李權(quán)+張俊龍+宋宇鵬

摘要：護巷煤柱留設(shè)寬度的大小直接關(guān)系到巷道受鄰近工作面采動破壞程度，結(jié)合現(xiàn)場巷道變形的實測及運用FLAC3D數(shù)值模擬分析軟件分析出不同護巷煤柱寬度下支承壓力分布規(guī)律，得出合理的護巷寬度，以達到最大限度降低巷道維護費用和最大限度地回收煤炭資源的目的。

關(guān)鍵詞：護巷煤柱寬度 ?采動破壞 ?FLAC3D ?支承壓力分布規(guī)律

回采巷道一側(cè)的護巷煤柱用于隔離采空區(qū)和維護巷道，是上個回采工作面采空區(qū)和巷道邊緣支承壓力的主要承載體，所以煤柱的變形破壞對巷道成型維護及頂板巖層控制有極大的影響。研究表明[1]：煤柱的尺寸大小直接影響到巷道受動壓破壞變形程度，煤柱尺寸的大小直接影響到回采巷道在回采期間的穩(wěn)定性，合理的煤柱尺寸確定是工作面開采設(shè)計的重要部分。

1 工程地質(zhì)條件

王莊煤業(yè)3502回風順槽沿3#煤煤層頂?shù)装寰蜻M，巷道斷面為矩形，巷道寬5m，高5m，直接頂為4.76m厚砂質(zhì)泥巖，基本的為5.30m厚的細砂巖，直接底為2.63m厚的灰黑色泥巖，基本底為2.20m厚的細砂巖。煤層厚4.20～6.07m，平均厚5.08m，煤層埋深360m，傾角4°-6°，屬于近水平煤層。巷道與3501回采工作面采空區(qū)相鄰，中間相隔15m護巷煤柱，3502回風順槽掘出后受3501回采工作面采動影響，巷道兩幫起鼓嚴重，巷道斷面寬度由5.0m收縮到2.5m左右，局部巷道兩幫移近量達到3.0m。

2 計算模型及參數(shù)選取

本次計算采用FLAC3D模擬軟件對3501采空區(qū)周圍煤壁支承壓力以及3502回風順槽布置不同位置時巷道圍巖應力及變形破壞機理進行模擬分析。

2.1 建立計算模型 設(shè)計模型幾何尺寸為3#煤設(shè)計模型幾何尺寸為150m×50m×40m（x×y×z）。其中煤層走向方向為模型x方向，傾向方向為y方向，鉛垂方向為z方向。模型邊界條件具體界定如下：以分析王莊礦區(qū)3501采空區(qū)及3502回風順槽所在的3#煤層底板以上20m作為上邊界，3#煤層頂板以下20m作為下邊界，采空區(qū)左邊緣實體煤壁為60m，3501采空區(qū)占模型長度90m，采空區(qū)90m以外對左側(cè)煤壁的影響可以忽略不計，因此不用建在模型之內(nèi)[2]。計算模型如圖1所示。

■

圖1 ?王莊3#煤層開采模擬模型圖

2.2 模型參數(shù)的選取為了客觀的、真實的反映3#煤層開采時的礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律和對煤壁的影響，模型中巖石的賦存情況、巖性、厚度以及力學參數(shù)都應該參考實際參數(shù)，把煤層上下方分別20m范圍內(nèi)的巖層賦予相應的參數(shù)，模型中主要巖層的巖性、厚度以及力學參數(shù)見表1所列。

表1 ?3#煤層頂?shù)装遒x存特征與力學參數(shù)

■

3 3501采空區(qū)周圍煤體中支承應力分布情況

首先模擬計算3501工作面回采之后采空區(qū)周圍煤壁中支承應力分布情況。

■

圖2 ?3501采空區(qū)邊緣豎直應力云圖

從圖2中可以看出，3501采空區(qū)煤壁中最大豎直應力距采空區(qū)邊緣約6m，且最大豎直應力為24.6MPa，為原巖應力的2.72倍，15m處支承應力為16MPa，20m處支承壓力為10MPa，接近原巖應力。巷道布置在7m至20m之間時巷道所受到3501工作面采空區(qū)周圍支承壓力較大，巷道最難維護;巷道布置在20m以外，受到的采動影響很小。支承壓力曲線如圖3所示。

