复用回采巷道护巷煤柱合理宽度研究_闫帅

第33卷第10期 岩 土 力 学 Vol.33 No. 10 2012年10月 Rock and Soil Mechanics Oct. 2012

文章编号：1000－7598 (2012) 10－3081－07

复用回采巷道护巷煤柱合理宽度研究

闫 帅1, 2，柏建彪1, 2，卞 卡1, 2，霍灵军3，刘学勇1, 2

（1. 中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221116；2. 中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州 221116；

3. 潞安环能集团余吾煤业有限责任公司，山西 长治 046103）

摘 要：为解决高瓦斯工作面双U型巷道布置中煤柱损失大、相邻工作面复用回采巷道维护困难的难题，综合采用理论分析、数值计算和现场试验的方法，研究得到煤柱宽度对相邻两工作面之间煤柱内复用巷道围岩应力分布和变形特征的影响规律：随着巷道一侧煤柱宽度的增加，巷道围岩垂直应力峰值向一侧移动，并逐渐远离巷道；当巷道一侧煤柱较小时，巷道以窄煤柱帮变形和顶板下沉为主，随着煤柱宽度增加，底鼓增大并成为巷道主要变形。以煤柱内应力峰值比值为指标，分析煤柱宽度与巷道稳定性的关系，并将不同宽度煤柱进行了稳定性分区。研究成果成功应用于工程实践，为类似条件下巷道布置提供依据。

关 键 词：高瓦斯工作面；复用回采巷道；煤柱宽度；应力峰值比值；稳定性分区 中图分类号：TD 322 文献标识码：A

Investigation on rational barrier pillar width of reused gateroad in coal mines

YAN Shuai, BAI Jian-biao, BIAN Ka1, 2, HUO Ling-jun3, LIU Xue-yong1, 2

1, 2

1, 2

(1. State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China;

2. School of Mines, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China;

3. Yuwu Coal Industry Corporation Ltd., Changzhi, Shanxi 046103, China)

Abstract: In order to minimize coal resource loss and mitigate the support difficulty of reused gateroad in double-U shaped gateroad layout of high gassy coal mine, a numerical simulation is used to investigate the stress distribution and deformation rule of reused gateroad with respect to different pillar widths. Results show that with one side pillar width increasing, vertical stress peak in surrounding rock moves close to the gateroad and then gets away in one direction. When the pillar is slender, the deformation of slender rib and roof are larger than that of the wider rib and floor. Floor heave increases and becomes the main convergence with pillar width increasing. With stress peak ratio in coal pillar as an indicator, the pision of barrier pillar width reveals the relationship between pillar width and gateroad stability. Research results are successfully applied to an engineering practice, and it provides guidance for gateroad layout in the similar situation.

Key words: high gassy mining face; reused gateroad; pillar width; peak stress ratio; stability zoning

1 引 言

综放高瓦斯工作面单位时间内出煤量增加，瓦斯相对涌出量大，为了实现高瓦斯煤层工作面安全开采，某些高瓦斯矿井采用两进两回的双U型巷道布置方式：运输平巷→回采工作面→回风平巷形成“内U型”回路；由进风平巷→辅助切眼→瓦斯排放巷形成“外U型”回路，每个工作面回采期间有4条回采巷道服务，相邻两回采巷道之间通常采用宽煤

柱护巷。为了减少巷道掘进，相邻两工作面共用一条瓦斯排放巷，成为复用巷道，相邻工作面平面布置图如图1所示。相邻两工作面回采后，复用巷道处于孤岛煤柱中，巷道维护困难，且煤柱损失大。

为提高煤炭资源回收率，许多专家学者在护巷煤柱宽度方面进行了大量研究[1

－6]

，窄煤柱沿空掘

－12]

巷和沿空留巷等技术得到成功应用[7

，以往对沿

空巷道的研究大都集中在单一巷道，即巷道一侧为采空区另一侧为窄煤柱或充填体，而对两侧均为煤

收稿日期：2012-04-22

基金项目：国家自然科学基金项目(No. 51174195)；煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题资助(No. SKLCRSM08X04)；中国矿业大学青年科研基金资助项目(No. 2008A002)；国家建设高水平大学公派研究生资助项目（留金［2010］3006）；中央高校基本科研业务费专项资金资助(No. 2010QNA31)。

第一作者简介：闫帅，男，1983年生，博士研究生，主要从事巷道围岩控制理论与支护技术方面的研究工作。E-mail: yanshuai2003@http://doc.guandang.net

3082 岩 土 力 学 2012年

柱且受多次动压影响的复用回采巷道稳定性研究未见报道。

本文采用数值计算的方法，研究煤柱内复用回采巷道不同位置对巷道围岩应力分布和变形特征的影响规律；以煤柱内应力峰值比值为指标，分析煤柱宽度与巷道稳定性的关系，并将不同宽度煤柱进行了区域划分，得到了合理的护巷煤柱宽度，并将研究成果成功应用于工程实践，为类似条件下巷道布置提供了依据。

(图中红色实线表示复用回采巷道，阴影部分表示设计煤柱)

数见表2[13

－14]

。模拟开采顺序为：①开挖S2105工

作面平巷；②回采S2105工作面；③选择留巷煤柱宽度，开挖S2106工作面平巷；④回采S2106工作面。

针对S2106工作面区段煤柱宽度（图2中“设计煤柱”）提出6种方案：4、6、8、10、14 和20 m。研究本区段煤柱宽度对复用回采巷道围岩应力分布和变形特征的影响规律，分析煤柱宽度与巷道稳定性的关系。

图2 数值计算模型图

Fig. 2 Numerical simulation model

表1 岩体力学参数

Table 1 Mechanical parameters of rock mass

岩性 粉砂岩

密度体积模量剪切模量 黏聚力 内摩擦角抗拉强度/(g/cm3)

/GPa

/GPa

/MPa

/(°)

/MPa

2.5 9.3

7.8 4.8 36 1.90

2.2 13.2

8.0

3.3 48 1.72

2.1 4.5 3.0 2.8 30 0.54 1.4 3.6 2.0 1.2 32 0.13 2.3 4.1

2.0 2.8 30 0.50 2.2 12.8

7.5 3.3 48 1.72

2.1 3.2 2.2 1.8 31 0.50

图1 “双U”型通风系统图

Fig.1 Plan view of double-U shaped ventilation layout

2 工程背景

2.1 生产地质条件

某矿S2106回采工作面主采3#煤层，埋深为 500 m，煤层平均厚度为5.3 m、平均倾角为6°，为近水平煤层。3#煤层基本顶为粗砂岩，厚为9.0 m；直接顶为砂质泥岩，厚为4.30 m；直接底为泥岩，厚为3.25 m；老底为粉砂岩，厚为7 m。地应力实测表明，垂直应力为最大主应力，垂直应力为水平主应力的1.3~1.8倍。工作面采用双U型巷道布置方式，上区段S2105工作面已经回采，区段煤柱为35 m，采用走向长壁 …… 此处隐藏：13814字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……