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    綜放工作面沿空側(cè)煤柱合理寬度留設(shè)研究

    所屬分類:建筑論文 閱讀次 時(shí)間:2019-11-05 15:59

    本文摘要:摘要:以夏店煤礦地質(zhì)條件為基礎(chǔ),對(duì)3107綜放工作面沿空側(cè)煤柱內(nèi)應(yīng)力分布特征進(jìn)行了研究,并對(duì)煤柱合理留設(shè)寬度進(jìn)行了確定。理論計(jì)算3107綜放面煤柱寬度應(yīng)在23.55~27.97m范圍內(nèi),通過數(shù)值模擬分析,確定煤柱留設(shè)寬度可取計(jì)算所得寬度的下限。綜合考慮安全、

      摘要:以夏店煤礦地質(zhì)條件為基礎(chǔ),對(duì)3107綜放工作面沿空側(cè)煤柱內(nèi)應(yīng)力分布特征進(jìn)行了研究,并對(duì)煤柱合理留設(shè)寬度進(jìn)行了確定。理論計(jì)算3107綜放面煤柱寬度應(yīng)在23.55~27.97m范圍內(nèi),通過數(shù)值模擬分析,確定煤柱留設(shè)寬度可取計(jì)算所得寬度的下限。綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)等因素,最終確定3107綜放面沿空側(cè)的煤柱寬度為25m。煤柱寬度比按工程經(jīng)驗(yàn)留設(shè)的寬度減少了10m,不僅提高了煤炭資源的采出率,而且可大大提升礦井的經(jīng)濟(jì)效益。

      關(guān)鍵詞:綜放工作面,應(yīng)力分布特征,煤柱寬度,數(shù)值模擬

    采礦與安全工程學(xué)報(bào)

      目前,我國對(duì)于厚煤層及特厚煤層的開采,主要采用大采高開采和綜放開采方式,而綜放開采由于開采效率高、產(chǎn)量大的優(yōu)點(diǎn)在煤礦得到普及。由于綜放工作面回采巷道頂板及兩幫通常均為煤體,巷道圍巖強(qiáng)度較低,圍巖變形量較大,需要在相鄰工作面之間留設(shè)一定寬度的煤柱來保護(hù)巷道、減小圍巖的破壞變形。

      合理的煤柱寬度留設(shè),不僅能保持巷道穩(wěn)定,而且可以減少煤炭資源的浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn),在兩工作面之間通常留設(shè)35m寬的煤柱,煤炭資源損失嚴(yán)重。本文通過對(duì)夏店煤礦3107工作面不同推進(jìn)距離沿空側(cè)煤柱內(nèi)的應(yīng)力分布特征進(jìn)行研究,合理確定了煤柱的寬度,可大大減少煤炭資源的損失,對(duì)類似條件的工作面確定煤柱寬度,具有參考借鑒作用。

      1礦井概況

      夏店煤礦3107工作面現(xiàn)開采3號(hào)煤層,煤層平均埋深為300m,平均厚度為5.93m,傾角平均為3°,煤體容重1.35t/m3。工作面傾斜長度為187m,推進(jìn)長度為960m,采用綜采放頂煤開采,采高3.1m,放煤高度為2.83m,循環(huán)進(jìn)度0.8m。3107工作面北側(cè)為N101回風(fēng)巷,南面為31采區(qū)大巷,西面為實(shí)體煤,東面為3117E采空區(qū)。

      按照以往工程經(jīng)驗(yàn),3107工作面與3117E采空區(qū)需要留設(shè)35m寬保護(hù)煤柱,煤柱的承載情況及尺寸設(shè)計(jì)缺乏有效的依據(jù),因此對(duì)3107工作面沿空側(cè)煤柱變形失穩(wěn)規(guī)律及煤柱留設(shè)的尺寸進(jìn)行研究是非常必要的,也可為后續(xù)同類工作面巷道煤柱的留設(shè)提供借鑒。

      2煤柱寬度理論計(jì)算

      一般煤柱內(nèi)應(yīng)力穩(wěn)定的區(qū)域,可認(rèn)為是未受破壞擾動(dòng)區(qū)域。工作面煤層開采以后,回采空間周圍巖體的受力壞境會(huì)受到影響,直到形成新的平衡狀態(tài)。對(duì)于護(hù)巷煤柱,頂板巖層在煤層開挖直到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,會(huì)對(duì)煤柱形成一定載荷,在其作用下煤柱表面區(qū)域多形成一定的屈服破壞區(qū),支承壓力由煤柱表面至深部大致呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢(shì),直至達(dá)到原巖應(yīng)力狀態(tài)形成新的平衡[1-4]。

      合理留設(shè)煤柱寬度是為了保證新巷道的安全,防止采空區(qū)內(nèi)的瓦斯通過煤柱內(nèi)的裂隙涌入巷道中,因此煤柱必須保證內(nèi)部留有一定寬度的穩(wěn)定核區(qū),同時(shí)為提高煤炭資源回收率,應(yīng)使煤柱寬度盡可能小。綜合考慮影響煤柱穩(wěn)定性的因素。