■

圖3 ?3501采空區(qū)邊緣煤壁中支承壓力曲線

4 3種不同護巷煤柱寬度時煤柱應力分布狀況

模擬分析3502回風順槽護巷煤柱為15m、20m和5m三種情況下巷道圍巖應力分布狀況。

4.1 護巷煤柱15m時支承應力分布 模擬得出的15m護巷煤柱時豎直應力云圖及支承壓力曲線如圖4和圖5所示。

■

圖4 ?15m煤柱時豎直應力云圖

■

圖5 ?15m煤柱中支承壓力曲線圖

由上圖得出，靠近巷道和采空區(qū)4m處各出現(xiàn)兩個支承壓力峰值點，支承應力曲線呈馬鞍型，峰值分別為20MPa和26MPa，距巷道側(cè)出現(xiàn)的峰值壓力較小。根據(jù)礦山壓力理論：這兩個峰值點分別為煤柱與巷道和采空區(qū)邊緣的彈性區(qū)和塑性區(qū)破壞區(qū)的分界點，兩個峰值點以外的煤壁區(qū)域均受到不同程度的塑性破壞。留15m煤柱時，煤柱集中承受了采空區(qū)邊緣支承壓力的作用，因此礦上壓力顯現(xiàn)比較劇烈，巷變形嚴重。

4.2 護巷煤柱20m時支承應力分布 模擬得出的20m護巷煤柱時應力云圖及煤柱中應力曲線如圖6和圖7所示。

■

圖6 ?20m煤柱豎直應力云圖

■

圖7 ?20m煤柱時豎直應力圖

根據(jù)上圖：20m煤柱時煤柱中的支承壓力峰值點趨近采空區(qū)，巷道附近支承壓力較小，有利于巷道的維護。

4.3 護巷煤柱5m時支承應力分布

如果為了提高煤炭回收率，考慮在3501采空區(qū)邊緣留小煤柱掘進巷道時情況，模擬得出的支承應力云圖和支承壓力曲線圖如圖8和圖9。

■

圖8 ?5m煤柱時豎直應力云圖

■

圖9 ?5m煤柱時煤柱中支承應力曲線圖

由上圖可知，護巷煤柱5m時，采空區(qū)邊緣支承壓力向煤壁深處轉(zhuǎn)移，支承壓力峰值點集中在巷道左側(cè)距巷幫2.2m處，最大支承壓力峰值為20.1MPa。煤柱中最大支承壓力峰值點位于煤柱中央，最大值為20MPa，從煤柱整體上煤柱所承受的支承壓力比留設(shè)15m煤柱時小。

4.4 三種不同煤柱尺寸下支承應力及巷道塑性破壞情況對比分析 通過對三種不同煤柱尺寸下巷道圍巖受力狀況模擬分析，得出了3組煤柱中支承壓力曲線，以及巷道圍巖出現(xiàn)的塑性變形情況圖。

■

圖10 ?三種不同煤柱尺寸支承壓力曲線

由圖10可知：護巷煤柱較大時，煤柱主要承載了采空區(qū)邊緣支承壓力，小煤柱護巷時，巷道左側(cè)煤壁主要承載了巷道及采空區(qū)邊緣支承壓力。模擬得出的3種不同護巷煤柱寬度時巷道圍巖塑性破壞情況如圖11、圖12和圖13所示。

由上圖可知：15m煤柱時巷道兩幫塑性破壞區(qū)深度達到3m，巷道右?guī)推茐膮^(qū)面積明顯大于左幫，煤柱中壓力較大，變形嚴重，不利于巷道維護。留設(shè)20m煤柱時巷道兩幫塑性區(qū)深度為2m，巷道變形程度較小，有利于巷道維護。5m煤柱時，整個煤柱出現(xiàn)塑性破壞，破壞后的煤體承載力下降，應力向巷道左幫轉(zhuǎn)移。

