王庄煤矿综放工作面小煤柱宽度优化分析

综采工作面沿空掘巷窄煤柱合理宽度设计及其应用

煤
炭
工
程
２１００年第７期
综采工作面沿空掘巷窄煤柱合理宽度设计及其应用
于洋，柏建彪，陈科肖同强，
（．中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州１２１１；２Ｉ６２１０）２０８２．中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州
摘
要：采用极限平衡理论和数值模拟方法对综采工作面沿空掘巷窄煤窄煤柱与巷道围岩变形量的关系，确定了合理的窄煤柱宽度，并应用于工程
实践。实践结果表明研究确定的窄煤柱宽度合理、技术和经济效益显著，对类似条件下综采工作
ＹＵＹａｇ，Ｂｉｎ—ｂａ，ＣｎＡＩＪａｉｏＨＥＮＫｅ，ＸＩｏｇ—ｑａｇＡＯＴｎｉｎ
（．ｃｏｌｆｎｎｎｉｅｒｇｈｎｎｖｒｉｆｎｎｎｅｈｏｇ，ｚｏ２１６，ｈｎ；１ＳｈｏｏＭｉｉｇＥｇｅｉ，ＣｉａＵｉｓｙｏＭｉｉｇａｄＴｃｎｌｙＸｕｈｕ２１１Ｃｉａｎｎｅｔｏ２ＳａｅＫｙＬｂｏｏｌｅｏｒｅｎａｅｎｎ，ＣｉａＵｉｒｉｆｎｎｎｅｈｏｇ，ｕｈｕ２１０，ｈｎ）．ｔｅａｆａｓｕｃｓｄＳｆｙＭｉｉｇｈｎｎｖｓｙｏｉｇａｄＴｃｎｌｙＸｚｏ２０８ＣｉａｔＣＲａｔｅｔＭｉｏ
Ａｂｔａｔｈｉｔａａｃｈｏｙａｄｎｍｅｉａｓｍｕａｉｎｍｅｈｄｗｒｐｌｄｔｎｌｚｈａｉｎｌｗｄｈｏｅｎｒｏｓｒｃ：Ｔｅｌｌｎｅｔｅｒｎｕｒｃｌｉｌｔｔｏｅｅａｐｉｏａａｙｅｔｅｒｔａｉｔｆｔａｒｗｍｉｂｏｅｏｈｃａｉａｏｈａｅｙｄｉｉｇａｏｇｔｅｇａｆｔｅｆｌｃａｉｅｏｌｍｉｉｇｆｃ．ＡｃｏｄｎＯｔｅｒｌｔｎｈｐｏｌｐｌｒｆｒｔｅｇｔｗａｒｎｌｎｈｏｆｏｈｕｌｍｅｈｎｚｄｃａｎｎａｅｌｖｙｃｒｉｇｔｈｅａｉｓｉｏｂｔｅｈｉｅｅｔｄｈｎｒｏｏｌｐｌｒｎｈｕｒｕｄｎｏｋｄｆｒｔｎｖｌｅｏｅｍｉｅｇｔｗａ，ｔｅｒｔｎｌｅｗｅｎｔｅｄｆｒｎｔａｗｃａｉａｓａｄｔｅｓｒｏｎｉｇｒｃｅｏｍａｉａｕｆｔｎａｅｙｈａｉａｆｗｉｌｏｈｏｉｔｆｔｏｐｌｗａｅｐａｄｗｓａｐｉｏｔｅｅｇｎｅｎｒｃｉｓｈｒｃｉｅｕｔｈｗｄｔａｅｎｒｏｗｄｈｏｅｃａｉａｓｓｔｕｎａｐｌｄｔｈｎｉｅｒｇｐａｔｅ．Ｔｅｐａｔｅｒｓｌｓｓｏｅｈｔｈａｒｗｈｌｌｒｅｉｃｃｔｃａｉａｄｈｓｕｉｄａｄｓｔａａｉｎｎｅｔｃｎｃｌａｄｅｏｏｃｒｓｌｅｅｏｖｏｓｈｒｃｉａｅｕｔｏｌｏｐｌｒｌｌｗｉｔｔｄｅｎｅｓｒｔａａｄｔｅｈｉａｎｃｎｍｉｅｕｔｗｒｂｉｕ．Ｔｅｐａｔｌｒｓｌｃｕｄｗｏｌｈｓｃｓｐｏｉｅｔｅｃｒｉｕｄｎｅｔｅｅｒｔｎｌｄｈｏｅｎｒｏｏｉａｒｔｅｇｔｗａｒｉｇａｏｇｔｅｇａｆｔｅｆｌｒｖｄｅｔｎｇｉａｃｏｓｔｈａｉａｔｆｔａｒｗｃａｐｌｒｏａｅｙｄｉｎｎｏｆｌｈａｔｏｗｉｈｌｌｆｈｖｌｈｏｈｕｙｍｅｈｎｚｄｃａｎｎａｅｕｄｒｔｅｓｌｒｃｎｉｏｓｃａｉｅｏｍｉｉｇｆｃｎｅｈｉａｏｄｔｎ．ｌｍｉｉＫｅｒｓａｅａｒｖｎｏｇｇａ；ｎｒｏｏｌｐｌｒｗｉｔｙｗｏｄ：ｇｔｗｙｄｉｉｇａｎｏｆａｒｗｃａｉａｄｈ；ｎｍｅｃｉｌｔｎｌｌｕｒａｓｉｌｍｕａｉｏ

