大南湖一矿三软条件综放面区段煤柱尺寸研究

摘要

三软条件下的煤层安全开采依然是重要的研究内容，留设合理尺寸的区段煤柱是保持巷道稳定的关键。目前对于区段煤柱合理尺寸的研究已经比较成熟，但是对于三软条件区段煤柱的合理尺寸研究相对较少。本文以大南湖一矿三软条件为依托，针对此矿留设区段煤柱宽度为18m造成的巷道围岩失稳这一问题，通过现场探测、实验室试验、理论分析和数值模拟等方法对其区段煤柱尺寸进行优化。
　　对大南湖一矿进行全方位的现场调研，重点对1303工作面回风巷道围岩失稳进行分析，认为煤柱尺寸过小是造成巷道围岩失稳的主要原因。从现场采取煤岩样，做物理力学试验，得到直接顶、直接底和煤层的物理力学参数。对煤柱进行简化、假设，建立力学模型，依据库仑准则推算煤柱的极限强度，运用岩体的极限平衡理论，从煤柱的极限强度的角度推算煤柱屈服区宽度公式，根据现场条件，合理选择影响因素参数，将现场探测数据和煤岩体物理力学参数代入公式，得到煤柱合理尺寸理论值为26.12m。采用FLAC3D数值模拟方法，以1303工作面地质资料为依据，建立数值模型，按煤柱宽度、开采阶段和监测指标三个方面设计模型方案，综合分析不同宽度煤柱对巷道稳定性的影响，得出煤柱宽度为25m~30m最合理，煤柱受本区段工作面开采扰动影响最大。根据研究结果，留设1305回风平巷的区段煤柱宽度为30m。采用多种手段对大南湖一矿区段煤柱宽度为18m的1303回风巷道进行围岩稳定性探测，得知其破碎区范围为1.5m，松动圈范围为2.5m，巷道最大变形量36cm，整理矿方提供资料得知巷道实体煤侧沿倾向最大支承压力为12MPa。对区段煤柱宽度为30m的1305回风巷道围岩稳定性探测得知，围岩基本无破碎，松动圈范围1.5m，巷道最大变形量10cm，巷道围岩稳定。通过比较可知，区段煤柱宽度增加取得安全高效开采的良好效果。
　　本论文研究成果对大南湖一矿高效安全生产有重要指导意义，对于类似地质条件的煤矿有一定的借鉴意义。

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1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容、方法及技术路线

2 大南湖一矿开采条件

2.1 大南湖一矿概况

2.2 1303工作面概况

2.3 煤岩体力学参数测定

2.4 本章小结

3 区段煤柱力学模型建立及计算

3.1 留设煤柱的基本原则

3.2力学模型的建立

3.3 模型的求解

3.4 本章小结

4 区段煤柱尺寸数值模拟计算

4.1 模拟软件概述

4.2 模型设计与计算参数

4.3 不同宽度煤柱内应力分析

4.4 不同宽度的煤柱塑性区范围分析

4.5 不同宽度煤柱两侧巷道变形量分析

4.6 本章小结

5 工程应用

5.1 18m煤柱下巷道稳定性监测

5.2 30m煤柱下巷道稳定性监测

5.3 本章小结

6 结论

参考文献

致谢

附录