特厚煤層綜放工作面區段煤柱參數設計

李學寧

（神東煤炭集團柳塔煤礦綜采隊,內蒙古 鄂爾多斯 017209）

1 概述

當前，國內外仍以采取留設煤柱保護采準巷道作為主要護巷方法。由此看出，煤柱留設對采準巷道的保護起到了關鍵作用。但煤柱尺寸太小便無法支撐頂板所造成的壓力，也無法防止流進工作面的水，從而使工作面的生產失去了安全保障；尺寸太大則會造成煤炭資源的大量損失，且容易受到區段煤柱寬度的影響。巷道的維護狀況是否良好取決于采準巷道護巷煤柱是否穩定，因此，巷道支護是回采工作面的咽喉，并直接影響著回采工作面的正常生產和安全管理。

2 區段煤柱的分類

區段巷道的布置方式：煤體—煤體（大煤柱或小煤柱）巷道、煤體—煤柱（大煤柱）巷道、煤體—采空區(或小煤柱)巷道。

區段煤柱留設是為了維護區段巷道的穩定性，根據郭家河礦的工作面接替順序，1303工作面的區段巷道屬于煤體—煤體巷道，1305工作面區段巷道屬于煤體—煤柱（大煤柱）巷道,這種類型的區段巷道只受本巷道掘進和1305工作面回采影響，避免了受二次采動影響。

3 區段煤柱留設理論分析

煤體內存在側向支承壓力是受采空區的側向影響而造成的，根據支承壓力分布情況可以看出，巷道布置的位置可能有3種由煤體上方支承壓，掘進巷道在第二位置時，由于承受高強度的支承壓力而使得巷道不易維護；當掘進巷道在第三位置時，巷道由于受到的壓力小而較容易維護，煤柱損失較大；當掘進巷道在第一位置時，煤炭回采率得到提高，但位置確定較難，巷道變形量大。一般情況下，將第三位置的稱之為“寬煤柱”，將在第一位置的稱之為“窄煤柱”。

4 區段煤柱合理留設技術研究及參數確定

回采空間和采準巷道在護巷煤柱兩側會形成各自的塑性變形區(寬度分別為x0和x1)。采動后，護巷煤柱保持穩定的基本條件是：煤柱兩側產生塑性變形后，在煤柱中央仍處于彈性應力狀態，即在煤柱中央保持一定寬度的彈性核，彈性核的寬度應不小于煤柱高度(煤層開采厚度M)的兩倍。按照煤巷兩幫煤體應力和極限平衡理論，煤柱保持穩定狀態的寬度(B)為：

反映支承壓力和煤柱變形破壞范圍的主要參數有：煤柱邊緣的破裂區寬度x0'，塑件區寬度x0。K是支承壓力峰值處的垂直應力與原巖應力的比值。根據區段大煤柱穩定的基本條件用式計算出合理的最小護巷煤柱寬度B。公式（1）中：

x0—上區段工作面開采在煤柱中產生的塑性區寬度，m;

M—區段平巷高度，4m；

m—煤層開采厚度，12.8m；

A— 側壓系數，取1；

φ0—煤體內摩擦角，36.56o；

C0—煤體內聚力，1.81MPa；

k—應力集中系數；采動引起的側向應力集中系數一般為2～3，穩定后為1.5左右；巷道開掘引起的側向應力集中系數一般為2～3，穩定后為1～2，為計算方便取1.5。

H—巷道埋深，480m；

γ—上覆巖層平均容重，25KN/m3；

P0—上區段平巷對下幫的支護阻力，0.3MPa；巷道掘進時，可按0.1MPa。

x1—本區段采準巷道在煤柱中產生的塑性區寬度；

由于郭家河礦采用綜放開采，式（1）中取區段平巷高度；故計算x0時取k為1.2，計算x1時k為2。計算過程如下：

故煤柱留設應不小于30m。

5 結論

煤柱尺寸的大小是影響煤柱穩定性的關鍵因素，采動后，護巷煤柱保持穩定的基本條件是煤柱兩側產生塑性變形后，在煤柱中央仍處于彈性應力狀態，即在煤柱中央保持一定寬度的彈性核，彈性核的寬度應不小于煤柱高度(煤層開采厚度M)的兩倍，針對郭家河采用綜放開采，通過數值模擬分析不同寬度煤柱的煤柱塑性區、垂直應力分布及區段巷道圍巖表面變形情況，最終設計郭家河礦綜放工作面區段煤柱寬度為30m。