特厚煤層綜放工作面小煤柱護巷研究

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1、特厚煤層綜放工作面小煤柱護巷研宄殷培東彬縣水簾洞煤炭有限責(zé)任公司，陜西彬縣713500摘要：以水簾洞煤礦3805綜放工作而為研究背眾，通過理論計算區(qū)段煤柱的極限平衡寬度，數(shù)值校擬分析巷道周圍礦山壓力及礦山壓力顯現(xiàn)并結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件，認(rèn)為K區(qū)段運輸巷應(yīng)采用小煤柱護巷且適宜的煤柱寬度為7tn，在保護巷道防風(fēng)擋矸的基礎(chǔ)上乂能提高煤炭資源的回采率，最大限度的使礦井安全高效生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：特厚煤層；綜放工作面；小煤柱護巷1工程背景頂板名稱巖石名稱厚度(M)巖性特征基本頂屮-細(xì)粒砂巖18.38底部中、細(xì)砂巖：灰A色。厚度2.91m，主要成分長石、石英，含D云母片，泥質(zhì)膠結(jié)，質(zhì)較純

2、，分選好。含植物化石夾煤線，中部垂直裂隙較發(fā)育，但無水蝕痕跡現(xiàn)象。巖芯完整。上部粉、細(xì)砂巖：灰一深灰。厚度17.28m，上部粉砂巖為主，夾細(xì)砂巖薄層，互層狀，波狀層理，含植物化石。直接頂泥巖、砂質(zhì)泥巖6.22粉、細(xì)砂巖：淺灰色。細(xì)砂巖為主，互層狀。波狀層理，含楨物化石及塊狀FeS2，斷U較平整。直接底砂質(zhì)泥巖3.28砂質(zhì)泥巖：灰黑色。泥質(zhì)力主，含砂質(zhì)及炭質(zhì)，炭化植物淸晰，采取率低。為較軟底板巖石，遇水膨脹，易發(fā)生底鼓，屬不穩(wěn)定底板?；镜啄鄮r15深灰色泥巖，厚層狀，節(jié)理發(fā)冇，具角礫狀、團塊狀。表1煤層頂?shù)装逄卣鞅?理論計算'乂1..K/11///1_/?//ABCD

3、XoX圖1煤柱(體)的彈塑性變形區(qū)及鉛貨應(yīng)力分布I—彈性應(yīng)力分布；II—彈塑性應(yīng)力分布隨著綜放技術(shù)的發(fā)展，越來越多的特厚煤層采用綜合放頂煤一次采全高采煤法進行冋采，在高產(chǎn)高效的同時，也帶來了一些問題。其中，隨著煤層厚度的增加及煤炭資源R漸枯竭，煤柱的留設(shè)問題已不容忽視。傳統(tǒng)意義上的煤柱，盡管能夠很好的起到保護煤柱，隔離采空區(qū)的作用，但是一般傳統(tǒng)煤柱寬度都在20m左右，在厚煤層開采屮還要再寬一些，因此就造成保護煤柱煤炭資源損失較多，且在一些有沖擊危險的礦井中由于煤柱引起的礦山壓力集巾容易造成沖擊災(zāi)害的發(fā)生，所以傳統(tǒng)煤柱在特厚煤層放頂煤工作面適用性較小。小煤柱護巷是指巷

4、道與采空區(qū)之間保留5?8m寬煤柱那么對于特厚煤層“小煤柱”護巷的合理寬度是多少，還需要進一步研究[2-5]O3805工作面位于三采區(qū)3807采空區(qū)以南，南與設(shè)計未開采的3803工作面為鄰，西至礦井邊界煤柱與大佛寺煤礦井田為鄰，東至本而停采線，設(shè)計停采線自三采回風(fēng)大巷西預(yù)留50m煤柱。本作面走向長2120m,工作傾向長147m，煤層平均厚度14.18m,煤層傾角平均2-5°,容重1.37t/m3,留2.2m底煤，采用采用走向長壁后退式采煤法，綜采放頂煤工藝進行開采，全部垮落法處理采空區(qū)頂板。全工作面地質(zhì)儲量605.4萬噸，可采儲量545萬噸。工作面基本頂以中砂巖、泥巖

5、為主，直接頂以細(xì)砂巖為主，成板多為鋁質(zhì)泥巖，次為泥巖或炭質(zhì)泥巖，遇水膨脹，易發(fā)生底鼓，屬不穩(wěn)定底板，具體頂、底板參數(shù)見表1。A—破裂區(qū)；B—塑性區(qū)；C——彈性應(yīng)力升高區(qū)；D—原始應(yīng)力區(qū)上區(qū)段工作而回采后，沿工作而傾向煤體內(nèi)側(cè)向支承壓力重新分布，形成如圖1所示的支承壓力分布。下區(qū)段保護煤柱在盡量提高冋采率的同時又要防止向采空區(qū)漏風(fēng)，避免采空區(qū)發(fā)火等災(zāi)害的發(fā)生，所以合理的小煤柱寬度至關(guān)重要。根據(jù)巖體的極限平衡理論，可以計算出煤體塑性區(qū)的寬度：%二mlnK7H+Coc卿°Kff（A+C0cot識）式屮：火為應(yīng)力集屮系數(shù)，取2.5;pi力支架對煤幫的BI力，取0:W為煤層開

6、采厚度，取12m；G為煤體的粘聚力，取2Mp;為煤體的內(nèi)摩擦角，取33°;/為煤層與頂?shù)装褰佑|面的摩擦因數(shù)；f力三軸應(yīng)力系數(shù)，卜1+S卿。1-sin^將工作面參數(shù)代入公式計算可得；Vo為5.24m,因此考慮到錨桿長度和富余系數(shù)，取煤柱寬度為7m。3數(shù)值模擬分析根據(jù)3805工作曲*的地質(zhì)情況，建立FLAC30數(shù)值模擬模型，整個模型尺汴（長X寬X高）為330mX120mX116m,共120600個單元體和130355個節(jié)點，模型兩端和底部固支，頂部按煤層埋深700m施加載荷，模擬工作血長度150m,煤厚14m，推進距離力60m,如圖2所示。通過模擬不同覺度煤柱（4m、6

7、m、8m、10m、12m）,分析在不同煤柱寬度時煤柱內(nèi)壓力和塑性區(qū)分布及荘道圍巖運移特征，最終得到適合工作面3805的小煤柱留設(shè)方案。圖2FLAC模擬模型3.1工作面回采期間巷道壓力分布特征模擬工作面在走向推進20m達(dá)到周期來壓步距時，分別對于不同寬度煤柱沿中部進行監(jiān)測支承壓力值，統(tǒng)計并進行比較，如圖3所示。由圖3可知，當(dāng)煤柱從4m變?yōu)?6m吋，煤柱內(nèi)壓力逐漸變大，從12.2Mpa增加到30.4Mpa；當(dāng)煤柱寬度小于6m時煤柱幾乎企部被壓碎，成為破裂區(qū)，煤柱的支撐強度有限；當(dāng)煤柱寬度為8m時，最大支承壓力為19.3Mpa,比原始應(yīng)力略高，雖然也有很大塑性區(qū)但還是