軟弱煤層大采高工作面區(qū)段煤柱留設(shè)研究

摘" 要：該文以長平煤業(yè)4203大采高工作面為背景，通過FLAC數(shù)值模擬軟件，分析煤柱內(nèi)部應(yīng)力及塑性區(qū)分布情況，最終確定區(qū)段煤柱留設(shè)寬度為25 m。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，回采工作面推進(jìn)前方側(cè)向支承壓力呈“馬鞍形”穩(wěn)定分布，4203工作面回風(fēng)順槽巷道表面變形觀測頂?shù)装遄畲笠平?7 mm，兩幫最大變形量38 mm，滿足維持巷道穩(wěn)定要求。

關(guān)鍵詞：軟弱煤層；大采高；區(qū)段煤柱；塑性區(qū)；支承壓力；收斂量

中圖分類號：TD82" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）17-0086-04

Abstract： Based on the 4203 large mining height working face of Changping Coal Industry， this paper analyzes the distribution of internal stress and plastic zone of the coal pillar through FLAC numerical simulation software， and finally determines that the reserved width of the section coal pillar is 25 m. Through the field measurement， the lateral abutment pressure in front of the advance of the mining face shows a \"saddle shape\" stable distribution. The maximum displacement of the roof and floor and the maximum deformation of the two sides of the roadway in the 4203 working face are 57 mm and 38 mm， respectively， which meet the requirements of maintaining the stability of the roadway.

Keywords： weak coal seam; large mining height; section coal pillar; plastic zone; abutment pressure; convergence

長平煤業(yè)4203大采高工作面平均開采深度400 m，煤層厚度6.04 m，普氏系數(shù)1.01，煤層傾角平均3°，4203工作面機(jī)采高度5.92 m，切眼長度216 m，工作面布置如圖1所示，工作煤層巖性特征見表1。

1" 煤柱寬度數(shù)值模擬分析

采用FLAC，分別模擬煤柱寬度為10、15、20和25 m時(shí)煤柱彈塑性區(qū)情況。模型斷面如圖2所示，工作面巖層物理力學(xué)參數(shù)見表2。

從圖3—圖6可以看出，煤柱在采動(dòng)影響下，預(yù)留10 m時(shí)，巷道圍巖塑性破壞區(qū)與煤柱塑性破壞區(qū)已相互貫通，無法保證巷道穩(wěn)定。預(yù)留15 m時(shí)，彈性核區(qū)過窄不能夠滿足要求。預(yù)留20 m時(shí)，基本接近了理論所需的2倍采高的彈性核區(qū)寬度。預(yù)留25 m時(shí)，煤柱中央的彈性區(qū)寬度增加，滿足要求。

通過對10、15、20和25 m 4組區(qū)段煤柱留設(shè)寬度數(shù)值模擬分析，得出煤柱寬度25 m時(shí)，能滿足護(hù)巷要求，避免煤柱留設(shè)過大造成資源浪費(fèi)。

2" 現(xiàn)場效果檢驗(yàn)

2.1" 超前支承壓力效果檢驗(yàn)

通過在4203回風(fēng)順槽與4203輔助運(yùn)輸順槽之間的2#聯(lián)絡(luò)巷布置鋼弦壓力記錄及采集儀，觀測工作面前方煤柱超前支承壓力分布。5個(gè)應(yīng)力計(jì)安裝深度距巷壁8 m，距巷道底板1.6 m，布置間距及位置如圖7和圖8所示。

觀測周期歷時(shí)近2個(gè)月，煤壁內(nèi)垂直應(yīng)力變化情況如圖9—圖11。

經(jīng)分析，應(yīng)力計(jì)演化規(guī)律如圖12所示，煤柱總體受力特征為“馬鞍型”，受力處于平衡狀態(tài)。

2.2" 回風(fēng)順槽巷道巷道支護(hù)效果檢驗(yàn)

4203回風(fēng)順槽工作面前方100 m處布置巷道表面位移實(shí)測站，進(jìn)行為期1個(gè)月的數(shù)據(jù)觀測分析整理見圖13。

測站觀測結(jié)果表明，第17個(gè)觀察日頂?shù)装逡平?7 mm，巷幫移近量38 mm，之后圍巖變形量逐步穩(wěn)定，煤柱留設(shè)滿足安全生產(chǎn)需要。

3" 結(jié)論

1）通過數(shù)值模擬計(jì)算，煤柱留設(shè)寬度為25 m時(shí)，煤柱中央彈性區(qū)寬度滿足穩(wěn)定要求。

2）現(xiàn)場超前支承壓力實(shí)測表明，煤柱總體受力特征為穩(wěn)定型的“馬鞍型”，峰值壓力位于煤柱中央彈性區(qū)。回采工作面?zhèn)让褐逯祲毫ξ恢梦挥?203輔助運(yùn)輸順槽煤巷壁煤柱內(nèi)8.7 m處，4203回風(fēng)順槽側(cè)峰值壓力位置位于4203回風(fēng)順槽巷壁煤柱內(nèi)6.9 m處。

3）回采巷道受回采工作面動(dòng)壓影響17 d內(nèi)圍巖變形較大，17 d后圍巖變形逐漸趨于穩(wěn)定，頂?shù)装遄畲笪灰屏繛?7 mm，巷道兩幫最大位移量為38 mm，滿足安全生產(chǎn)要求。

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