综采工作面护巷煤柱留设宽度研究

王宝成

摘 要：煤炭作为我国工业生产的重要原料，其使用价值远远高于一般化工能源。在过去的几十年中，我国经济不断发展，煤炭资源也逐渐出现匮乏现状。针对这种现状，我国很多煤炭企业逐渐在矿井作业中融入了护巷煤柱宽度技术，该技术的应用不仅可以有效提高煤炭的整体采出率。同时，还可以增加综采工作面的稳定性和安全性，这对实现我国煤炭资源可持续发展非常有利。但要注意的是，在综采工作面中运用护巷煤柱时要保证煤柱的宽度保持在合理范围之内，因为只有这样才可以保证煤柱宽度数据值呈现最大使用价值。下面本文笔者主要围绕综采工作面护巷煤柱留设宽度进行了研究分析。

关键词：煤矿开采；护巷煤柱；宽度；研究

1 引言

在煤矿行业施工过程中，煤柱具有一定的重要作用，且其留设宽度一直是研究者比较重视的课题。一般情况下，煤柱留设的宽度较大，煤炭巷道以及煤炭围岩的安全性和稳定性就会随之增大，但采煤效率却会出现大幅度下降趋势。而煤柱留设宽度较小，则可以提升煤炭的开采效率，但却会使巷道内部压力和断面收缩率呈现增高状态，情况严重下会致使巷道围岩受压变形，严重威胁了采矿工作人员的生命安全。因此，针对这种现状相关企业在进行护巷煤柱留设时，一定要综合地质结构、矿山压力、煤层厚度、开采技术等多方面因素，确定巷道布置位置和煤柱的留设宽度，其目的是为了更好的提升煤炭的开采质量与效率。

2 工程概况

以鹤岗某煤矿为例进行说明：该矿区的综采工作面位于31轨道山东侧，与相邻已开始回采的综采作业面之间的距离在130m之间。而实际作业中，该矿区东部切巷位置预留在F31003断层上，其工作面的地面标高为180m，工作面标高保持在-240m～-120m之间，且长度为130m左右，煤层的平均厚度的在6.88m～7.89m之间，倾斜角的平均度数与实际数值保持在14°左右，具体煤层综合柱状图如图1所示：

3 煤柱宽度数值模拟分析

3.1 数值计算模型的建立

为了更好地确定上述综采工作面的煤柱宽度，相关施工部门在进行综采工作面数值分析时，针对性的选用了FLAC3D数值计算模拟技术，同时，也对综采工作面上的护巷煤柱宽度进行了模拟分析，模拟方案主要围绕三种煤柱类别进行，数值类别分别为：5m、10m、15m，实验操作技术人员在不影响整体计算结果的前提下，依照不同宽度对项目模型对原有的模型尺寸进行了简化，简化之后的模型尺寸长×宽×高实际数据值为：320m×150m×184m，其模型汇总共计约11560个单元，125800个节点，整体综采工作面的回风巷为梯形，巷道的高度为3.2m，顶的宽度为4m，底部宽度为5m，模型上下边和侧面移动均保持在限制要求范围内。其次，在上边界运用垂直载荷模型时，工作人员提前测量好覆岩层的各项质量数据值。同时还应用了Mohr-Coulonb强度检测技术判断综采作业面中岩体的完好性。最后，采用FLAC3D数值模拟法来确定护巷煤柱留设的宽度。但要注意的是，在进行煤柱留设时要时刻遵循巷道布置的要求，要尽可能的降低深度层的煤层预应力对护巷煤柱的影响。

3.2 理论数值分析

研究表明：在实际施工过程中护巷煤柱很容易受回采巷道和周边地理环境影响，而煤柱边缘的煤层会受压力作用出现变形、受损等情况。尤其是在采空区和回采巷道形成之后，巷道围岩会受应力作用而出现下沉情况，压力越大下沉力度越大，煤柱的承载强度和支撑压力也会达到极致，这种情况下煤柱就可以达到预期的平衡状态。而煤柱的宽度必须是上述两个条件都满足的情况下才可以实施，其目的是为了最大限度的减少外在压力对煤柱的影响。

3.3 数值模拟结果分析

煤柱留设宽度的状态分析是在综合工作面正式开采之后，矿井深处的煤岩体很容易会受地质结构、煤层厚度、煤柱承受力等因素影響。为了改善这一现状，企业一般会根据施工进度不断的借助数值模拟技术来分析矿井深处的煤岩体的整体现状和煤柱留设的宽度数值。其次，再通过对比分析发现煤柱宽度和媒岩体的整体完好性有着直接的关系。在实际作业中，当护巷煤柱的宽度为5m时，煤柱的支撑能力就相对较薄弱，护巷煤柱就会受到拉伸和煤层面剪切破坏现象。这种情况下，巷道两边的围岩就会出现大面积的坍塌或是变形。但随着煤柱的宽度不断增大，整体支架的负载力和支撑能力也会随之增强，煤柱的变形和被破坏范围也会随着减少，这时我们就可以清楚的发现护巷煤柱留设宽度的变大，对整个综合工作的重要性。

4 护巷煤柱留设宽度的确定

在实际的采煤过程中，笔者通过观察发现：（1）当护巷煤柱的宽度小于3m时，整个煤柱的就已经丧失了基本的支撑能力，这时煤柱的整体状态处于塑形状态，并且很容易受采空区的水平应力和垂直应力影响而引发生煤柱整体出现倾斜和滑移等现象，致使护巷煤柱的整体稳定性变差。（2）当护巷煤柱的留设距离大于5m之后，护巷煤柱的整体结构和支撑能力也就随之增大，并且随着开采进度的变化，煤柱的支撑力也可以很好的维持巷道的整体安全和稳定，并且可以有效地将巷道围岩的变形数值控制在安全区间中，以便满足后续综合工作的顺利进行。（3）而当护巷煤柱留设宽度真正大于10m时，煤柱之间就会产生两个应力峰值，而这两个峰值会受压力、矿井深度等作用产生42Mpa的应力峰值，这会使煤柱的工作状态保持在最佳值的范围内，且两个应力峰值之间的中部位置可以诞生足够大的弹性区，这时工作人员要进开采工作就可以借助锚索、锚网等支护设备，其作用一方面可以提升护巷围岩整体稳定性与安全性，另一方面也可以帮助企业很好的实现煤炭资源节约。煤炭资源作为不可再生资源，在我国工业发展中占据较为重要的位置，因此，相关企业在进行综采工作时，一定要确定好护巷煤柱的宽度。要知道不同情况下，煤柱支护的状态以及后续可能产生的安全问题。其次，要根据现场情况选择合理的巷道支护方式，从而提高煤炭开采的整体效率。

5 结束语

综上所述，本文笔者通过数值模拟分析法对综采工作面护巷留设宽度以及不同宽度可能产生的情况进行了分析，从分析结果我们可以清楚的看出，煤柱宽度越大其稳定性越高，因此，煤炭企业要根据时代发展不断的对其宽度和支护设备进行调整，要及时监测综采工作面矿压和应力的变化情况，以便为实现煤炭资源可持续利用奠定良好的基础。

参考文献

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