綜采工作面護巷煤柱留設寬度研究

王寶成

摘 要：煤炭作為我國工業生產的重要原料，其使用價值遠遠高于一般化工能源。在過去的幾十年中，我國經濟不斷發展，煤炭資源也逐漸出現匱乏現狀。針對這種現狀，我國很多煤炭企業逐漸在礦井作業中融入了護巷煤柱寬度技術，該技術的應用不僅可以有效提高煤炭的整體采出率。同時，還可以增加綜采工作面的穩定性和安全性，這對實現我國煤炭資源可持續發展非常有利。但要注意的是，在綜采工作面中運用護巷煤柱時要保證煤柱的寬度保持在合理范圍之內，因為只有這樣才可以保證煤柱寬度數據值呈現最大使用價值。下面本文筆者主要圍繞綜采工作面護巷煤柱留設寬度進行了研究分析。

關鍵詞：煤礦開采；護巷煤柱；寬度；研究

1 引言

在煤礦行業施工過程中，煤柱具有一定的重要作用，且其留設寬度一直是研究者比較重視的課題。一般情況下，煤柱留設的寬度較大，煤炭巷道以及煤炭圍巖的安全性和穩定性就會隨之增大，但采煤效率卻會出現大幅度下降趨勢。而煤柱留設寬度較小，則可以提升煤炭的開采效率，但卻會使巷道內部壓力和斷面收縮率呈現增高狀態，情況嚴重下會致使巷道圍巖受壓變形，嚴重威脅了采礦工作人員的生命安全。因此，針對這種現狀相關企業在進行護巷煤柱留設時，一定要綜合地質結構、礦山壓力、煤層厚度、開采技術等多方面因素，確定巷道布置位置和煤柱的留設寬度，其目的是為了更好的提升煤炭的開采質量與效率。

2 工程概況

以鶴崗某煤礦為例進行說明：該礦區的綜采工作面位于31軌道山東側，與相鄰已開始回采的綜采作業面之間的距離在130m之間。而實際作業中，該礦區東部切巷位置預留在F31003斷層上，其工作面的地面標高為180m，工作面標高保持在-240m～-120m之間，且長度為130m左右，煤層的平均厚度的在6.88m～7.89m之間，傾斜角的平均度數與實際數值保持在14°左右，具體煤層綜合柱狀圖如圖1所示：

3 煤柱寬度數值模擬分析

3.1 數值計算模型的建立

為了更好地確定上述綜采工作面的煤柱寬度，相關施工部門在進行綜采工作面數值分析時，針對性的選用了FLAC3D數值計算模擬技術，同時，也對綜采工作面上的護巷煤柱寬度進行了模擬分析，模擬方案主要圍繞三種煤柱類別進行，數值類別分別為：5m、10m、15m，實驗操作技術人員在不影響整體計算結果的前提下，依照不同寬度對項目模型對原有的模型尺寸進行了簡化，簡化之后的模型尺寸長×寬×高實際數據值為：320m×150m×184m，其模型匯總共計約11560個單元，125800個節點，整體綜采工作面的回風巷為梯形，巷道的高度為3.2m，頂的寬度為4m，底部寬度為5m，模型上下邊和側面移動均保持在限制要求范圍內。其次，在上邊界運用垂直載荷模型時，工作人員提前測量好覆巖層的各項質量數據值。同時還應用了Mohr-Coulonb強度檢測技術判斷綜采作業面中巖體的完好性。最后，采用FLAC3D數值模擬法來確定護巷煤柱留設的寬度。但要注意的是，在進行煤柱留設時要時刻遵循巷道布置的要求，要盡可能的降低深度層的煤層預應力對護巷煤柱的影響。

