特厚煤层综放工作面区段煤柱参数设计

李学宁

（神东煤炭集团柳塔煤矿综采队,内蒙古 鄂尔多斯 017209）

1 概述

当前，国内外仍以采取留设煤柱保护采准巷道作为主要护巷方法。由此看出，煤柱留设对采准巷道的保护起到了关键作用。但煤柱尺寸太小便无法支撑顶板所造成的压力，也无法防止流进工作面的水，从而使工作面的生产失去了安全保障；尺寸太大则会造成煤炭资源的大量损失，且容易受到区段煤柱宽度的影响。巷道的维护状况是否良好取决于采准巷道护巷煤柱是否稳定，因此，巷道支护是回采工作面的咽喉，并直接影响着回采工作面的正常生产和安全管理。

2 区段煤柱的分类

区段巷道的布置方式：煤体—煤体（大煤柱或小煤柱）巷道、煤体—煤柱（大煤柱）巷道、煤体—采空区(或小煤柱)巷道。

区段煤柱留设是为了维护区段巷道的稳定性，根据郭家河矿的工作面接替顺序，1303工作面的区段巷道属于煤体—煤体巷道，1305工作面区段巷道属于煤体—煤柱（大煤柱）巷道,这种类型的区段巷道只受本巷道掘进和1305工作面回采影响，避免了受二次采动影响。

3 区段煤柱留设理论分析

煤体内存在侧向支承压力是受采空区的侧向影响而造成的，根据支承压力分布情况可以看出，巷道布置的位置可能有3种由煤体上方支承压，掘进巷道在第二位置时，由于承受高强度的支承压力而使得巷道不易维护；当掘进巷道在第三位置时，巷道由于受到的压力小而较容易维护，煤柱损失较大；当掘进巷道在第一位置时，煤炭回采率得到提高，但位置确定较难，巷道变形量大。一般情况下，将第三位置的称之为“宽煤柱”，将在第一位置的称之为“窄煤柱”。

4 区段煤柱合理留设技术研究及参数确定

回采空间和采准巷道在护巷煤柱两侧会形成各自的塑性变形区(宽度分别为x0和x1)。采动后，护巷煤柱保持稳定的基本条件是：煤柱两侧产生塑性变形后，在煤柱中央仍处于弹性应力状态，即在煤柱中央保持一定宽度的弹性核，弹性核的宽度应不小于煤柱高度(煤层开采厚度M)的两倍。按照煤巷两帮煤体应力和极限平衡理论，煤柱保持稳定状态的宽度(B)为：

反映支承压力和煤柱变形破坏范围的主要参数有：煤柱边缘的破裂区宽度x0'，塑件区宽度x0。K是支承压力峰值处的垂直应力与原岩应力的比值。根据区段大煤柱稳定的基本条件用式计算出合理的最小护巷煤柱宽度B。公式（1）中：

x0—上区段工作面开采在煤柱中产生的塑性区宽度，m;

M—区段平巷高度，4m；

m—煤层开采厚度，12.8m；

A— 侧压系数，取1；

φ0—煤体内摩擦角，36.56o；

C0—煤体内聚力，1.81MPa；

k—应力集中系数；采动引起的侧向应力集中系数一般为2～3，稳定后为1.5左右；巷道开掘引起的侧向应力集中系数一般为2～3，稳定后为1～2，为计算方便取1.5。

H—巷道埋深，480m；

γ—上覆岩层平均容重，25KN/m3；

P0—上区段平巷对下帮的支护阻力，0.3MPa；巷道掘进时，可按0.1MPa。

x1—本区段采准巷道在煤柱中产生的塑性区宽度；

由于郭家河矿采用综放开采，式（1）中取区段平巷高度；故计算x0时取k为1.2，计算x1时k为2。计算过程如下：

故煤柱留设应不小于30m。

5 结论

煤柱尺寸的大小是影响煤柱稳定性的关键因素，采动后，护巷煤柱保持稳定的基本条件是煤柱两侧产生塑性变形后，在煤柱中央仍处于弹性应力状态，即在煤柱中央保持一定宽度的弹性核，弹性核的宽度应不小于煤柱高度(煤层开采厚度M)的两倍，针对郭家河采用综放开采，通过数值模拟分析不同宽度煤柱的煤柱塑性区、垂直应力分布及区段巷道围岩表面变形情况，最终设计郭家河矿综放工作面区段煤柱宽度为30m。