郭屯煤礦深部煤層不規(guī)則煤柱變形破壞規(guī)律研究

　　摘要：圍繞深部不規(guī)則煤柱變形破壞問題，在煤柱變形破壞、煤柱留設(shè)寬度和影響煤柱寬度因素等方面進(jìn)行了系統(tǒng)全面的研究。根據(jù)支承壓力分布規(guī)律，以巷道觀測為基準(zhǔn)，建立了以理論分析和實(shí)測研究為主的深部不規(guī)則煤柱變形破壞分析方案。通過對實(shí)測數(shù)據(jù)的分析，得出了郭屯煤礦深部煤柱變形破壞的規(guī)律和煤柱留設(shè)的合理尺寸，為煤柱合理留設(shè)提供了參考和借鑒。
　　關(guān)鍵詞：深部 不規(guī)則 煤柱 實(shí)測研究
　　
　　中圖分類號：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號:1672-3791(2011)10(b)-0000-00
　　
　　
　　1 概況
　　郭屯煤礦深部不規(guī)則煤柱位于-808水平一采區(qū)，1304膠帶順槽以東，F(xiàn)2斷層以西，南鄰1304運(yùn)輸順槽和1304采空區(qū)，北接1304膠帶順槽和1306軌道順槽煤柱，為尖角型漸變煤柱，如圖1所示。煤柱（除尖角部位）傾斜寬15～35m，走向220m。位于3下煤層，煤柱區(qū)域煤層厚度2.8~3.7m。
　　
　　
　　2 煤柱穩(wěn)定性分析
　　2.1 護(hù)巷煤柱穩(wěn)定性寬度B
　　在回采或掘巷時(shí)，煤柱邊緣出現(xiàn)應(yīng)力集中。邊緣處，煤柱抗壓強(qiáng)度低，使邊緣部分破壞，集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，當(dāng)承載強(qiáng)度與支承壓力達(dá)到平衡時(shí)，煤柱穩(wěn)定。護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定性寬度B為：
　　 （1）
　　式中：x0-巷道周邊煤層塑性區(qū)寬度，m；
　　L-煤柱中部彈性區(qū)寬度。
　　2.2 護(hù)巷煤柱邊緣破裂區(qū)臨界寬度x0
　　工作面開采破壞了煤體原始應(yīng)力狀態(tài)，采空區(qū)上覆巖層載荷向煤壁前方煤層轉(zhuǎn)移，使煤壁應(yīng)力升高，煤壁附近破壞。回采后，應(yīng)力重新分布，煤壁內(nèi)形成支承壓力帶。煤壁一定深度內(nèi)煤巖已破壞，越向煤壁深處，支承壓力逐漸增大，直至達(dá)到頂峰。
　　 （2）
　　式中：k-最大集中應(yīng)力系數(shù)；
　　Rc*-煤幫的支承能力，MPa。
　　m-采高，m。
　　2.3 護(hù)巷煤柱中部彈性區(qū)臨界寬度L
　　煤柱中部彈性區(qū)的臨界寬度L由兩部分組成，
　　 （3）
　　式中：L1、L2-為煤柱中部靠采空區(qū)側(cè)和靠巷道側(cè)彈性區(qū)臨界寬度，m。
　　
　　3 影響煤柱寬度因素分析
　　3.1 應(yīng)力集中系數(shù)對煤柱寬度影響
　　隨著應(yīng)力集中系數(shù)增加，煤柱所受的應(yīng)力越來越大，必須增大煤柱寬度以抵抗增加的應(yīng)力。因此。隨著應(yīng)力集中系數(shù)的增大，煤柱寬度增大率減小。
　　3.2 煤層內(nèi)聚力及內(nèi)摩擦角對煤柱寬度影響
