綜放工作面煤巷煤柱合理寬度的確定

段建雷

（山西澤州天泰岳南煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048002）

1 概述

晉城澤州天泰岳南礦32015工作面開(kāi)采二疊系山西組8號(hào)煤層，傾角平均15.3°，厚度平均9.7m。工作面長(zhǎng)約2344m，傾向長(zhǎng)約238m，綜放采煤，采煤高度2.4m，放煤高度9.4m。支承應(yīng)力可能導(dǎo)致32015工作面巷道受到嚴(yán)重影響,因此需要對(duì)巷道煤柱合理寬度的選取進(jìn)行相關(guān)研究。

2 數(shù)值模擬分析

2.1 數(shù)值模型

沿空巷道煤柱合理寬度的確定關(guān)系到沿空掘巷圍巖的穩(wěn)定性，依據(jù)莫爾-庫(kù)倫屈服準(zhǔn)則和美國(guó)ITASCA公司研發(fā)的FLAC3D數(shù)值模擬軟件計(jì)算分析出不同煤柱寬度對(duì)于巖體變形、判斷巖體是否遭到破壞的影響并建立數(shù)值模型。建模所取煤層及頂?shù)装鍘r層物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 煤層及頂?shù)装鍘r層物理力學(xué)參數(shù)

圖1 沿空掘巷窄煤柱寬度計(jì)算模型

圖2 不同煤柱寬度下形變量模擬

2.2 數(shù)值分析

（1）由模擬實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)煤柱寬度在10m左右，煤柱兩側(cè)與巷道之間的塑性形變區(qū)相互貫通，只有塑性區(qū)，而沒(méi)有彈性區(qū)，整個(gè)煤柱都將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）隨著煤柱寬度的增大，煤柱塑性區(qū)開(kāi)始縮小。煤柱寬度逐漸增大，逐漸開(kāi)始出現(xiàn)彈性區(qū)，煤柱可以保持穩(wěn)定；煤柱寬度如果持續(xù)增加到30m時(shí)，塑性區(qū)將不再變化，彈性區(qū)逐漸增大。

（3）由圖2可以看出,煤柱厚度與變形量的總體趨勢(shì)。當(dāng)煤柱寬度逐漸增大時(shí)，巷道圍巖變形量即位移呈逐漸減小的趨勢(shì)。煤柱寬度由10m增至30m時(shí)，變形量的減小是巨大的。而煤柱寬度大于30m時(shí)，變形量的減小是愈加緩慢的。

（4）煤柱作用于兩幫的變形量，沿走向、工作面附近巷道兩幫水平位移較大，隨著距離增大，變形量減少。30m是煤柱合理寬度的臨界點(diǎn)，在30m后增大煤柱寬度對(duì)巷道變形影響較小，而煤柱寬度小于30m時(shí)，巷道變形量隨著煤柱寬度增加急劇減小。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對(duì)岳南礦32015工作面的巷道頂?shù)装搴兔簬偷娜S結(jié)構(gòu)受力特性模擬和塑性流動(dòng)分析計(jì)算，得出經(jīng)濟(jì)合理安全可靠的煤柱寬度為30m。

（2）依據(jù)莫爾-庫(kù)倫屈服準(zhǔn)則和數(shù)值模擬圍巖應(yīng)力分布規(guī)律,圍巖應(yīng)力隨著煤柱尺寸的增加變大,當(dāng)煤柱尺寸達(dá)到一定數(shù)值時(shí)變化不大。