      3煤柱寬度數(shù)值模擬分析

      3.1模型建立

      以3107工作面的地質(zhì)條件為基礎(chǔ),應(yīng)用FLAC3D軟件,建立數(shù)值計(jì)算模型,模型尺寸為245m×120m×110m。在模型的四周與底面均設(shè)定為固定邊界條件,模型頂部設(shè)為應(yīng)力邊界,通過施加均布載荷代替上覆巖層對(duì)模型的壓力,3號(hào)煤層埋深平均為300m,施加載荷大小為8.65MPa,側(cè)壓系數(shù)取0.8。在煤柱寬度為35m條件下,分析3107工作面回采引起煤柱內(nèi)應(yīng)力的變化特征,由此來確定煤柱的合理寬度。模擬過程分步開挖,每推進(jìn)20m計(jì)算1000步,回采至100m時(shí)計(jì)算至平衡。

      3.2模擬結(jié)果分析

      本次數(shù)值模擬計(jì)算3107工作面分別推進(jìn)0m、20m、40m、60m、80m、100m時(shí)煤柱內(nèi)的垂直應(yīng)力分布情況,隨著工作面推進(jìn)距離的增大,煤柱受到的采動(dòng)影響也在不斷變大,煤柱內(nèi)垂直應(yīng)力大致為“雙峰-谷”形態(tài),垂直應(yīng)力峰值分別在煤柱內(nèi)的4m、31m處。

      推進(jìn)距離越大,煤柱內(nèi)垂直應(yīng)力峰值也在不斷變大;留煤柱護(hù)巷的基本條件是煤柱在出現(xiàn)塑性破壞后,其中央應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)域的寬度應(yīng)不小于工作面采高的2倍,即彈性穩(wěn)定區(qū)的寬度應(yīng)不小于6.2m。滿足彈性穩(wěn)定區(qū)寬度的要求,該區(qū)域內(nèi)煤柱垂直應(yīng)力處于較低水平,煤柱受到的破壞擾動(dòng)較小,承載能力較強(qiáng),因此煤柱留設(shè)寬度取計(jì)算所得寬度的下限,即可滿足工作面安全生產(chǎn)的要求。

      4結(jié)語

      1)本文以夏店煤礦3107綜放工作面地質(zhì)條件為基礎(chǔ),對(duì)采空區(qū)側(cè)煤柱內(nèi)應(yīng)力分布特征進(jìn)行了研究,通過理論計(jì)算,煤柱留設(shè)寬度應(yīng)在23.55~27.97m范圍內(nèi);2)通過數(shù)值模擬,煤柱留設(shè)區(qū)域內(nèi)煤柱垂直應(yīng)力處于較低水平,煤柱受到的破壞擾動(dòng)較小,承載能力較強(qiáng),屬于彈性穩(wěn)定區(qū),煤柱留設(shè)寬度可取計(jì)算寬度的下限;

      3)綜合理論計(jì)算和數(shù)值模擬結(jié)果,并參照工程經(jīng)驗(yàn)留設(shè)煤柱的寬度,為確保工作面回采時(shí)巷道的安全穩(wěn)定,最終將煤柱留設(shè)寬度確定為25m;4)確定煤柱留設(shè)寬度為25m,相比按照工程經(jīng)驗(yàn)留設(shè)的煤柱寬度減少了10m,不僅提高了煤炭資源的采出率,而且可提升礦井的經(jīng)濟(jì)效益。

      參考文獻(xiàn):

      [1]繆協(xié)興,錢鳴高.中國煤炭資源綠色開采研究現(xiàn)狀與展望[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2009,26(1):1-14.

      [2]王文淵.潞安西部礦區(qū)深部煤層工作面合理煤柱留設(shè)研究[D].太原:太原理工大學(xué),2014.

      [3]王旭杰.大傾角特厚煤層綜放開采區(qū)段煤柱合理尺寸優(yōu)化與研究[D].太原:太原理工大學(xué),2013.

      [4]徐永圻.采礦學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.

      煤礦方向論文投稿刊物:《采礦與安全工程學(xué)報(bào)》刊登主要內(nèi)容有:巖石(巖體)物理力學(xué)性質(zhì)與基本理論;采場(chǎng)巖層控制理論與技術(shù);巷道巖層控制理論與技術(shù);資源與環(huán)境協(xié)調(diào)開采(含煤礦綠色開采)技術(shù);礦井深部開采技術(shù);沖擊礦壓機(jī)理及防治技術(shù);礦井通風(fēng);礦井瓦斯防治;礦井火災(zāi)防治;礦井水災(zāi)防治;礦塵防治;礦井熱害防治等方向有較高學(xué)術(shù)水平和實(shí)用價(jià)值的最新研究成果。

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