5 結(jié)論

通過FLAC3D有限元軟件模擬得出護巷煤柱分別為15m、20m和5m時煤柱中應力分布及塑性破壞規(guī)律的分析，現(xiàn)就王莊煤業(yè)大采高工作面回采巷道煤柱設(shè)計結(jié)論及建議如下：

①回采巷道護巷煤柱留設(shè)20m時比較安全，巷道受到采空區(qū)周圍支承壓力影響較小，巷道變形破壞較小，有利于巷道維護。②護巷煤柱15m時煤柱承載的支承應力較大，巷道變形破壞較嚴重，不利于巷道的維護。③留設(shè)5m左右護巷道煤柱時，煤柱整體出現(xiàn)塑性破壞，但煤柱中支承應力較小，巷道變形較小，可考慮煤柱出現(xiàn)塑性破壞后采用注漿的方法加固煤柱——維護巷道，有利于煤炭資源回收，增加效益。

參考文獻：

[1]宋振騏.實用礦山壓力控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1988.

[2]劉波，韓彥輝.FLAC3D原理實例與應用指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]宋成標.極近距離不穩(wěn)定煤層聯(lián)合開采護巷煤柱寬度的探討[J].中國煤炭，2011（05）.

作者簡介：李權(quán)（1987-），男，河南泌陽人，技術(shù)員，研究生，從事頂板管理及巷道支護設(shè)計等工作。endprint

摘要：護巷煤柱留設(shè)寬度的大小直接關(guān)系到巷道受鄰近工作面采動破壞程度，結(jié)合現(xiàn)場巷道變形的實測及運用FLAC3D數(shù)值模擬分析軟件分析出不同護巷煤柱寬度下支承壓力分布規(guī)律，得出合理的護巷寬度，以達到最大限度降低巷道維護費用和最大限度地回收煤炭資源的目的。

關(guān)鍵詞：護巷煤柱寬度 ?采動破壞 ?FLAC3D ?支承壓力分布規(guī)律

回采巷道一側(cè)的護巷煤柱用于隔離采空區(qū)和維護巷道，是上個回采工作面采空區(qū)和巷道邊緣支承壓力的主要承載體，所以煤柱的變形破壞對巷道成型維護及頂板巖層控制有極大的影響。研究表明[1]：煤柱的尺寸大小直接影響到巷道受動壓破壞變形程度，煤柱尺寸的大小直接影響到回采巷道在回采期間的穩(wěn)定性，合理的煤柱尺寸確定是工作面開采設(shè)計的重要部分。

1 工程地質(zhì)條件

王莊煤業(yè)3502回風順槽沿3#煤煤層頂?shù)装寰蜻M，巷道斷面為矩形，巷道寬5m，高5m，直接頂為4.76m厚砂質(zhì)泥巖，基本的為5.30m厚的細砂巖，直接底為2.63m厚的灰黑色泥巖，基本底為2.20m厚的細砂巖。煤層厚4.20～6.07m，平均厚5.08m，煤層埋深360m，傾角4°-6°，屬于近水平煤層。巷道與3501回采工作面采空區(qū)相鄰，中間相隔15m護巷煤柱，3502回風順槽掘出后受3501回采工作面采動影響，巷道兩幫起鼓嚴重，巷道斷面寬度由5.0m收縮到2.5m左右，局部巷道兩幫移近量達到3.0m。

2 計算模型及參數(shù)選取

本次計算采用FLAC3D模擬軟件對3501采空區(qū)周圍煤壁支承壓力以及3502回風順槽布置不同位置時巷道圍巖應力及變形破壞機理進行模擬分析。

2.1 建立計算模型 設(shè)計模型幾何尺寸為3#煤設(shè)計模型幾何尺寸為150m×50m×40m（x×y×z）。其中煤層走向方向為模型x方向，傾向方向為y方向，鉛垂方向為z方向。模型邊界條件具體界定如下：以分析王莊礦區(qū)3501采空區(qū)及3502回風順槽所在的3#煤層底板以上20m作為上邊界，3#煤層頂板以下20m作為下邊界，采空區(qū)左邊緣實體煤壁為60m，3501采空區(qū)占模型長度90m，采空區(qū)90m以外對左側(cè)煤壁的影響可以忽略不計，因此不用建在模型之內(nèi)[2]。計算模型如圖1所示。

