本文摘要：摘要:以夏店煤礦地質條件為基礎，對3107綜放工作面沿空側煤柱內應力分布特征進行了研究，并對煤柱合理留設寬度進行了確定。理論計算3107綜放面煤柱寬度應在23.55～27.97m范圍內，通過數值模擬分析，確定煤柱留設寬度可取計算所得寬度的下限。綜合考慮安全、
摘要:以夏店煤礦地質條件為基礎，對3107綜放工作面沿空側煤柱內應力分布特征進行了研究，并對煤柱合理留設寬度進行了確定。理論計算3107綜放面煤柱寬度應在23.55～27.97m范圍內，通過數值模擬分析，確定煤柱留設寬度可取計算所得寬度的下限。綜合考慮安全、經濟等因素，最終確定3107綜放面沿空側的煤柱寬度為25m。煤柱寬度比按工程經驗留設的寬度減少了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濟效益。
關鍵詞:綜放工作面,應力分布特征,煤柱寬度,數值模擬
目前，我國對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、產量大的優點在煤礦得到普及。由于綜放工作面回采巷道頂板及兩幫通常均為煤體，巷道圍巖強度較低，圍巖變形量較大，需要在相鄰工作面之間留設一定寬度的煤柱來保護巷道、減小圍巖的破壞變形。
合理的煤柱寬度留設，不僅能保持巷道穩定，而且可以減少煤炭資源的浪費和經濟損失。根據以往工程經驗，在兩工作面之間通常留設35m寬的煤柱，煤炭資源損失嚴重。本文通過對夏店煤礦3107工作面不同推進距離沿空側煤柱內的應力分布特征進行研究，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工作面現開采3號煤層，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，循環進度0.8m。3107工作面北側為N101回風巷，南面為31采區大巷，西面為實體煤，東面為3117E采空區。
按照以往工程經驗，3107工作面與3117E采空區需要留設35m寬保護煤柱，煤柱的承載情況及尺寸設計缺乏有效的依據，因此對3107工作面沿空側煤柱變形失穩規律及煤柱留設的尺寸進行研究是非常必要的，也可為后續同類工作面巷道煤柱的留設提供借鑒。
2煤柱寬度理論計算
一般煤柱內應力穩定的區域，可認為是未受破壞擾動區域。工作面煤層開采以后，回采空間周圍巖體的受力壞境會受到影響，直到形成新的平衡狀態。對于護巷煤柱，頂板巖層在煤層開挖直到結構穩定，會對煤柱形成一定載荷，在其作用下煤柱表面區域多形成一定的屈服破壞區，支承壓力由煤柱表面至深部大致呈現先增大后降低的趨勢，直至達到原巖應力狀態形成新的平衡[1-4]。
合理留設煤柱寬度是為了保證新巷道的安全，防止采空區內的瓦斯通過煤柱內的裂隙涌入巷道中，因此煤柱必須保證內部留有一定寬度的穩定核區，同時為提高煤炭資源回收率，應使煤柱寬度盡可能小。綜合考慮影響煤柱穩定性的因素。
3煤柱寬度數值模擬分析
3.1模型建立
以3107工作面的地質條件為基礎，應用FLAC3D軟件，建立數值計算模型，模型尺寸為245m×120m×110m。在模型的四周與底面均設定為固定邊界條件，模型頂部設為應力邊界，通過施加均布載荷代替上覆巖層對模型的壓力，3號煤層埋深平均為300m，施加載荷大小為8.65MPa，側壓系數取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應力的變化特征，由此來確定煤柱的合理寬度。模擬過程分步開挖，每推進20m計算1000步，回采至100m時計算至平衡。
3.2模擬結果分析
本次數值模擬計算3107工作面分別推進0m、20m、40m、60m、80m、100m時煤柱內的垂直應力分布情況，隨著工作面推進距離的增大，煤柱受到的采動影響也在不斷變大，煤柱內垂直應力大致為“雙峰-谷”形態，垂直應力峰值分別在煤柱內的4m、31m處。
推進距離越大，煤柱內垂直應力峰值也在不斷變大;留煤柱護巷的基本條件是煤柱在出現塑性破壞后，其中央應力穩定區域的寬度應不小于工作面采高的2倍，即彈性穩定區的寬度應不小于6.2m。滿足彈性穩定區寬度的要求，該區域內煤柱垂直應力處于較低水平，煤柱受到的破壞擾動較小，承載能力較強，因此煤柱留設寬度取計算所得寬度的下限，即可滿足工作面安全生產的要求。
4結語
1)本文以夏店煤礦3107綜放工作面地質條件為基礎，對采空區側煤柱內應力分布特征進行了研究，通過理論計算，煤柱留設寬度應在23.55～27.97m范圍內;2)通過數值模擬，煤柱留設區域內煤柱垂直應力處于較低水平，煤柱受到的破壞擾動較小，承載能力較強，屬于彈性穩定區，煤柱留設寬度可取計算寬度的下限;
3)綜合理論計算和數值模擬結果，并參照工程經驗留設煤柱的寬度，為確保工作面回采時巷道的安全穩定，最終將煤柱留設寬度確定為25m;4)確定煤柱留設寬度為25m，相比按照工程經驗留設的煤柱寬度減少了10m，不僅提高了煤炭資源的采出率，而且可提升礦井的經濟效益。
參考文獻:
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[2]王文淵.潞安西部礦區深部煤層工作面合理煤柱留設研究[D].太原:太原理工大學，2014.
[3]王旭杰.大傾角特厚煤層綜放開采區段煤柱合理尺寸優化與研究[D].太原:太原理工大學，2013.
[4]徐永圻.采礦學[M].徐州:中國礦業大學出版社，2003.
煤礦方向論文投稿刊物：《采礦與安全工程學報》刊登主要內容有：巖石(巖體)物理力學性質與基本理論;采場巖層控制理論與技術;巷道巖層控制理論與技術;資源與環境協調開采(含煤礦綠色開采)技術;礦井深部開采技術;沖擊礦壓機理及防治技術;礦井通風;礦井瓦斯防治;礦井火災防治;礦井水災防治;礦塵防治;礦井熱害防治等方向有較高學術水平和實用價值的最新研究成果。
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