一种沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤矿开采领域，具体涉及一种沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定方法。
【背景技术】
[0002] 随着煤矿采深的加大，巷道围岩应力越来越大，对巷道围岩稳定性控制提出来更 高的要求，同时带来了如冲击地压等安全隐患，因此留设合理宽度煤柱对于工作面安全开 采与采出率都有重要影响。一方面，煤柱宽度留设过大，煤柱因处于固定支承压力峰值区域 而发生强烈蠕变变形，造成巷道维护困难；同时也势必影响采区回收率。另一方面，煤柱宽 度留设过小，受二次采动影响时，巷道断面收缩过大，影响工作面安全开采。因此，合理煤柱 宽度的确定一直是采矿工程研宄的重点和难点。
【发明内容】
[0003] 为解决上述问题，本发明提供了一种沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定方法，采用 理论计算、数值模拟及现场实测等多种手段确定了煤柱合理宽度，确定合理沿空掘巷位置， 保证基本顶断裂线位于窄煤柱靠近采空区侧，确保了窄煤柱及巷道长期稳定性。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0005] 一种沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定方法，包括如下步骤：
[0006] S1、理论计算确定窄煤柱宽度范围：基于地质条件，采用理论计算公式得出窄煤柱 宽度范围；
[0007] S2、采用数值模拟软件（FLAC，UDEC等）分析沿空掘巷窄煤柱合理宽度：通过工作 面地质钻孔柱状图，建立数值计算模型，根据步骤S1中理论计算结果，确定煤柱不同宽度 留设方案，通过模拟工作面开挖，监测不同宽度煤柱条件下的巷道围岩应力应变规律，通过 对比分析确定窄煤柱合理宽度；
[0008] S3、现场实测采空区侧基本顶断裂线位置：在矿井已回采工作面的轨道顺槽或胶 带顺槽内，向采空区侧上方岩层布置一定深度的不同角度的钻孔，并采用钻孔窥视仪探测 顶板岩层断裂情况，探测过程中要详细记录岩层裂隙分布特征，基于工作面钻孔柱状图及 岩层裂隙分布规律确定采空区侧基本顶断裂线的位置，进一步得出基本顶断裂线位置距采 空区边界的距离；
[0009] S4、综合理论计算结果、数值模拟分析结果、现场实测采空区侧基本顶断裂线位置 确定窄煤柱合理宽度，确定合理沿空掘巷位置，保证基本顶断裂线位于窄煤柱靠近采空区 侧。
[0010] 其中，所述步骤S1中的计算公式为：
[0011]
【主权项】
1. 一种沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 理论计算确定窄煤柱宽度范围；基于地质条件，采用理论计算公式得出窄煤柱宽度 范围； 52、 采用数值模拟软件分析沿空掘巷窄煤柱合理宽度；通过工作面地质钻孔柱状图，建 立数值计算模型，根据步骤S1中理论计算结果，确定煤柱不同宽度留设方案，通过模拟工 作面开挖，监测不同宽度煤柱条件下的巷道围岩应力应变规律，通过对比分析确定窄煤柱 合理宽度； 53、 现场实测采空区侧基本顶断裂线位置；在矿井已回采工作面的轨道顺槽或胶带顺 槽内，向采空区侧上方岩层布置一定深度的不同角度的钻孔，并采用钻孔窥视仪探测顶板 岩层断裂情况，探测过程中要详细记录岩层裂隙分布特征，基于工作面钻孔柱状图及岩层 裂隙分布规律确定采空区侧基本顶断裂线的位置，进一步得出基本顶断裂线位置距采空区 边界的距离； 54、 综合理论计算结果、数值模拟分析结果、现场实测采空区侧基本顶断裂线位置确定 窄煤柱合理宽度，确定合理沿空掘巷位置，保证基本顶断裂线位于窄煤柱靠近采空区侧。
2. 根据权利要求1所述的一种沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定方法，其特征在于，所 述步骤S1中的计算公式为：
式中，B-一煤柱宽度；Bi-一邻近工作面回采后在采空侧煤体中产生的塑性区宽度； B,-一错杆有效长度，一般增加15%的富余系数巧3-一考虑煤层厚度较大而增加的煤柱 稳定系数，按化+B3) X (20%?40% )计算；K一一应力集中系数；H-一巷道埋深；m-一 工作面采高；C一一煤层界面的粘结力；A-一塑性区与弹性区交界处侧压系数，A = y/ (1-iO, y为泊松比；d)--煤层界面摩擦角；p--支架、冒落杆石等对煤柱的侧向支护 力；丫一一上覆岩层平均容重。
3. 根据权利要求1所述的一种沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定方法，其特征在于，所 述窄煤柱宽度应大于基本顶断裂线位置距采空区边界的距离。
4. 根据权利要求1所述的一种沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定方法，其特征在于，所 述步骤S3中在确定煤柱宽度时应避免断裂线在沿空巷道的正上方。
【专利摘要】本发明公开了一种沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定方法，采用理论计算、数值模拟及现场实测等多种手段确定了煤柱合理宽度，确定合理沿空掘巷位置，保证基本顶断裂线位于窄煤柱靠近采空区侧，确保了窄煤柱及巷道长期稳定性，一方面大幅度减少了巷道后期维护工程量及维护费用，另一方面保证了工作面的安全高效回采。因此，这种窄煤柱合理宽度的确定方法具有较高的理论意义和实践价值。
【IPC分类】E21C41-16
【公开号】CN104594899
【申请号】CN201410675658
【发明人】王红胜, 双海清, 李树刚, 李安洪, 李洪涛, 郑祥举
【申请人】山西潞安环保能源开发股份有限公司, 西安科技大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年11月24日