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圖1 ?王莊3#煤層開采模擬模型圖

2.2 模型參數(shù)的選取為了客觀的、真實的反映3#煤層開采時的礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律和對煤壁的影響，模型中巖石的賦存情況、巖性、厚度以及力學參數(shù)都應該參考實際參數(shù)，把煤層上下方分別20m范圍內(nèi)的巖層賦予相應的參數(shù)，模型中主要巖層的巖性、厚度以及力學參數(shù)見表1所列。

表1 ?3#煤層頂?shù)装遒x存特征與力學參數(shù)

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3 3501采空區(qū)周圍煤體中支承應力分布情況

首先模擬計算3501工作面回采之后采空區(qū)周圍煤壁中支承應力分布情況。

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圖2 ?3501采空區(qū)邊緣豎直應力云圖

從圖2中可以看出，3501采空區(qū)煤壁中最大豎直應力距采空區(qū)邊緣約6m，且最大豎直應力為24.6MPa，為原巖應力的2.72倍，15m處支承應力為16MPa，20m處支承壓力為10MPa，接近原巖應力。巷道布置在7m至20m之間時巷道所受到3501工作面采空區(qū)周圍支承壓力較大，巷道最難維護;巷道布置在20m以外，受到的采動影響很小。支承壓力曲線如圖3所示。

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圖3 ?3501采空區(qū)邊緣煤壁中支承壓力曲線

4 3種不同護巷煤柱寬度時煤柱應力分布狀況

模擬分析3502回風順槽護巷煤柱為15m、20m和5m三種情況下巷道圍巖應力分布狀況。

4.1 護巷煤柱15m時支承應力分布 模擬得出的15m護巷煤柱時豎直應力云圖及支承壓力曲線如圖4和圖5所示。

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圖4 ?15m煤柱時豎直應力云圖

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圖5 ?15m煤柱中支承壓力曲線圖

由上圖得出，靠近巷道和采空區(qū)4m處各出現(xiàn)兩個支承壓力峰值點，支承應力曲線呈馬鞍型，峰值分別為20MPa和26MPa，距巷道側(cè)出現(xiàn)的峰值壓力較小。根據(jù)礦山壓力理論：這兩個峰值點分別為煤柱與巷道和采空區(qū)邊緣的彈性區(qū)和塑性區(qū)破壞區(qū)的分界點，兩個峰值點以外的煤壁區(qū)域均受到不同程度的塑性破壞。留15m煤柱時，煤柱集中承受了采空區(qū)邊緣支承壓力的作用，因此礦上壓力顯現(xiàn)比較劇烈，巷變形嚴重。

4.2 護巷煤柱20m時支承應力分布 模擬得出的20m護巷煤柱時應力云圖及煤柱中應力曲線如圖6和圖7所示。

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圖6 ?20m煤柱豎直應力云圖

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圖7 ?20m煤柱時豎直應力圖

根據(jù)上圖：20m煤柱時煤柱中的支承壓力峰值點趨近采空區(qū)，巷道附近支承壓力較小，有利于巷道的維護。

4.3 護巷煤柱5m時支承應力分布

如果為了提高煤炭回收率，考慮在3501采空區(qū)邊緣留小煤柱掘進巷道時情況，模擬得出的支承應力云圖和支承壓力曲線圖如圖8和圖9。

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圖8 ?5m煤柱時豎直應力云圖

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圖9 ?5m煤柱時煤柱中支承應力曲線圖

由上圖可知，護巷煤柱5m時，采空區(qū)邊緣支承壓力向煤壁深處轉(zhuǎn)移，支承壓力峰值點集中在巷道左側(cè)距巷幫2.2m處，最大支承壓力峰值為20.1MPa。煤柱中最大支承壓力峰值點位于煤柱中央，最大值為20MPa，從煤柱整體上煤柱所承受的支承壓力比留設(shè)15m煤柱時小。

