计 算方 法 ， 研 究 了护 巷煤 柱 的合理 宽 度， 为 优化 巷 道布 置提供 依 据 。
１ 煤 柱 宽 度 的 合理 确 定
１ ． １ 载荷 估算 法 护 巷 煤柱所 承 受 的载荷 是 由煤柱 上覆 岩层 及一 侧 或两 侧采 空 区上 覆岩 层转 移到 煤柱 上 的部 分所受
Ｐ＝［ （ Ｂ＋Ｄ）・ 日一（ Ｄ ｃ ｏ ｔ ６ ） ／ ４ ］・
（ １ ）
帮 的支 护强度 。
工作 面周 边煤 柱应 力 重 新 分 布 ， 从 煤 柱 体 边 缘 到深 部， 会 出现破 裂 区 、 塑性 区、 弹性 区和 原岩 应力 区 ， 围 岩应 力 向深部 转 移 。根 据 极 限 平 衡 理论 ， 可 求得
１ ． ２ 弹 塑性 极 限平衡 理论
综 放 工作 面 回采 巷道 多 沿 煤 层底 板 布 置 ， 其 开 挖后 ， 巷 道周 边 围岩应 力重 新 分布 ， 两侧 煤体 边缘 首 先 遭到 破坏 ， 并逐 步 向深部 扩展 和转 移 ， 直至 弹性 区 边 界 。巷道 影 响 护 巷 煤 柱 的应 力 极 限平 衡 区 宽