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沿空掘巷留设煤柱的优化及注浆加固技术研究_王亮.pdf
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1、312023 年第 5 期王 亮:沿空掘巷留设煤柱的优化及注浆加固技术研究王 亮:沿空掘巷留设煤柱的优化及注浆加固技术研究收稿日期 2022-10-30作者简介 王亮(1985),男,山西长治人,2010 年毕业于中国矿业大学(北京)采矿工程专业,本科,工程师,现从事煤矿(井工矿)安全生产管理工作,研究方向:坚硬顶板综合机械化采煤。沿空掘巷留设煤柱的优化及注浆加固技术研究王 亮(山西潞安化工集团潞宁煤业,山西 忻州 036700)摘 要 以潞宁煤业 22116 工作面为对象,通过现场考察、理论计算、数值模拟法优化沿空掘巷小煤柱留设尺寸为 8 m,针对小煤柱出现塑性破坏问题采取注浆加固措施。监测
2、表明:22116 回风巷两帮、顶底板最大移近量分别为152 mm、138 mm,无明显底鼓现象发生,巷道整体变形量小,注浆加固效果理想,多采原煤4.8万 t,创收 4800 万元。关键词 沿空掘巷;煤柱;注浆;加固中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.010Research on Optimization and Grouting Reinforcement Technology for Retaining Coal Pillars of Driving the Roadway Along the GoafWang L
3、iang(Shanxi Luan Chemical Group Luning Coal Industry,Shanxi Xinzhou 036700)Abstract:Taking the 22116 working face of Luning Coal Industry as the object,through on-site investigation,theoretical calculation,and numerical simulation methods,the reserved size of the small coal pillar of driving the roa
4、dway along the goaf is optimized to be 8 m.Grouting reinforcement measures are taken to address the plastic failure problem of the small coal pillar.The monitoring shows that the maximum displacement amount of the two sides,roof and floor of the 22116 return air roadway is 152 mm and 138 mm respecti
5、vely,with no obvious heaving floor phenomenon.The overall deformation amount of the roadway is small,and the grouting reinforcement effect is ideal.48000 tons of raw coal are mined,generating a revenue of 48 million yuan.Key words:driving the roadway along the goaf;coal pillar;grouting;reinforcement
6、王 亮:沿空掘巷留设煤柱的优化及注浆加固技术研究王 亮:沿空掘巷留设煤柱的优化及注浆加固技术研究1 工程概况潞宁煤业 22116 工作面位于二采区西侧,主要开采 2#煤层,煤层均厚 3.5 m,平均倾角 4,平均埋深 498 m。2#煤上方主要为粉砂岩、中粒砂岩,下方主要为泥岩和细砂岩。如图 1。22116 工作面南侧为 22118 采空区,北侧为22114 采空区。22116 回风巷为半煤岩巷道,巷宽 5.3 m,巷高 3.6 m。22116 回风巷采用锚杆索联合支护,锚杆长度 1800 mm,顶板布置 6 根锚杆,间排距700 mm900 mm,两帮各布置 4 根锚杆,间排距900 mm9
7、00 mm;顶板布置 3 根 21.8 mm8300 mm 高强度低松弛预应力钢绞线锚索,托盘规格为15 mm300 mm300 mm。在尽量不对原支护参数进行调整下实施对合理煤柱留设宽度的优化1-3。图 1 22116 工作面综合地质柱状图2 煤柱宽度合理优化设计研究2.1 合理煤柱宽度的理论计算当前 22116 工作面已完成回采,回采空间周围应力重新分布,如图 2。自采空区边缘向工作面靠322023 年第 5 期近应力呈逐渐上升趋势,经过小煤柱及沿空掘巷后到达峰值,接着表现为逐渐降低趋势,直至接近原岩应力状态。图 2 侧向应力分布示意图由图 2 可知,为保证巷道不受高侧向应力的影响,沿空掘
8、巷应该在应力较低区域进行,减小巷道围岩的变形量,应该降低区段煤柱的损失、合理煤柱宽度。根据巷道两帮煤体应力和极限平衡理论可计算最小合理煤柱宽度 B:B=x1+x2+x3 (1)式中:B 为煤柱宽度;x1为采空区侧煤柱塑性区宽度,经计算 x1取 3.73 m;x2为锚杆锚入煤柱有效长度,取 2.2 m;x3为煤柱安全系数,按(0.100.30)(x1+x2)计算,取 0.5931.779 m。经计算,最小合理煤柱宽度 B 处于 6.5237.709 m 之间,基于 22116 工作面的工程实际条件,得出沿空掘巷留小煤柱宽度选定为 7 m 左右。2.2 煤柱宽度的数值模拟试验2.2.1 数值模型建
9、立采用 FLAC3D数值模拟软件进一步确定 22116工作面沿空巷道小煤柱最小合理宽度。基于 22118和 22116 工作面地质条件,建立数值计算模型尺寸为宽 长 高=1 m300 m86 m。模拟煤柱设置宽度 6 m、7 m、8 m、10 m、20 m,研究巷道围岩变形量及煤柱内塑性破坏特征。2.2.2 数值模拟结果与分析巷道围岩变形量及煤柱内塑形破坏特征模拟结果如图 3。(a)6 m 煤柱 (b)7 m 煤柱(c)8 m 煤柱 (d)10 m 煤柱 (e)20 m 煤柱注:左侧为 22118 胶带巷,右侧为 22116 回风巷图 3 掘巷期间不同宽度煤柱内塑性区分布图从图 3 模拟结果数
10、据可知,22116 回风巷掘进后,设定小煤柱宽度为 6 m 时,整个煤柱区域都处在塑性区内,不存在稳定核区;设定小煤柱宽度增加到 7 m,塑性发育区域减弱,有小部分稳定核区,但大部分仍处于塑性状态;设定小煤柱宽度增加至8 m 时,存在一定宽度弹性核区域;设定小煤柱宽度增加到 10 m、20 m,存在大范围的弹性核区域,受高侧向应力作用,回风巷底鼓较严重。根据数值模拟结果,结合考虑回收率的问题,沿空掘巷小煤柱最小合理宽度选择 8 m 较为恰当。3 小煤柱的注浆加固及现场实测理论分析和数值模拟结合方法确定 22116 工作面沿空掘巷小煤柱合理宽度尺寸为 8 m,此时可提高煤炭回采率,但此时该煤柱会
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