4.4 三種不同煤柱尺寸下支承應力及巷道塑性破壞情況對比分析 通過對三種不同煤柱尺寸下巷道圍巖受力狀況模擬分析，得出了3組煤柱中支承壓力曲線，以及巷道圍巖出現(xiàn)的塑性變形情況圖。

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圖10 ?三種不同煤柱尺寸支承壓力曲線

由圖10可知：護巷煤柱較大時，煤柱主要承載了采空區(qū)邊緣支承壓力，小煤柱護巷時，巷道左側(cè)煤壁主要承載了巷道及采空區(qū)邊緣支承壓力。模擬得出的3種不同護巷煤柱寬度時巷道圍巖塑性破壞情況如圖11、圖12和圖13所示。

由上圖可知：15m煤柱時巷道兩幫塑性破壞區(qū)深度達到3m，巷道右?guī)推茐膮^(qū)面積明顯大于左幫，煤柱中壓力較大，變形嚴重，不利于巷道維護。留設(shè)20m煤柱時巷道兩幫塑性區(qū)深度為2m，巷道變形程度較小，有利于巷道維護。5m煤柱時，整個煤柱出現(xiàn)塑性破壞，破壞后的煤體承載力下降，應力向巷道左幫轉(zhuǎn)移。

5 結(jié)論

通過FLAC3D有限元軟件模擬得出護巷煤柱分別為15m、20m和5m時煤柱中應力分布及塑性破壞規(guī)律的分析，現(xiàn)就王莊煤業(yè)大采高工作面回采巷道煤柱設(shè)計結(jié)論及建議如下：

①回采巷道護巷煤柱留設(shè)20m時比較安全，巷道受到采空區(qū)周圍支承壓力影響較小，巷道變形破壞較小，有利于巷道維護。②護巷煤柱15m時煤柱承載的支承應力較大，巷道變形破壞較嚴重，不利于巷道的維護。③留設(shè)5m左右護巷道煤柱時，煤柱整體出現(xiàn)塑性破壞，但煤柱中支承應力較小，巷道變形較小，可考慮煤柱出現(xiàn)塑性破壞后采用注漿的方法加固煤柱——維護巷道，有利于煤炭資源回收，增加效益。

參考文獻：

[1]宋振騏.實用礦山壓力控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1988.

[2]劉波，韓彥輝.FLAC3D原理實例與應用指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]宋成標.極近距離不穩(wěn)定煤層聯(lián)合開采護巷煤柱寬度的探討[J].中國煤炭，2011（05）.

作者簡介：李權(quán)（1987-），男，河南泌陽人，技術(shù)員，研究生，從事頂板管理及巷道支護設(shè)計等工作。endprint

摘要：護巷煤柱留設(shè)寬度的大小直接關(guān)系到巷道受鄰近工作面采動破壞程度，結(jié)合現(xiàn)場巷道變形的實測及運用FLAC3D數(shù)值模擬分析軟件分析出不同護巷煤柱寬度下支承壓力分布規(guī)律，得出合理的護巷寬度，以達到最大限度降低巷道維護費用和最大限度地回收煤炭資源的目的。

關(guān)鍵詞：護巷煤柱寬度 ?采動破壞 ?FLAC3D ?支承壓力分布規(guī)律

回采巷道一側(cè)的護巷煤柱用于隔離采空區(qū)和維護巷道，是上個回采工作面采空區(qū)和巷道邊緣支承壓力的主要承載體，所以煤柱的變形破壞對巷道成型維護及頂板巖層控制有極大的影響。研究表明[1]：煤柱的尺寸大小直接影響到巷道受動壓破壞變形程度，煤柱尺寸的大小直接影響到回采巷道在回采期間的穩(wěn)定性，合理的煤柱尺寸確定是工作面開采設(shè)計的重要部分。