综放工作面留设合理小煤柱尺寸研究

困难。为保证巷道安全和提高煤炭采出率，现采用理论计算、现场观测和数值模拟方法综合确定小煤
柱合理尺寸，选择合理的掘巷时间，为类似条件下煤柱留设提供理论依据。
［关键词］小煤柱尺寸；沿空掘巷；侧向支承压力；数值模拟［中图分类号】Ｔ８２３Ｄ２．［文献标识码】Ａ［文章编号】１０－２５（０７３００－３０６６２２０）０－８００
小煤柱沿空送巷有利于确保巷道稳定，减少支护费用，提高煤炭采出率。但留设煤柱尺寸是否合理直接影响巷道的受力状态，影响到支护费用和生产安全。上海大屯能源股份有限公司孑庄煤矿开采Ｌ深度为 … ３５４
～
２ｔ－ａ
求，决定进行留设小煤柱合理尺寸研究。以７５３３工作面为试验区进行研究，７５３３工作面为４９．ｍ煤层综放工作面，埋深５４～４ｍ，倾３６６角２。５，直接顶为２Ｏ．ｍ泥岩，基本顶为４２．ｍ粉砂岩，底板为３２泥岩，工作面走向长度１８ｍ，．ｍ００
ＲｅｅｒｈＯｌＲｅｓｎｂｅＤｉｅｓｏｆＳａｌＰｉａｎＦＩ１ｍｅｈａｉｅｉｉｇＦａｅｓａｃｉａｏａｌｍｎｉｎｏｍｉｌｒｉＩ．ｃｎｚｄＭｎｎｃｌｌ
ＬＩＲｕｉｑｎ。ＷＵｈ．ｉｎ —ｕＳｉ１ｇ，ＡＮ．ｈｏａＢｏｃａ
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第ｌ２卷第３期（第７总６期）２００７年６月

综放面水力压裂切顶优化村庄保护煤柱宽度实践

收稿日期:2022-11-08作者简介:李　铭(1986-),男,山西长治人,助理工程师,从事采掘管理技术工作。

doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.08.027综放面水力压裂切顶优化村庄保护煤柱宽度实践李　铭(山西潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿,山西长治　046102)摘　要:建筑物下的特殊开采一直是我国煤炭领域的关键问题,在保证安全的前提下,为了提高煤炭采出率,利用理论分析与现场试验的方法,研究水力压裂对优化停采线位置的合理性。

研究结果表明,利用水力压裂技术,可有效减小地表沉降量,实现对村庄建筑物的保护,可对类似地质条件的工作面提供有效借鉴。

关键词:水力压裂;垮落角;碎胀系数;保护煤柱;切顶优化中图分类号:TD822.3 文献标识码:A 文章编号:1005-2798(2023)08-0095-04 多年来,水压致裂技术日益成熟,已经在煤矿中被广泛应用。

