大同矿区特厚煤层盘区大巷护巷煤柱合理宽度研究

摘要

目前大同矿区塔山井田主采石炭二叠系 3-5#特厚煤层，煤层平均厚度达 16.8 m。井田盘区大巷煤柱采用宽煤柱留设，煤炭资源浪费严重，此外该系煤岩层受火成岩侵入，煤岩层赋存特征较为复杂，不同采区矿压显现规律不尽相同。本文以塔山矿为工程背景，根据不同采区不同层位煤岩层受火成岩侵入程度不同的地质状况，采用理论分析、相似模拟试验与数值模拟计算相结合的方法，对火成岩侵入不同煤岩层地质情形下特厚煤层护巷煤柱（巷间煤柱及停采煤柱）合理宽度进行优化，并对护巷煤柱留设过程中煤柱应力、大巷围岩应力及变形、终采端上覆岩层结构形态对停采煤柱留设影响等方面进行了深入的研究，得出以下结论： （1）通过理论分析对护巷煤柱的稳定性进行分析。当煤柱宽度较小时，巷间煤柱由于应力叠加造成大巷围岩塑性区不断向煤柱内部扩展，煤柱弹性核区宽度减小而失去承载能力，最终失稳；停采煤柱宽度较小时，超前支承压力前移对大巷围岩应力增大，围岩强度超过其极限强度而失稳。 （2）通过 FLAC3D数值模拟软件对火成岩侵入不同煤岩层、不同水平地应力环境下的地质模型施加不同动压系数垂直应力，对巷间煤柱合理宽度进行模拟，得出巷间煤柱宽度应达到20 m为宜。 （3）通过相似模拟试验对特厚煤层高低位关键层随采场运动的结构形态进行探究，分析得出当采场终采端以悬臂梁破断、高低位关键层同时来压时，停采煤柱应力会显著增大，造成巷道围岩应力的突然增大而失稳；同时建立下位关键层坚硬顶板力学模型，通过顶板挠度微分方程反映停采煤柱弹性区应力变化。 （4）运用 FLAC3D数值分析软件，对火成岩侵入不同煤岩层类型下停采线煤柱合理宽度进行数值模拟，并对煤柱应力、煤柱宽度对大巷围岩应力及大巷围岩变形等矿压特征的影响进行对比分析，得出无火成岩侵入下，煤柱合理宽度为150 m，火成岩侵入越多，煤柱宽度留设越小，三层火成岩侵入下煤柱宽度为135 m。 通过对大同矿区塔山煤矿特厚煤层护巷煤柱优化研究，为大同矿区未开采盘区煤柱留设提供一定借鉴意义。

目录

第一个书签之前