1 工程地質(zhì)條件

王莊煤業(yè)3502回風順槽沿3#煤煤層頂?shù)装寰蜻M，巷道斷面為矩形，巷道寬5m，高5m，直接頂為4.76m厚砂質(zhì)泥巖，基本的為5.30m厚的細砂巖，直接底為2.63m厚的灰黑色泥巖，基本底為2.20m厚的細砂巖。煤層厚4.20～6.07m，平均厚5.08m，煤層埋深360m，傾角4°-6°，屬于近水平煤層。巷道與3501回采工作面采空區(qū)相鄰，中間相隔15m護巷煤柱，3502回風順槽掘出后受3501回采工作面采動影響，巷道兩幫起鼓嚴重，巷道斷面寬度由5.0m收縮到2.5m左右，局部巷道兩幫移近量達到3.0m。

2 計算模型及參數(shù)選取

本次計算采用FLAC3D模擬軟件對3501采空區(qū)周圍煤壁支承壓力以及3502回風順槽布置不同位置時巷道圍巖應力及變形破壞機理進行模擬分析。

2.1 建立計算模型 設(shè)計模型幾何尺寸為3#煤設(shè)計模型幾何尺寸為150m×50m×40m（x×y×z）。其中煤層走向方向為模型x方向，傾向方向為y方向，鉛垂方向為z方向。模型邊界條件具體界定如下：以分析王莊礦區(qū)3501采空區(qū)及3502回風順槽所在的3#煤層底板以上20m作為上邊界，3#煤層頂板以下20m作為下邊界，采空區(qū)左邊緣實體煤壁為60m，3501采空區(qū)占模型長度90m，采空區(qū)90m以外對左側(cè)煤壁的影響可以忽略不計，因此不用建在模型之內(nèi)[2]。計算模型如圖1所示。

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圖1 ?王莊3#煤層開采模擬模型圖

2.2 模型參數(shù)的選取為了客觀的、真實的反映3#煤層開采時的礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律和對煤壁的影響，模型中巖石的賦存情況、巖性、厚度以及力學參數(shù)都應該參考實際參數(shù)，把煤層上下方分別20m范圍內(nèi)的巖層賦予相應的參數(shù)，模型中主要巖層的巖性、厚度以及力學參數(shù)見表1所列。

表1 ?3#煤層頂?shù)装遒x存特征與力學參數(shù)

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3 3501采空區(qū)周圍煤體中支承應力分布情況

首先模擬計算3501工作面回采之后采空區(qū)周圍煤壁中支承應力分布情況。

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圖2 ?3501采空區(qū)邊緣豎直應力云圖

從圖2中可以看出，3501采空區(qū)煤壁中最大豎直應力距采空區(qū)邊緣約6m，且最大豎直應力為24.6MPa，為原巖應力的2.72倍，15m處支承應力為16MPa，20m處支承壓力為10MPa，接近原巖應力。巷道布置在7m至20m之間時巷道所受到3501工作面采空區(qū)周圍支承壓力較大，巷道最難維護;巷道布置在20m以外，受到的采動影響很小。支承壓力曲線如圖3所示。

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圖3 ?3501采空區(qū)邊緣煤壁中支承壓力曲線

4 3種不同護巷煤柱寬度時煤柱應力分布狀況

模擬分析3502回風順槽護巷煤柱為15m、20m和5m三種情況下巷道圍巖應力分布狀況。

4.1 護巷煤柱15m時支承應力分布 模擬得出的15m護巷煤柱時豎直應力云圖及支承壓力曲線如圖4和圖5所示。

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圖4 ?15m煤柱時豎直應力云圖

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圖5 ?15m煤柱中支承壓力曲線圖

由上圖得出，靠近巷道和采空區(qū)4m處各出現(xiàn)兩個支承壓力峰值點，支承應力曲線呈馬鞍型，峰值分別為20MPa和26MPa，距巷道側(cè)出現(xiàn)的峰值壓力較小。根據(jù)礦山壓力理論：這兩個峰值點分別為煤柱與巷道和采空區(qū)邊緣的彈性區(qū)和塑性區(qū)破壞區(qū)的分界點，兩個峰值點以外的煤壁區(qū)域均受到不同程度的塑性破壞。留15m煤柱時，煤柱集中承受了采空區(qū)邊緣支承壓力的作用，因此礦上壓力顯現(xiàn)比較劇烈，巷變形嚴重。

