綜采工作面護(hù)巷煤柱留設(shè)寬度研究

王寶成

摘 要：煤炭作為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的重要原料，其使用價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般化工能源。在過(guò)去的幾十年中，我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，煤炭資源也逐漸出現(xiàn)匱乏現(xiàn)狀。針對(duì)這種現(xiàn)狀，我國(guó)很多煤炭企業(yè)逐漸在礦井作業(yè)中融入了護(hù)巷煤柱寬度技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用不僅可以有效提高煤炭的整體采出率。同時(shí)，還可以增加綜采工作面的穩(wěn)定性和安全性，這對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤炭資源可持續(xù)發(fā)展非常有利。但要注意的是，在綜采工作面中運(yùn)用護(hù)巷煤柱時(shí)要保證煤柱的寬度保持在合理范圍之內(nèi)，因?yàn)橹挥羞@樣才可以保證煤柱寬度數(shù)據(jù)值呈現(xiàn)最大使用價(jià)值。下面本文筆者主要圍繞綜采工作面護(hù)巷煤柱留設(shè)寬度進(jìn)行了研究分析。

關(guān)鍵詞：煤礦開(kāi)采；護(hù)巷煤柱；寬度；研究

1 引言

在煤礦行業(yè)施工過(guò)程中，煤柱具有一定的重要作用，且其留設(shè)寬度一直是研究者比較重視的課題。一般情況下，煤柱留設(shè)的寬度較大，煤炭巷道以及煤炭圍巖的安全性和穩(wěn)定性就會(huì)隨之增大，但采煤效率卻會(huì)出現(xiàn)大幅度下降趨勢(shì)。而煤柱留設(shè)寬度較小，則可以提升煤炭的開(kāi)采效率，但卻會(huì)使巷道內(nèi)部壓力和斷面收縮率呈現(xiàn)增高狀態(tài)，情況嚴(yán)重下會(huì)致使巷道圍巖受壓變形，嚴(yán)重威脅了采礦工作人員的生命安全。因此，針對(duì)這種現(xiàn)狀相關(guān)企業(yè)在進(jìn)行護(hù)巷煤柱留設(shè)時(shí)，一定要綜合地質(zhì)結(jié)構(gòu)、礦山壓力、煤層厚度、開(kāi)采技術(shù)等多方面因素，確定巷道布置位置和煤柱的留設(shè)寬度，其目的是為了更好的提升煤炭的開(kāi)采質(zhì)量與效率。

2 工程概況

以鶴崗某煤礦為例進(jìn)行說(shuō)明：該礦區(qū)的綜采工作面位于31軌道山東側(cè)，與相鄰已開(kāi)始回采的綜采作業(yè)面之間的距離在130m之間。而實(shí)際作業(yè)中，該礦區(qū)東部切巷位置預(yù)留在F31003斷層上，其工作面的地面標(biāo)高為180m，工作面標(biāo)高保持在-240m～-120m之間，且長(zhǎng)度為130m左右，煤層的平均厚度的在6.88m～7.89m之間，傾斜角的平均度數(shù)與實(shí)際數(shù)值保持在14°左右，具體煤層綜合柱狀圖如圖1所示：

3 煤柱寬度數(shù)值模擬分析

3.1 數(shù)值計(jì)算模型的建立

為了更好地確定上述綜采工作面的煤柱寬度，相關(guān)施工部門在進(jìn)行綜采工作面數(shù)值分析時(shí)，針對(duì)性的選用了FLAC3D數(shù)值計(jì)算模擬技術(shù)，同時(shí)，也對(duì)綜采工作面上的護(hù)巷煤柱寬度進(jìn)行了模擬分析，模擬方案主要圍繞三種煤柱類別進(jìn)行，數(shù)值類別分別為：5m、10m、15m，實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)人員在不影響整體計(jì)算結(jié)果的前提下，依照不同寬度對(duì)項(xiàng)目模型對(duì)原有的模型尺寸進(jìn)行了簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化之后的模型尺寸長(zhǎng)×寬×高實(shí)際數(shù)據(jù)值為：320m×150m×184m，其模型匯總共計(jì)約11560個(gè)單元，125800個(gè)節(jié)點(diǎn)，整體綜采工作面的回風(fēng)巷為梯形，巷道的高度為3.2m，頂?shù)膶挾葹?m，底部寬度為5m，模型上下邊和側(cè)面移動(dòng)均保持在限制要求范圍內(nèi)。其次，在上邊界運(yùn)用垂直載荷模型時(shí)，工作人員提前測(cè)量好覆巖層的各項(xiàng)質(zhì)量數(shù)據(jù)值。同時(shí)還應(yīng)用了Mohr-Coulonb強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)判斷綜采作業(yè)面中巖體的完好性。最后，采用FLAC3D數(shù)值模擬法來(lái)確定護(hù)巷煤柱留設(shè)的寬度。但要注意的是，在進(jìn)行煤柱留設(shè)時(shí)要時(shí)刻遵循巷道布置的要求，要盡可能的降低深度層的煤層預(yù)應(yīng)力對(duì)護(hù)巷煤柱的影響。