水压致裂技术在煤矿中主要用于坚硬顶板的致裂、提高顶煤的冒放性等,国内众多学者对于水压致裂技术进行了研究,并取得显著成果。

康红普[1-6]研究了水压致裂机理,通过现场实践监测数据,发现水力压裂后能够合理调整煤层应力状态,此外可有效降低顶板来压强度,减弱工作面采动影响。

通过定向水力压裂技术,解决了沿空留巷应力集中、顶板灾害等在内的现场问题。

刘永强[7]通过对工作面切眼借助水力压裂技术降低应力集中,并结合UDEC 模拟软件与工业性试验,初次放顶相应监测数据进一步证明了该技术的合理性。

张荣俊[8]利用多方位立体化水力压裂切顶技术,保证了坚硬顶板的垮落,进一步达到降低侧向支承应力的目的。

张玉[9]基于多孔介质流体渗流与围岩应力耦合理论的有关内容,对水力压裂模拟方法进行一定的创新。

黄炳香[10-13]通过大量的室内试验与现场工业性试验,系统地研究了水力压裂相关参数的基本规律,确定了水力裂缝和应力之间的影响关系。

基于此,本文进一步展开对村庄下压煤的研究,配合水力压裂技术,合理优化停采线位置,在保障地表建筑物安全的前提下,提高煤炭采出率。

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。

综采工作面煤柱合理留设宽度的确定

2 数值模型建立及研究方案 2.1 数值模型建立以某工作面为研究对象，该采区工作面煤柱宽度为 18m，巷道宽为 5m，高为 4m，模型尺寸 500m× 120m×100m，上覆岩层厚度为 100m、侧压力系数为 1.2，容重为 22.54kN/m3。模型四周为固定边界，底面固定，模型上面为自由面。煤矿岩体物理力学参数如表 1 所示。 2.2 研究内容通过采用 FLAC3D 数值模拟分析软件进行数值
煤柱水平应力/MPa
煤柱水平应力/MPa
-15m -10m -5m 5m 10m 15m 20m
5
10
15
20
距离采空区域距离/m
（d）20m
图 2 不同煤柱宽度下的垂直应力曲线图
由图 2 可知，不同煤柱下的垂直应力是随着回
采长度的变化进行动态变化的一个过程，当采掘工
作面距监测点 20m 至-15m 时，垂直应力增长速度加
收稿日期：2021-01-22 作者简介：高飞（1994—），男，山西临县人，西山煤电西曲矿。
以某矿为研究背景，采用数值模拟的方法对工作面开采过程中煤柱垂直应力、水平应力进行研究，得出煤柱留设的
合理宽度。研究表明：煤柱垂直应力变化表现出先增加后减小的特征，即随着煤柱宽度的增加应力呈现双峰变化；
水平应力随着煤柱宽度的增加而增大，呈现单峰变化；煤柱宽度范围在 14-16m。本研究成果可为类似地质条件下
（c）16m
煤柱水平应力/MPa
2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
0
-15m -10m -5m 5m 10m 15m 20m
5
10
15
20
距离采空区距离/m
（d）20m

王庄煤矿开拓开采优化设计

３．７２％），其他８２、１４、１５２号煤储量少，开采条件差，暂
不采。全区含主要可采煤层３层，地质储量２９３．５８Ｍｔ，其中３号煤层有２１３．１０Ｍｔ。３号煤层埋藏深度＋４００～＋６７０ｍ，煤层起伏不平，从南到北有两个背斜和两个向斜，煤层倾角３。～７。，最大１２。。适合立井开拓。该区开采煤种主要为贫瘦煤、贫煤，煤质优良，属动力
术安全和经济上对方案进行比选，优化开拓开采方式，因地制宜，变更大巷开拓方式、投产采区
和首采面，并根据煤层赋存情况，分采区提出大采高和放顶煤两种采煤方法，给矿井安全、高效
生产创造了条件。关键词：开拓方式；大采高采煤方法；放顶煤采煤方法；辅助运输；优化设计
２开拓方案
沿大巷直接布置工作面采用条带式开采，亦分两个采区，即７１采区、８１采区，为与现王庄煤矿的采区名称保持
一
西部与规划建设的古城矿井相邻。东西宽约４ｋｎ，南北长ｉ
约７ｋｍ，面积２６ｋｍ。井田内地势平缓，大面积被较厚的第四系黄土掩盖，绛河在该区中部由西向东流入漳泽水库。在区内由南向北有旧２０８国道、新２０８国道和太原到长治的高速公路；北部有３０９国道。区内村庄密度较大，跨３
个乡镇有１５个村庄。

