特厚煤層綜放工作面區(qū)段煤柱參數(shù)設(shè)計(jì)

李學(xué)寧

（神東煤炭集團(tuán)柳塔煤礦綜采隊(duì),內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

1 概述

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外仍以采取留設(shè)煤柱保護(hù)采準(zhǔn)巷道作為主要護(hù)巷方法。由此看出，煤柱留設(shè)對(duì)采準(zhǔn)巷道的保護(hù)起到了關(guān)鍵作用。但煤柱尺寸太小便無(wú)法支撐頂板所造成的壓力，也無(wú)法防止流進(jìn)工作面的水，從而使工作面的生產(chǎn)失去了安全保障；尺寸太大則會(huì)造成煤炭資源的大量損失，且容易受到區(qū)段煤柱寬度的影響。巷道的維護(hù)狀況是否良好取決于采準(zhǔn)巷道護(hù)巷煤柱是否穩(wěn)定，因此，巷道支護(hù)是回采工作面的咽喉，并直接影響著回采工作面的正常生產(chǎn)和安全管理。

2 區(qū)段煤柱的分類

區(qū)段巷道的布置方式：煤體—煤體（大煤柱或小煤柱）巷道、煤體—煤柱（大煤柱）巷道、煤體—采空區(qū)(或小煤柱)巷道。

區(qū)段煤柱留設(shè)是為了維護(hù)區(qū)段巷道的穩(wěn)定性，根據(jù)郭家河礦的工作面接替順序，1303工作面的區(qū)段巷道屬于煤體—煤體巷道，1305工作面區(qū)段巷道屬于煤體—煤柱（大煤柱）巷道,這種類型的區(qū)段巷道只受本巷道掘進(jìn)和1305工作面回采影響，避免了受二次采動(dòng)影響。

3 區(qū)段煤柱留設(shè)理論分析

煤體內(nèi)存在側(cè)向支承壓力是受采空區(qū)的側(cè)向影響而造成的，根據(jù)支承壓力分布情況可以看出，巷道布置的位置可能有3種由煤體上方支承壓，掘進(jìn)巷道在第二位置時(shí)，由于承受高強(qiáng)度的支承壓力而使得巷道不易維護(hù)；當(dāng)掘進(jìn)巷道在第三位置時(shí)，巷道由于受到的壓力小而較容易維護(hù)，煤柱損失較大；當(dāng)掘進(jìn)巷道在第一位置時(shí)，煤炭回采率得到提高，但位置確定較難，巷道變形量大。一般情況下，將第三位置的稱之為“寬煤柱”，將在第一位置的稱之為“窄煤柱”。

4 區(qū)段煤柱合理留設(shè)技術(shù)研究及參數(shù)確定

回采空間和采準(zhǔn)巷道在護(hù)巷煤柱兩側(cè)會(huì)形成各自的塑性變形區(qū)(寬度分別為x0和x1)。采動(dòng)后，護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件是：煤柱兩側(cè)產(chǎn)生塑性變形后，在煤柱中央仍處于彈性應(yīng)力狀態(tài)，即在煤柱中央保持一定寬度的彈性核，彈性核的寬度應(yīng)不小于煤柱高度(煤層開(kāi)采厚度M)的兩倍。按照煤巷兩幫煤體應(yīng)力和極限平衡理論，煤柱保持穩(wěn)定狀態(tài)的寬度(B)為：

反映支承壓力和煤柱變形破壞范圍的主要參數(shù)有：煤柱邊緣的破裂區(qū)寬度x0'，塑件區(qū)寬度x0。K是支承壓力峰值處的垂直應(yīng)力與原巖應(yīng)力的比值。根據(jù)區(qū)段大煤柱穩(wěn)定的基本條件用式計(jì)算出合理的最小護(hù)巷煤柱寬度B。公式（1）中：

x0—上區(qū)段工作面開(kāi)采在煤柱中產(chǎn)生的塑性區(qū)寬度，m;

M—區(qū)段平巷高度，4m；

m—煤層開(kāi)采厚度，12.8m；

A— 側(cè)壓系數(shù)，取1；

φ0—煤體內(nèi)摩擦角，36.56o；

C0—煤體內(nèi)聚力，1.81MPa；

k—應(yīng)力集中系數(shù)；采動(dòng)引起的側(cè)向應(yīng)力集中系數(shù)一般為2～3，穩(wěn)定后為1.5左右；巷道開(kāi)掘引起的側(cè)向應(yīng)力集中系數(shù)一般為2～3，穩(wěn)定后為1～2，為計(jì)算方便取1.5。

H—巷道埋深，480m；

γ—上覆巖層平均容重，25KN/m3；

P0—上區(qū)段平巷對(duì)下幫的支護(hù)阻力，0.3MPa；巷道掘進(jìn)時(shí)，可按0.1MPa。

x1—本區(qū)段采準(zhǔn)巷道在煤柱中產(chǎn)生的塑性區(qū)寬度；

由于郭家河礦采用綜放開(kāi)采，式（1）中取區(qū)段平巷高度；故計(jì)算x0時(shí)取k為1.2，計(jì)算x1時(shí)k為2。計(jì)算過(guò)程如下：

故煤柱留設(shè)應(yīng)不小于30m。

5 結(jié)論

煤柱尺寸的大小是影響煤柱穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，采動(dòng)后，護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件是煤柱兩側(cè)產(chǎn)生塑性變形后，在煤柱中央仍處于彈性應(yīng)力狀態(tài)，即在煤柱中央保持一定寬度的彈性核，彈性核的寬度應(yīng)不小于煤柱高度(煤層開(kāi)采厚度M)的兩倍，針對(duì)郭家河采用綜放開(kāi)采，通過(guò)數(shù)值模擬分析不同寬度煤柱的煤柱塑性區(qū)、垂直應(yīng)力分布及區(qū)段巷道圍巖表面變形情況，最終設(shè)計(jì)郭家河礦綜放工作面區(qū)段煤柱寬度為30m。