3.2 理論數(shù)值分析

研究表明：在實(shí)際施工過(guò)程中護(hù)巷煤柱很容易受回采巷道和周邊地理環(huán)境影響，而煤柱邊緣的煤層會(huì)受壓力作用出現(xiàn)變形、受損等情況。尤其是在采空區(qū)和回采巷道形成之后，巷道圍巖會(huì)受應(yīng)力作用而出現(xiàn)下沉情況，壓力越大下沉力度越大，煤柱的承載強(qiáng)度和支撐壓力也會(huì)達(dá)到極致，這種情況下煤柱就可以達(dá)到預(yù)期的平衡狀態(tài)。而煤柱的寬度必須是上述兩個(gè)條件都滿足的情況下才可以實(shí)施，其目的是為了最大限度的減少外在壓力對(duì)煤柱的影響。

3.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

煤柱留設(shè)寬度的狀態(tài)分析是在綜合工作面正式開(kāi)采之后，礦井深處的煤巖體很容易會(huì)受地質(zhì)結(jié)構(gòu)、煤層厚度、煤柱承受力等因素影響。為了改善這一現(xiàn)狀，企業(yè)一般會(huì)根據(jù)施工進(jìn)度不斷的借助數(shù)值模擬技術(shù)來(lái)分析礦井深處的煤巖體的整體現(xiàn)狀和煤柱留設(shè)的寬度數(shù)值。其次，再通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)煤柱寬度和媒巖體的整體完好性有著直接的關(guān)系。在實(shí)際作業(yè)中，當(dāng)護(hù)巷煤柱的寬度為5m時(shí)，煤柱的支撐能力就相對(duì)較薄弱，護(hù)巷煤柱就會(huì)受到拉伸和煤層面剪切破壞現(xiàn)象。這種情況下，巷道兩邊的圍巖就會(huì)出現(xiàn)大面積的坍塌或是變形。但隨著煤柱的寬度不斷增大，整體支架的負(fù)載力和支撐能力也會(huì)隨之增強(qiáng)，煤柱的變形和被破壞范圍也會(huì)隨著減少，這時(shí)我們就可以清楚的發(fā)現(xiàn)護(hù)巷煤柱留設(shè)寬度的變大，對(duì)整個(gè)綜合工作的重要性。

4 護(hù)巷煤柱留設(shè)寬度的確定

在實(shí)際的采煤過(guò)程中，筆者通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)：（1）當(dāng)護(hù)巷煤柱的寬度小于3m時(shí)，整個(gè)煤柱的就已經(jīng)喪失了基本的支撐能力，這時(shí)煤柱的整體狀態(tài)處于塑形狀態(tài)，并且很容易受采空區(qū)的水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力影響而引發(fā)生煤柱整體出現(xiàn)傾斜和滑移等現(xiàn)象，致使護(hù)巷煤柱的整體穩(wěn)定性變差。（2）當(dāng)護(hù)巷煤柱的留設(shè)距離大于5m之后，護(hù)巷煤柱的整體結(jié)構(gòu)和支撐能力也就隨之增大，并且隨著開(kāi)采進(jìn)度的變化，煤柱的支撐力也可以很好的維持巷道的整體安全和穩(wěn)定，并且可以有效地將巷道圍巖的變形數(shù)值控制在安全區(qū)間中，以便滿足后續(xù)綜合工作的順利進(jìn)行。（3）而當(dāng)護(hù)巷煤柱留設(shè)寬度真正大于10m時(shí)，煤柱之間就會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)應(yīng)力峰值，而這兩個(gè)峰值會(huì)受壓力、礦井深度等作用產(chǎn)生42Mpa的應(yīng)力峰值，這會(huì)使煤柱的工作狀態(tài)保持在最佳值的范圍內(nèi)，且兩個(gè)應(yīng)力峰值之間的中部位置可以誕生足夠大的彈性區(qū)，這時(shí)工作人員要進(jìn)開(kāi)采工作就可以借助錨索、錨網(wǎng)等支護(hù)設(shè)備，其作用一方面可以提升護(hù)巷圍巖整體穩(wěn)定性與安全性，另一方面也可以幫助企業(yè)很好的實(shí)現(xiàn)煤炭資源節(jié)約。煤炭資源作為不可再生資源，在我國(guó)工業(yè)發(fā)展中占據(jù)較為重要的位置，因此，相關(guān)企業(yè)在進(jìn)行綜采工作時(shí)，一定要確定好護(hù)巷煤柱的寬度。要知道不同情況下，煤柱支護(hù)的狀態(tài)以及后續(xù)可能產(chǎn)生的安全問(wèn)題。其次，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合理的巷道支護(hù)方式，從而提高煤炭開(kāi)采的整體效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文筆者通過(guò)數(shù)值模擬分析法對(duì)綜采工作面護(hù)巷留設(shè)寬度以及不同寬度可能產(chǎn)生的情況進(jìn)行了分析，從分析結(jié)果我們可以清楚的看出，煤柱寬度越大其穩(wěn)定性越高，因此，煤炭企業(yè)要根據(jù)時(shí)代發(fā)展不斷的對(duì)其寬度和支護(hù)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，要及時(shí)監(jiān)測(cè)綜采工作面礦壓和應(yīng)力的變化情況，以便為實(shí)現(xiàn)煤炭資源可持續(xù)利用奠定良好的基礎(chǔ)。

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