综放开采合理护巷煤柱宽度研究

摘要：据新柏矿 “ 软一硬 ”复合顶板的５赋存状况，通过理论分析和数值模拟，对不同煤根两煤
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
Ｓｕｙｏａｉｎｌｗｉｔｆｇｔｗａｒｔｃｉｇｃａｉｌｒｉｕｌｔｄｎｒｔｏａｄｈｏａｅｙｐｏｅｔｎｏｌｐｌａｎｆｌｙｍｅｈｎｚｄｔｐｃｖｎｇｍｉｉａｅｃａｉｅｏａｉｎｎｇｆｃ
ｓｍｉｒｒａｗａｒｉｇａｏｇｇｂｉｌｏｄｙｄｉｎｌｎｏ．ａｖＫｅｏｄ：ｄｉｉｇｒａｗａｌｎｏｙｗｒｓｒｎｏｄｙａｏｇｇｂ；ｃａ— ｉａｄｈ；ｓａｉｔｆｃａｉａｖｏｌｌｒｗｉｔｐｌｔｂｌｙｏｏｌｐｌｒｉｌ
ａｊｃｎｒｉｇｓｒａｅｓｃｏｓｄａｅｔｗｏｋｎｕｆｃｅｔｒ，ｗｈｃｒｖｄｓｒｆｒｎｅｔｈｅｅｍｉａｉｎｏｅｓｎｂｅｐｓｔｎｏｉｈｐｏｉｅｅｅｅｃｏｔｅｄｔｒｎｔｆｒａｏａｌｏｉｏｆｏｉ
ＵｎｖｒｉｆＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙＢｅｊｇ，Ｂｅｉｇ１０８ｉｅｓｔｏｃｅｃｎｃｎｌｇｉｎｙｉｉｎ００３，Ｃｉａｊｈｎ）
Ａｂｔａｔｎｖｅｏｈｃｕｒｎｅｃｎｉｏｆｓｆｏｆａｄｆｏｒｗｉａｄ５ｃａｅｍｎＸｉ－ａｓｒｃ：Ｉｉｗｆｔｅｏｃｒｅｃｏｄｔｎｏｏｔｒｏｎｌｏｔｈｒｏ１ａｉｎｂｉｉｈｓＣｏｌｒｆＴｕｔｇＣｏｌＦｅｄｈｔｅｓｄｓｒｂｔｎａｄｔｅｆｉｒｈｒｃｅｉｔｓｉｕｒｕｄｎｏｋｆｌｅｙｏａｉａｉｌ，ｔｅｓｒｓｉｔｉｕｉｎｈａｌｅｃａａｔｒｓｉｎｓｒｏｎｉｇｒｃｓｏｉｎｏｕｃ

