司马煤业二采区综放工作面区段煤柱尺寸优化研究

摘要

本文以司马煤业有限公司二采区1208综放工作面为具体研究背景，综合运用实验室测试、现场实测、理论分析、数值模拟、工业性试验等方法针对工作面区段煤柱留设无依据的问题，对区段煤柱的尺寸留设进行了优化研究，主要取得以下研究成果： （1）通过实验室SANS实验机均进行抗压、抗拉、抗剪测试，得出3号煤层顶底板的煤岩力学参数。 （2）煤柱尺寸未优化前的现场实测结果表明：1208运输巷顶板、煤柱帮、实体煤帮最大离层量都较小，锚杆起到了较好的锚固效果，围岩基本保持稳定，表明区段煤柱具有进一步优化的空间。 （3）根据司马煤业3号煤层综放工作面的具体参数，以及现场实地调研对相关数据的收集，运用经验公式法、载荷估算法、弹性核理论计算法，结合现场实测侧向支承压力部分，为使得区段煤柱尺寸能保证巷道稳定，确保工作面正常生产，减少煤炭资源的浪费结合现场施工方便，初步确定区段煤柱的合理尺寸为25m。 （4）针对不同区段煤柱尺寸条件下的数值模拟进行分析总结，在保证工作面安全回采、巷道支护状态良好的前提下，结合如今绿色开采的经营理念，提高煤炭资源的利用率与增加企业经济效益，确定区段煤柱尺寸为25m是合理的，能够保证回采巷道的稳定，有利于工作面正常回采。 （5）通过对二采区1209工作面的工业性试验进行分析发现巷道表面位移量较小，无明显围岩变形，区段煤柱未发现压酥区，巷道的稳定性较好，区段煤柱能够起到很好的支撑作用。随工作面推进，锚杆（索）受力变化趋势比较明显，整体呈现上升走势，最大受力分别为140KN和390KN，锚杆最大受力超过其杆体屈服载荷，达到其杆体拉断载荷的90.9％；锚索最大受力为其拉断载荷的94.1%，但均有一定的富余量，充分发挥了锚杆（索）的高强支护作用，满足安全生产要求，采用原锚杆（索）的参数是能保证工作面正常生产的，区段煤柱留设尺寸为25m是合理的。

目录

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2区段煤柱稳定性研究现状

1.2.1 国外研究综述

1.2.2 国内研究综述

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

2 工程概况

2.1.1 工作面地质条件

2.1.2 工作面巷道支护特征

2.1.3 煤层赋存情况

2.1.4 地质构造

2.1.5 水文地质条件

2.2.1 试验原理

2.2.2 试件加工

2.2.3 试验过程

2.2.4 试验结果

2.3本章小结

3 综放工作面区段煤柱现场观测

3.1.1 巷道表面收敛方案

3.1.2 巷道围岩深部位移方案

3.1.3 侧向支承压力方案

3.2.1 巷道表面收敛数据分析

3.2.2 巷道围岩深部位移数据分析

3.2.3 侧向支承压力数据分析

3.3本章小结

4 综放工作面区段煤柱尺寸优化理论分析

4.1区段煤柱留设原则与方法

4.1.1 区段煤柱留设原则

4.1.2 区段煤柱留设方法

4.2区段煤柱受力状态及围岩结构

4.2.1 区段煤柱受力状态

4.2.2 区段煤柱围岩结构

4.2.3 区段煤柱应力分布

4.3区段煤柱变形破坏机理

4.3.1 区段煤柱变形破坏力学机理

4.3.2 区段煤柱的破坏形式

4.3.3 区段煤柱工作状态影响因素

4.4区段煤柱合理尺寸的理论核算

4.4.1 经验公式法

4.4.2 载荷估算法

4.4.3 弹性核理论计算法

4.5本章小结

5 综放工作面区段煤柱尺寸优化数值模拟

5.1 FLAC3D数值模拟分析原理

5.2数值模型的建立

5.3模型求解

5.3.1 一次采动对区段煤柱稳定性影响

5.3.2 二次采动对区段煤柱稳定性影响

5.4本章小结

6 工业性试验

6.1测站布置位置

6.2.1 巷道表面收敛

6.2.2 锚杆受力

6.2.3 锚索受力

6.3本章小结

7 结论

参考文献

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