特厚煤层垂直分层区段窄煤柱围岩稳定性及控制技术

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 9; pp. 3728 - 3744
• Main Authors: 武超, 王志强, 刘耀儒, 李敬凯, 耿新胜, 林陆, 李廷照, 石磊, 王鹏
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室,北京 100084 01.09.2024; 清华大学水利部水圈科学重点实验室,北京 100084%中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083%吕梁学院资源与机械工程系,山西吕梁 033001%河北工程大学矿业与测绘工程学院,河北邯郸 056000
• Subjects: extra-thick coal seam; 稳定性; surrounding rock control; 窄煤柱; 围岩控制; vertical layered mining; 特厚煤层; 垂直分层; stability; narrow pillar
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.1233

TD322; 针对特厚煤层垂直分层区段窄煤柱大变形失稳控制难题,采用理论分析、数值模拟及现场试验相结合的方法,对内蒙古老公营子煤矿特厚煤层窄煤柱围岩稳定性及控制技术展开研究.笔者在对窄煤柱内三向应力计算的基础上,基于摩尔-库伦破坏强度得到窄煤柱平面应变的屈服准则,定性分析了窄煤柱破坏特征及损伤程度演化规律,进一步分析了区段窄煤柱失稳机理及其尺寸效应影响规律,最后给出区段窄煤柱围岩控制关键技术,并通过数值模拟及现场试验进行验证.研究成果表明:①窄煤柱中部破坏程度大于两帮,中部自顶端向下煤体破坏程度由严重向轻微发展.随着宽高比增大窄煤柱内破坏程度及严重破坏区域占比逐渐减小,当宽高比大于 1∶1,窄煤柱中下部开始出现大范围的轻微破坏区,当宽高比大于5∶3,轻微破坏区占比超过50%.当黏聚力C≥3 MPa,或内摩擦角φ≥20°时,窄煤柱两帮破坏程度转变为轻微.②工作面回采巷道一侧为窄煤柱低强度承载区,在上部高应力作用下,大范围的低应力承载区煤体向巷道位移,造成两帮持续性大变形,进而影响顶板的稳定性.煤柱高度是中、底分层区段窄煤柱稳定的主控因素,窄煤柱宽高比增大,对高强度承载区承载强度影响程度较小,而低强度承载区承载强度增加较明显,合理的窄煤柱宽高比可平衡煤柱内高、低强度承载区比例,并提高承载强度.③分层窄煤柱留设需考虑工作面两侧采空时围岩稳定性,保证煤柱内部高强度承载区范围大于煤柱宽度及高度的一半,并通过联合加强支护措施使煤柱内形成由浅入深的多重联合控制区,共同维护煤柱的自稳能力.