3.2 理論數值分析

研究表明：在實際施工過程中護巷煤柱很容易受回采巷道和周邊地理環境影響，而煤柱邊緣的煤層會受壓力作用出現變形、受損等情況。尤其是在采空區和回采巷道形成之后，巷道圍巖會受應力作用而出現下沉情況，壓力越大下沉力度越大，煤柱的承載強度和支撐壓力也會達到極致，這種情況下煤柱就可以達到預期的平衡狀態。而煤柱的寬度必須是上述兩個條件都滿足的情況下才可以實施，其目的是為了最大限度的減少外在壓力對煤柱的影響。

3.3 數值模擬結果分析

煤柱留設寬度的狀態分析是在綜合工作面正式開采之后，礦井深處的煤巖體很容易會受地質結構、煤層厚度、煤柱承受力等因素影響。為了改善這一現狀，企業一般會根據施工進度不斷的借助數值模擬技術來分析礦井深處的煤巖體的整體現狀和煤柱留設的寬度數值。其次，再通過對比分析發現煤柱寬度和媒巖體的整體完好性有著直接的關系。在實際作業中，當護巷煤柱的寬度為5m時，煤柱的支撐能力就相對較薄弱，護巷煤柱就會受到拉伸和煤層面剪切破壞現象。這種情況下，巷道兩邊的圍巖就會出現大面積的坍塌或是變形。但隨著煤柱的寬度不斷增大，整體支架的負載力和支撐能力也會隨之增強，煤柱的變形和被破壞范圍也會隨著減少，這時我們就可以清楚的發現護巷煤柱留設寬度的變大，對整個綜合工作的重要性。

4 護巷煤柱留設寬度的確定

在實際的采煤過程中，筆者通過觀察發現：（1）當護巷煤柱的寬度小于3m時，整個煤柱的就已經喪失了基本的支撐能力，這時煤柱的整體狀態處于塑形狀態，并且很容易受采空區的水平應力和垂直應力影響而引發生煤柱整體出現傾斜和滑移等現象，致使護巷煤柱的整體穩定性變差。（2）當護巷煤柱的留設距離大于5m之后，護巷煤柱的整體結構和支撐能力也就隨之增大，并且隨著開采進度的變化，煤柱的支撐力也可以很好的維持巷道的整體安全和穩定，并且可以有效地將巷道圍巖的變形數值控制在安全區間中，以便滿足后續綜合工作的順利進行。（3）而當護巷煤柱留設寬度真正大于10m時，煤柱之間就會產生兩個應力峰值，而這兩個峰值會受壓力、礦井深度等作用產生42Mpa的應力峰值，這會使煤柱的工作狀態保持在最佳值的范圍內，且兩個應力峰值之間的中部位置可以誕生足夠大的彈性區，這時工作人員要進開采工作就可以借助錨索、錨網等支護設備，其作用一方面可以提升護巷圍巖整體穩定性與安全性，另一方面也可以幫助企業很好的實現煤炭資源節約。煤炭資源作為不可再生資源，在我國工業發展中占據較為重要的位置，因此，相關企業在進行綜采工作時，一定要確定好護巷煤柱的寬度。要知道不同情況下，煤柱支護的狀態以及后續可能產生的安全問題。其次，要根據現場情況選擇合理的巷道支護方式，從而提高煤炭開采的整體效率。

5 結束語

綜上所述，本文筆者通過數值模擬分析法對綜采工作面護巷留設寬度以及不同寬度可能產生的情況進行了分析，從分析結果我們可以清楚的看出，煤柱寬度越大其穩定性越高，因此，煤炭企業要根據時代發展不斷的對其寬度和支護設備進行調整，要及時監測綜采工作面礦壓和應力的變化情況，以便為實現煤炭資源可持續利用奠定良好的基礎。

參考文獻

[1]王貴文.大同礦區特厚煤層盤區大巷護巷煤柱合理寬度研究[D].太原理工大學，2018.

[2]陳強強.沿空巷道煤柱留設優化[J].內蒙古煤炭經濟，2018，No.25712：110+113.

[3]喬宇，韓明.淺埋煤層綜采面護巷煤柱寬度留設研究[J].煤炭技術，2018，v.37；No.29911：80-82.