采区综放工作面区段煤柱留设宽度研究与设计

张崇礼，毛金峰，杨小龙，任智明

(新疆工程学院 矿业工程与地质学院，乌鲁木齐 830000)

区段煤柱的留设是为了隔离采空区并维护回采巷道。煤柱的留设宽度直接影响回采巷道围岩的稳定性，同时影响采区的煤炭采出率。合理的区段煤柱尺寸是所有矿井面临的重要技术问题[1-3]。近年来，综放开采已成为我国厚煤层开采的重要发展方向[4]。综放工作面区段煤柱合理宽度的确定对提高煤炭采出率和实现巷道稳定安全生产起着关键作用[5]。许多学者对区段煤柱留设尺寸做了大量研究，结果表明，区段煤柱的留设应考虑煤柱内应力分布、煤柱强度、作用于煤柱的载荷和煤柱与顶底板的相互作用关系等因素。留设合理宽度的区段煤柱一直是煤炭科技工作者的重要研究课题[4-8]。

1 工程概况

研究矿井瓦斯等级鉴定为瓦斯矿井，未发生过煤与瓦斯突出，煤尘具有爆炸性，煤层有自燃倾向性，自燃发火期3～6个月。该矿井526采区为新开拓采区，埋深平均为280 m。采区布置有526采区运输巷、526采区轨道巷和526采区回风巷等3条采区巷道。526采区轨道巷位于52601综采工作面运输巷北侧，早期该巷服务于52603、52604、52605、52606工作面的回采，后期该巷将作为52607综采工作面的轨道巷使用。526采区运输巷和526采区回风巷均位于52607综采工作面北侧526采区边界处，两巷道之间留设煤柱，其中526采区回风巷后期将作为52607综采工作面的运输巷使用。巷道布置平面图见图1。

图1 526采区巷道布置平面图Fig.1 Plan of roadway layout of the 526 mining area

526采区巷道主要服务5#煤层。5#煤层厚7.14～18.45 m，平均为13.93 m，上距2#煤层平均为58.57 m，下距6#煤层平均为1.6 7m，是主采煤层。5#煤层结构较复杂，含夹矸0～4层。其直接顶为泥岩、砂质泥岩，厚0～9.50 m，平均厚度4.53 m，中硬岩石，属较稳定性顶板。老顶为中细粒、中粗粒砂岩，主要成分以石英为主，厚2.77～17.61 m，平均厚度9.96 m，坚硬岩石，属稳定性顶板。顶板岩石物理力学性质见表1。

2 526区段煤柱尺寸留设理论研究

该矿井采用的是综采放顶煤开采工艺，长期以来区段煤柱宽度留设为30 m。新开拓的接替采区526采区设计服务时间较长，沿空掘巷围岩破碎，为提高煤炭采出率，减少资源浪费，拟采用留煤柱的方法，需留设的区段煤柱一位于526采区轨道巷和52601综采工作面之间，区段煤柱二位于526采区回风巷和526采区运输巷之间。其中，526采区轨道巷和52601综采工作面之间的区段煤柱，在整个服务期限内将受到相邻52601和52607两个工作面回采带来的两次动压影响，是该煤柱尺寸确定较为重要的影响因素。

3 526采区区段煤柱尺寸留设计算与确定

为确定526轨道巷区段煤柱的应力分布和变形破坏特征，研究其稳定性，在计算分析过程中必须使用准确的岩体力学参数，对526采区的地质资料进行勘测与收集，归纳分析所采5#煤层赋存状态、地质条件并进行煤岩体物理力学参数测试，为煤柱合理宽度的理论计算和数值模拟研究提供理论基础和依据。综放工作面区段煤柱留设理论公式的推导为区段煤柱的留设提供了理论依据。

综合考虑52607工作面回采时动压影响，根据矿压观测经验，确定526采区轨道巷煤柱留设尺寸为25 m。综合考虑526采区运输巷和526采区回风巷区段煤柱仅受一次动压影响，且后期该煤柱也将作为52607工作面的一部分进行回采，不会因煤柱尺寸造成额外的资源浪费，为增大安全系数，确定煤柱尺寸也留设25 m。

4 结论

526采区轨道巷和52601综采工作面之间的区段煤柱，在整个服务期限内将受两次动压影响。526采区运输巷和526采区回风巷区段煤柱仅受一次动压影响。

用区段煤柱宽度表达式确定区段煤柱尺寸时，既要考虑回采支承压力集中系数K对煤柱宽度及稳定性所产生的影响，还应考虑掘进影响因子δ和回采扰动因子d。

经理论计算表明，煤柱宽度为 24.78 m，综合以上研究，确定526采区区段煤柱留设宽度为25 m。