浅埋煤层区段煤柱优化设计研究

【摘要】：陕蒙产煤区作为我国主要煤炭生产基地之一,主要开采浅埋近水平厚煤层,其剧烈的矿压显现特征,导致该条件下的工作面区段煤柱留设存在较多问题。因此,合理留设区段煤柱对矿井的安全高效和绿色开采具有重大意义。本文以双山煤矿308工作面与306工作面为研究背景,采用现场实测的方法,对308工作面区段煤柱采动应力分布规律进行研究,同时结合理论计算、实验室试验、数值模拟及现场试验等手段,对306工作面区段煤柱合理留设尺寸展开研究。研究结果如下:(1)在二次采动状态下,双山煤矿308工作面留设的15m区段煤柱煤柱帮浅部0～1m范围内煤体运动最剧烈,深部2.5～3m范围煤体运动次之,煤柱内部塑性区宽度为5m,煤柱存有优化空间。(2)基于极限平衡理论与BP神经网络算法,对双山煤矿区段306工作面煤柱合理留设尺寸进行理论计算,计算结果显示,区段煤柱合理留设尺寸应介于10.8m～12.1m之间。(3)通过对9～15m不同煤柱宽度的数值模拟计算结果,确定双山煤矿区段煤柱合理留设尺寸为11.5m,对无支护状态下的11.5m煤柱尺寸超前工作面数值计算结果分析发现,超前5m范围内围岩塑性区发育范围保持在2.3m～4.6m之间,需要通过加强支护的手段,进一步提高11.5m煤柱的巷道围岩稳定性。(4)通过理论计算、数值模拟、现场实测等手段,对优化煤柱后的回采巷道支护参数、施工工艺参数进行探究,确定306工作面回采巷道支护参数。在现场应用过程中,通过对巷道的表面位移、深部位移、锚杆(索)受力特征分析发现,优化后的巷道支护参数有效解决了巷道帮部片帮严重的问题,巷道变形量小于整体断面的10%,能够满足矿井安全生产需求,同时合理提高了煤炭资源回收率。