山西华晋韩咀煤业有限责任公司 山西临汾 041000
摘要：煤柱尺寸留设过大，不仅会影响煤炭的出采率，更会影响工作面的安全作业。韩咀矿区煤炭资源贮备丰富，但在支护过程中，煤柱留设的宽度为35~45米，其留设尺寸过大，不利于矿区的安全生产。本文以韩咀矿区32111工作面为工程背景，针对其煤柱尺寸留设过大的问题，提出了一些解决方法。根据普氏理论和弹塑性理论，计算出塑性区半径为5.875m，初步确定煤柱留设的范围为5m~9m。通过FLAC3D数值模拟实验，演示了地应力的分布情况和巷道围岩破坏的规律，分析得出煤柱的合理尺寸为7.5m。综合考虑经济效益及安全，最终确定煤柱宽度为8m，也为其他矿区煤柱解决留设问题提供了理论依据及方案参考。
关键词：煤柱尺寸优化；普氏理论；弹塑性理论；数值模拟
0 引言
在采矿过程中，留设煤柱是保证巷道稳定性的重要手段，煤柱宽度留设过小或过大，都不利于矿区工作面的安全[1]。因此，确定煤柱最佳尺寸十分必要。对于煤柱留设尺寸的问题，杨伯达等[2][3][4]通常采用工程类比法，缺乏完备的理论依据，给工程安全带了很多不确定性，使得作业风险与支护成本大大增加。在实验过程中，王德超等[5][6][7]采用相似材料法作为实验手段，给实验结果带来较大偏差。本文以韩咀矿区32111工作面为工程背景，分别利用普氏理论和弹塑性理论两种理论计算方法，确定了塑性区半径以及煤柱尺寸的留设范围，为煤柱宽度留设问题提供了理论依据。为减小实验误差，尽量准确地反映巷道的变形与破坏，欲采用非线性数值模拟实验。其中FLAC 3D简单方便、省时高效，可以较好地模拟围岩破坏演化规律[8]，有利于实验的成功与工程的安全，因此选择FLAC 3D作为本次实验的手段。
1.工程概况
韩咀矿区32111工作面南临枣岭乡，北临安里河，东临白岭村，西临碟村和前安里村。北面为F1断层，南面为2煤西翼回风大巷，东面为北辅运大巷，西面为未开发区域。工作面地表均为黄土覆盖地带、山高沟深，无建筑物。根据《32111综放工作面地质说明书》的资料，32111综放工作面煤层情况见表1。
因此，根据模拟结果，为尽量减小煤炭资源的损失量，建议将顺槽的煤柱宽度取为7.5 m，并进行锚杆支护加固。
4.结论
煤柱的作用一方面是隔离采空区，另一方面是保证下区段巷道的稳定性。煤柱的合理宽度不仅关系到回采巷道的支护效果，而且影响煤矿的安全生产及经济效益。煤柱过窄，虽然能减少煤炭损失，但煤柱容易失稳，不仅给巷道维护造成困难而且容易造成采空区漏风；煤柱过宽，不仅导致煤炭资源的浪费，而且难以保证巷道处在支承压力卸压带范围内。本文通过理论计算和数值模拟分析，确定了32111工作面进风顺槽与运输顺槽间合理煤柱宽度为7.5 m；综合考虑经济效益及安全，工程实践中顺槽间煤柱宽度取为8.0。该工作面煤柱宽度的优化，对于提高巷道围岩稳定性具有重大意义。
参考文献
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论文作者:魏衍栋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/16
标签：工作面论文; 宽度论文; 矿区论文; 巷道论文; 煤层论文; 尺寸论文; 塑性论文; 《基层建设》2019年第25期论文;