采區綜放工作面區段煤柱留設寬度研究與設計

張崇禮，毛金峰，楊小龍，任智明

(新疆工程學院 礦業工程與地質學院，烏魯木齊 830000)

區段煤柱的留設是為了隔離采空區并維護回采巷道。煤柱的留設寬度直接影響回采巷道圍巖的穩定性，同時影響采區的煤炭采出率。合理的區段煤柱尺寸是所有礦井面臨的重要技術問題[1-3]。近年來，綜放開采已成為我國厚煤層開采的重要發展方向[4]。綜放工作面區段煤柱合理寬度的確定對提高煤炭采出率和實現巷道穩定安全生產起著關鍵作用[5]。許多學者對區段煤柱留設尺寸做了大量研究，結果表明，區段煤柱的留設應考慮煤柱內應力分布、煤柱強度、作用于煤柱的載荷和煤柱與頂底板的相互作用關系等因素。留設合理寬度的區段煤柱一直是煤炭科技工作者的重要研究課題[4-8]。

1 工程概況

研究礦井瓦斯等級鑒定為瓦斯礦井，未發生過煤與瓦斯突出，煤塵具有爆炸性，煤層有自燃傾向性，自燃發火期3～6個月。該礦井526采區為新開拓采區，埋深平均為280 m。采區布置有526采區運輸巷、526采區軌道巷和526采區回風巷等3條采區巷道。526采區軌道巷位于52601綜采工作面運輸巷北側，早期該巷服務于52603、52604、52605、52606工作面的回采，后期該巷將作為52607綜采工作面的軌道巷使用。526采區運輸巷和526采區回風巷均位于52607綜采工作面北側526采區邊界處，兩巷道之間留設煤柱，其中526采區回風巷后期將作為52607綜采工作面的運輸巷使用。巷道布置平面圖見圖1。

圖1 526采區巷道布置平面圖Fig.1 Plan of roadway layout of the 526 mining area

526采區巷道主要服務5#煤層。5#煤層厚7.14～18.45 m，平均為13.93 m，上距2#煤層平均為58.57 m，下距6#煤層平均為1.6 7m，是主采煤層。5#煤層結構較復雜，含夾矸0～4層。其直接頂為泥巖、砂質泥巖，厚0～9.50 m，平均厚度4.53 m，中硬巖石，屬較穩定性頂板。老頂為中細粒、中粗粒砂巖，主要成分以石英為主，厚2.77～17.61 m，平均厚度9.96 m，堅硬巖石，屬穩定性頂板。頂板巖石物理力學性質見表1。

2 526區段煤柱尺寸留設理論研究

該礦井采用的是綜采放頂煤開采工藝，長期以來區段煤柱寬度留設為30 m。新開拓的接替采區526采區設計服務時間較長，沿空掘巷圍巖破碎，為提高煤炭采出率，減少資源浪費，擬采用留煤柱的方法，需留設的區段煤柱一位于526采區軌道巷和52601綜采工作面之間，區段煤柱二位于526采區回風巷和526采區運輸巷之間。其中，526采區軌道巷和52601綜采工作面之間的區段煤柱，在整個服務期限內將受到相鄰52601和52607兩個工作面回采帶來的兩次動壓影響，是該煤柱尺寸確定較為重要的影響因素。

3 526采區區段煤柱尺寸留設計算與確定

為確定526軌道巷區段煤柱的應力分布和變形破壞特征，研究其穩定性，在計算分析過程中必須使用準確的巖體力學參數，對526采區的地質資料進行勘測與收集，歸納分析所采5#煤層賦存狀態、地質條件并進行煤巖體物理力學參數測試，為煤柱合理寬度的理論計算和數值模擬研究提供理論基礎和依據。綜放工作面區段煤柱留設理論公式的推導為區段煤柱的留設提供了理論依據。

綜合考慮52607工作面回采時動壓影響，根據礦壓觀測經驗，確定526采區軌道巷煤柱留設尺寸為25 m。綜合考慮526采區運輸巷和526采區回風巷區段煤柱僅受一次動壓影響，且后期該煤柱也將作為52607工作面的一部分進行回采，不會因煤柱尺寸造成額外的資源浪費，為增大安全系數，確定煤柱尺寸也留設25 m。

4 結論

526采區軌道巷和52601綜采工作面之間的區段煤柱，在整個服務期限內將受兩次動壓影響。526采區運輸巷和526采區回風巷區段煤柱僅受一次動壓影響。

用區段煤柱寬度表達式確定區段煤柱尺寸時，既要考慮回采支承壓力集中系數K對煤柱寬度及穩定性所產生的影響，還應考慮掘進影響因子δ和回采擾動因子d。

經理論計算表明，煤柱寬度為 24.78 m，綜合以上研究，確定526采區區段煤柱留設寬度為25 m。