4.2 護巷煤柱20m時支承應力分布 模擬得出的20m護巷煤柱時應力云圖及煤柱中應力曲線如圖6和圖7所示。

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圖6 ?20m煤柱豎直應力云圖

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圖7 ?20m煤柱時豎直應力圖

根據(jù)上圖：20m煤柱時煤柱中的支承壓力峰值點趨近采空區(qū)，巷道附近支承壓力較小，有利于巷道的維護。

4.3 護巷煤柱5m時支承應力分布

如果為了提高煤炭回收率，考慮在3501采空區(qū)邊緣留小煤柱掘進巷道時情況，模擬得出的支承應力云圖和支承壓力曲線圖如圖8和圖9。

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圖8 ?5m煤柱時豎直應力云圖

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圖9 ?5m煤柱時煤柱中支承應力曲線圖

由上圖可知，護巷煤柱5m時，采空區(qū)邊緣支承壓力向煤壁深處轉(zhuǎn)移，支承壓力峰值點集中在巷道左側(cè)距巷幫2.2m處，最大支承壓力峰值為20.1MPa。煤柱中最大支承壓力峰值點位于煤柱中央，最大值為20MPa，從煤柱整體上煤柱所承受的支承壓力比留設(shè)15m煤柱時小。

4.4 三種不同煤柱尺寸下支承應力及巷道塑性破壞情況對比分析 通過對三種不同煤柱尺寸下巷道圍巖受力狀況模擬分析，得出了3組煤柱中支承壓力曲線，以及巷道圍巖出現(xiàn)的塑性變形情況圖。

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圖10 ?三種不同煤柱尺寸支承壓力曲線

由圖10可知：護巷煤柱較大時，煤柱主要承載了采空區(qū)邊緣支承壓力，小煤柱護巷時，巷道左側(cè)煤壁主要承載了巷道及采空區(qū)邊緣支承壓力。模擬得出的3種不同護巷煤柱寬度時巷道圍巖塑性破壞情況如圖11、圖12和圖13所示。

由上圖可知：15m煤柱時巷道兩幫塑性破壞區(qū)深度達到3m，巷道右?guī)推茐膮^(qū)面積明顯大于左幫，煤柱中壓力較大，變形嚴重，不利于巷道維護。留設(shè)20m煤柱時巷道兩幫塑性區(qū)深度為2m，巷道變形程度較小，有利于巷道維護。5m煤柱時，整個煤柱出現(xiàn)塑性破壞，破壞后的煤體承載力下降，應力向巷道左幫轉(zhuǎn)移。

5 結(jié)論

通過FLAC3D有限元軟件模擬得出護巷煤柱分別為15m、20m和5m時煤柱中應力分布及塑性破壞規(guī)律的分析，現(xiàn)就王莊煤業(yè)大采高工作面回采巷道煤柱設(shè)計結(jié)論及建議如下：

①回采巷道護巷煤柱留設(shè)20m時比較安全，巷道受到采空區(qū)周圍支承壓力影響較小，巷道變形破壞較小，有利于巷道維護。②護巷煤柱15m時煤柱承載的支承應力較大，巷道變形破壞較嚴重，不利于巷道的維護。③留設(shè)5m左右護巷道煤柱時，煤柱整體出現(xiàn)塑性破壞，但煤柱中支承應力較小，巷道變形較小，可考慮煤柱出現(xiàn)塑性破壞后采用注漿的方法加固煤柱——維護巷道，有利于煤炭資源回收，增加效益。

參考文獻：

[1]宋振騏.實用礦山壓力控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1988.

[2]劉波，韓彥輝.FLAC3D原理實例與應用指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

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作者簡介：李權(quán)（1987-），男，河南泌陽人，技術(shù)員，研究生，從事頂板管理及巷道支護設(shè)計等工作。endprint