综放工作面回采巷道煤柱应力分析与参数优化

ＬＵＡｉｇｏＩ — ｕ，ＭＩｉｎ，ＷＡＮＧＹｕ — ｎＡＯＴａｎｆｇ，ＤＵＷｅ —ｅ，ＧＵＯｎｘａａｎｌｉＹｕ－ｉ
（ＣａＭｉ，Ｍｉｉｒｕｏｐｔ． Ⅱ ｏｌｎ “ ㈣ｅｎｇＧｏｐＣｒＬ，ｎｄ０６３，Ｃｉ４９２ｈｎＪａ
径为７０ｍｌ的４个钻孔钻孔的ｌ、３Ｔｉ、２、４号测点深度分别为２、３、４、５ｍ。
（）观测方法。将应力仪安设在钻孔内，随工２作面的推进记录应力计读数和距工作面距离。
１３观测结果．煤柱实测应力曲线如图１所示观测结果表明，煤体应力计刚安装后，３ｍ深处的应力晟大，且距回采工作面ｌ３７ｍ时就开始增大；４Ｉ９．ｎ深处的应力在９．ｎ处开始增大；５Ｉ的应力基本５３Ｉｎ处
随着综采放顶煤开采工艺的推广应用，工作面的矿压显现发生了变化。回采巷道大多是沿煤层底板掘进的煤顶巷道，由于煤层与岩石相比一般比较松软，加之巷道断面越来越大，支护难度明显增大，对安全生产造成了很大影响。为了给综放工作面巷道布置和煤拄留设提供可靠的依据，开展了煤柱应力实测和数值模拟研究
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第３卷期０第１
煤炭科学技术
２２月０年１０
综放工作面回采巷道煤柱应力分析与参数优化
刘爱国，苗田，王云方，杜文磊，郭云霞

大采高综放工作面小煤柱护巷煤体加固技术

根据试验分析，注浆后裂隙面的刚度和抗剪强度都得到很大提高，而且裂隙面的法向正应力越大，
作者简介：国跃（９０一）男，史１７，山西沁源人，助理工程师，事煤矿生产技术工作。从
２０
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２００８年５月
史国跃：大采高综放工作面小煤柱护巷煤体加固技术
第１第５期７卷
２１注浆固化提高围岩裂隙面的变形刚度和抗剪．
供了很好的借鉴，为大采高开采技术的推广和完善提供了有力的科学依据。
关键词：大采高；注浆加固；窄煤柱；马丽散；动压巷道中图分类号：Ｄ６．Ｔ２５４文献标识码：Ｂ文章编号：０５２９（０８０－０００１０－７８２０）５０２－２
节理裂隙发育，比该矿其它采区煤层埋藏深度增加，巷道断面收敛较大，底鼓严重。为满足大型设备的运送和采动期间巷道的维护以及瓦斯防治，对小煤柱里外侧分期进行了喷浆和注浆加固，从而提高了窄煤柱
的完整性和承载能力，为大采高试验成功奠定了基础，取得了预期效果。同时也为今后类似条件的支护提
的掘进成形和控制６０２３风巷在掘进期间的巷道变形，无法实现快速掘进；一方面巷道产生较大的变另
形后，面减小，风能力受到影响，且大采高支断通并
架在６０２３工作面的试验成功更是无法保证，因此必须提前对该巷煤体进行有效加固。

王庄煤矿9107工作面回风巷支护方案优化研究

岩层名称细粒砂岩
岩层厚度/m
2. 20
密度/(kg • m3 弹性模量/GPa
2 500
4 000
泊松比
0. 33
内聚力/MPa 3. 20
抗拉强度/MPa 0. 32
内摩擦角/() 40. 00
砂质泥岩
7. 44
2 300
2 000
0. 25
0. 40
0. 04
38. 00
泥岩
2. 15
2 300
| -1.800 0 x 107
I -2.000 0 x 107 I -2.200 0 x 107 I -2.370 7 x 107
(a)原支护方案
(b)优化支护后
图4不同支护体系下巷道围岩水平应力分布云图
Fig4 Horizontalstressnephogramofsurroundingrockofroadwayunderdiferentsupportsystems
灰色砂质泥岩，含铝质较高
■
煤，3#,光亮型，金刚光泽
2.15 8.60 -
浅灰色，块状，具裂隙及光滑擦痕
深灰色，块状，致密，厚层状，具裂隙，裂隙填充方解石
图1 9107工作面回风巷顶底板综合柱状图 Fig 1 Comprehensive histogram of roof
andfloorofthereturnairwayonthe9107 workingface
第41卷第2期 2021 年6 月
文章编号：1672-5050(2021)02-0065-05
山西煤炭 SHANXICOAL
Vol. 41 No. 2 Jun 2021
DOI：10. 3969/j. issn. 1672-5050. 2021. 02. 013