大采高采煤工作面围岩管理及煤柱留设研究

5大采高采煤工作面围岩管理及煤柱留设研究摘要：回采巷道围岩应力分布监测及区段煤柱合理尺寸留设对厚煤层的安全高效开采有着重要影响。本研究以榆树湾煤矿2⁻²上分层煤为研究对象，通过工作面开采技术条件分析、煤柱合理留设尺寸理论研究和煤柱合理留设尺寸模拟研究等手段，分析煤柱及工作面围岩应力环境、不同宽度煤柱应力变化规律及相近巷道围岩稳定性，确定合理区段煤柱宽度。研理留设宽度为15m。大，这给支护工作带来严峻挑战1。邻近采空区侧回的应力4]远高于两条巷道原来的支承压力5,掘进过1工作面开采技术条件1.1研究区域概况工作面回采完毕后，留20113工作面辅运顺槽作为20115工作面回风顺槽。20117工作面已回采完毕，1.2开采范围榆树湾煤矿20115综采工作面所采煤层为2⁻²煤工作面倾向长度253.26m,倾角0～3°,面积9.56×10⁵m²。地面标高+1297.3～+1328.6m;工作面标高+1015～+1020m。工作面切眼位置在20115工作面回风顺槽52联巷，回撤通道位置在20115工作面胶运顺槽3联巷。可采煤层厚度11.02～12.10m,平均厚度11.53m,本工作面开采的上分层可采厚度4.97~1.3煤层赋存条件20115工作面回采2⁻²煤层上分层，2⁻²煤层埋深砂岩及细粒砂岩；基本顶厚度34.41～78.0m,岩屑杂2工作面煤柱合理留设尺寸理论计算2.1基于弹性核区理论的煤柱留设尺寸理论计算基本顶破断位置基本位于煤体弹塑性交接处6kyHkyH在塑性区沿x轴取煤体内一个微元体为分析对00ydx图2塑性区微元体受力体边缘的距离为x₂=3.53m。5.1～10.2m,故煤柱合理的留设宽度b=2x₂+(5.1~塑性区弹性核区塑性区2.2基于经验估算法的煤柱留设尺寸理论计算如图4所示。图4侧向支承压力分布合理宽度b≥13.989m。2.3工作面煤柱合理留设尺寸理论确定结合20115工作面采空区基本顶断裂情况，基于度整理汇总至表1。根据统计结果及煤柱安全性要表1基于弹性核区理论和经验公式两种方法确定煤柱留设宽度确定依据合理宽度(m)弹性核区理论≥(12.2～17.3)经验估算法3煤柱合理留设尺寸模拟研究榆树湾煤矿2⁻²煤层上分层开采过程中，所有工作面均采用留设宽煤柱(22～25m)双巷布置形式。这作面的超前段矿压显著,支护方案有待完善。本章基于20115工作面地质条件，以20115工作面胶运顺槽73.1计算模型及网格划分向)和z(垂直方向)长度分别为465m、100m和100m,3.2煤柱应力分析-1.0000E+07-2.5000E+073.2500E+07-3.5000E+07EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up7(2),0)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up7(6399E),0000E)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up7(0),0)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up7(5),0)-3.7500E+07垂直应力/Pa-2.0000E+07-2.2500E+07EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up7(2),0)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up7(9472E),0000E)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up7(0),0)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up7(5),0)-3.5000E+07辅运顺槽煤柱应力集中-3.9224E+07-5.0000E+06-1.0000E+07-2.7500E+07-3.5000E+07-1.7500E+07-2.0000E+07垂直应力/PaEQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up5(2),0)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up5(5850E),0000E)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up5(0),0)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up5(5),0)辅运顺槽胶运顺槽应力集中图5不同宽度煤柱应力分布云图83.3不同煤柱宽度的围岩变形特征表2不同宽度煤柱围岩变形特征统计移近量(mm)煤柱宽度(m)胶运顺槽顶底板移近量胶运顺槽两帮移近量400425绘制了煤柱宽度-围岩变形关系曲线，如图6所示。由图可知，20115工作面胶运顺槽围岩变形随煤柱宽度减小而增加。当煤柱宽度由25m减小至15m至294mm,两帮移近量由280mm缓慢增至351mm。随幅分别达到16%和14%,这一显著变形量激增表示巷应不低于15m。此时，工作面区间煤柱体内应力环境均较好，弹性核区范围均不小于3m,且围岩变形量均一一顶底板移近量一一顶底板移近量340-280-3.4煤柱合理宽度确定3,理论确定煤柱宽度取值范围为12.2～17.3m;模拟确定掘巷期间煤柱尺寸应≥9m,回采期间，煤柱尺寸应≥15m。结合榆树湾煤矿采矿地质条件，最终确定20115工作面胶运顺槽间煤柱合理宽度为15m。表3煤柱宽度合理取值范围研究方法理论分析数值模拟掘巷期间回采期间煤柱宽度(均可保证其稳定性)4.1基于弹性核区理论和经验估算法，并根据煤柱