　　隨著煤層粘聚力的增加，煤柱寬度逐漸減小；煤柱寬度隨煤層內(nèi)摩擦角的增大而減小。內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角具有相似規(guī)律，但影響程度不及內(nèi)摩擦角，且內(nèi)聚力影響近似線性。
　　3.3 煤厚對煤柱寬度影響
　　煤層厚度與煤柱寬度呈線性關(guān)系。隨著煤層厚度的增加，留設(shè)煤柱的寬度也相應(yīng)增加。
　　3.4 采深對煤柱寬度影響
　　采深對于煤柱寬度影響不明顯，采深增加100m，相應(yīng)煤柱寬度僅增加1m左右。而且隨著采深的增加，煤柱寬度的增加率在微弱減小。
　　
　　4 煤柱變形破壞實(shí)測研究
　　4.1 巷道兩幫變形破壞實(shí)測分析
　　通過對1306軌道順槽不規(guī)則煤柱部分巷幫觀測可知，隨著煤柱寬度的減小兩幫移近量逐漸增大，片幫現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，并且煤柱幫變形量遠(yuǎn)大于實(shí)體煤幫。
　　
　　如圖2所示，煤柱幫變形破壞根據(jù)煤柱寬度可分為三個(gè)階段：煤柱寬度25~35m時(shí)為小變形穩(wěn)定階段，煤幫變形穩(wěn)定且較小；煤柱寬度18~25m時(shí)為突變階段，煤幫變形突變且較大；煤柱寬度15~18m時(shí)為大變形穩(wěn)定階段，煤幫變形逐漸穩(wěn)定。
　　4.2 巷道頂板變形破壞實(shí)測分析
　　通過對1306軌道順槽不規(guī)則煤柱部分頂板觀測可知，隨著煤柱寬度的減小頂板下沉量逐漸增大，最大位置出現(xiàn)在靠近煤柱側(cè)。
　　
　　
　　4.3 巷道底板變形破壞實(shí)測分析
　　通過對1306軌道順槽不規(guī)則煤柱部分底板觀測可知，隨著煤柱寬度的減小底板底鼓量逐漸增大，并且煤柱側(cè)變形量遠(yuǎn)大于實(shí)體煤側(cè)，從煤柱寬度24m處，底鼓迅速加劇。
　　
　　5 煤柱變形破壞規(guī)律分析
　　綜合1306軌道順槽不規(guī)則煤柱部分巷道的兩幫移近、頂板下沉和底板底鼓規(guī)律分析可知。
　　（1）隨著煤柱寬度的減小，巷道圍巖變形破壞逐漸增大。
　　（2）小變形穩(wěn)定階段：煤柱寬度較大，該區(qū)受采空側(cè)壓影響較小，所以巷道變形小；突變階段：該區(qū)煤柱寬度小，并受采空空壓和工作面超前支承壓力影響，所以巷道圍巖變形破壞迅速；大變形穩(wěn)定階段：該區(qū)段位于停采線以內(nèi)基本不受采空側(cè)壓和超前支承壓力影響，但是由于工作面采動(dòng)期間動(dòng)壓影響和煤柱寬度小的緣故，變形量也是很大，不過已經(jīng)趨于穩(wěn)定。
　　（3）圍巖變形破壞（包括幫部變形、頂板下沉和底板底鼓）突變從煤柱24m處開始，所以臨界合理煤柱尺寸為24m。
　　
　　6 結(jié)語
　　該區(qū)域3下煤層特殊地質(zhì)和開采條件下形成的尖角型漸變不規(guī)則煤柱變形破壞規(guī)律性推突出，通過對其針對性的研究分析，得出以下結(jié)論：
　　（1）煤柱穩(wěn)定性寬度受應(yīng)力集中系數(shù)、煤層內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、煤層厚度和開采深度的影響。
　　（2）隨著煤柱寬度的減小，巷道圍巖變形破壞逐漸增大。
　　（3）通過對巷道圍巖變形破壞規(guī)律分析，得出郭屯煤礦-808水平臨界合理煤柱尺寸為24m。
　　
　　參考文獻(xiàn)
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