煤矿工作面回风顺槽沿空掘巷...巷煤矿30112工作面为例_李石昌.pdf
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1、-67-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023中国科技信息 2023 年第 3 期两星推荐柳巷煤矿位于陕西榆林市,主采煤层平均厚度达 11m,面临着特厚煤层开采带来的采矿矿压、巷道支护和煤柱资源损失等难题。目前,综放沿空掘巷技术常应用于特厚煤层开采和巷道布置当中,但是沿空掘巷沿采空区边缘煤体布置,需要确定合理的沿空掘巷护巷煤柱宽度及相应的围岩控制技术,确保安全高效回采。柳巷煤矿 30112综放工作面生产地质条件30 112 工作面主采煤层厚 10m,机采 5m,放顶煤5m,采放比为 1:1,煤机割煤步距为 0.8m、放煤步距为1.6m
2、。工作面走向长度 1 400m,倾斜长度 200m,平均埋深 200m。该面采用走向长壁综合机械化放顶煤采煤方法,全部垮落法管理顶板。根据邻近 30 110 掘进工作面掘进期间瓦斯涌出量数据,预计 30 112 工作面掘进期间瓦斯绝对涌出量为 0.046m3/min,瓦斯相对涌出量为 0.24m3/t,属于低瓦斯矿井。工作面内无断层,地质构造较简单。试验巷道为 30 112 工作面回风顺槽,回风顺槽一侧为 30 110 综放工作面采空区,另一侧为实煤体帮。顶底板岩性如表 1 所示。表 1 煤层顶底板岩性名称岩性厚度/m特征老顶砂岩13.631.627.6浅灰色块状中粒长石砂岩,分选性中等,孔隙
3、式泥质胶结,磨圆度为次圆状,底部含黄铁矿结核,与下层明显接触,强度较大,为中等冒落难冒落顶板。直接顶 粉砂岩011.085.54浅灰色中厚层状泥质粉砂岩,具波状层理,夹泥岩条带,与下层明显接触,强度较大。直接底泥岩2.110.56.3深灰色、浅灰色中厚层状泥岩,水平层理发育,夹粉砂岩薄层,强度较小,属不稳定性底板。30 112综放工作面回风顺槽沿空掘巷护巷煤柱宽度确定30 112 工作面回风顺槽沿空掘巷护巷煤柱宽度数值计算分析利用有限差分数值计算软件 FLAC3D 对不同护巷煤柱宽度条件下30 112工作面回风顺槽围岩应力环境进行分析,根据 30 112 工作面生产地质条件,建立如图 1 所示
4、数值计算模型:模型长 宽 高为 215.4m2m118m。模型行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度煤矿工作面回风顺槽沿空掘巷围岩控制以柳巷煤矿 30 112 工作面为例李石昌李石昌(1988),湖南楚湘建设工程集团有限公司,助理工程师,湘潭大学能源工程学院采矿专业,主要从事煤炭生产、管理方面的工作。中国科技信息 2023 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023-68-两星推荐上部边界施加等同于上覆岩层重量的垂直压应力,底部边界垂直方向固定,前后、左右边界施加水平方向应力并加以固定。具
5、体见图 1。通过分析比较确定护巷煤柱的合理宽度。具体的比较方案见表 2 所示。表 2 护巷煤柱宽度比较方案方案方案一方案二方案三方案四方案五方案六宽度6810121416数值计算所得的不同方案条件下的 30 112 工作面回风顺槽围岩应力环境见图 2。由图 2 可看出,在护巷煤柱宽度由 6m 增加到 8m 的过程中,掘巷引起的应力集中同 30 112 工作面采空区侧向应力增高区始终相互叠加,虽然随着煤柱宽度的增加,叠加的范围及应力水平均逐渐减小,在留 8m 煤柱护巷条件下,巷道两侧的应力是 822MPa,仍处于一个较高水平,不利于巷道的稳定以及维护;随着护巷煤柱宽度的继续增加,当宽度达到 10
6、m 时,可清晰地看出掘巷引起的应力集中已开始同 30112 工作面采空区侧向应力集中区分离,巷道两侧的应力水平急剧下降到 810MPa;继续增加护巷煤柱宽度,掘巷引起的应力集中与上一工作的采空区侧向应力集中区逐渐远离,巷道两侧的应力的水平也逐渐减小至 68MPa,但减小的幅度已经大大降低。综上可知,随着护巷保护煤柱宽度的增加,巷道周边应力水平逐渐降低,特别是宽度由 8m 增加到 10m 的过程中,巷道围岩应力急剧减小至一个较低的应力水平,在继续增大护巷煤柱宽度,应力继续减小,但幅度很不明显。因此,30 112 工作面回风顺槽沿空掘巷护巷煤柱宽度可以取 810m。30 112 工作面回风顺槽沿空
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