煤柱宽度对综放面围岩应力分布规律影响

D01:10.13374j.isml00103x.206.11.001 第28卷第11期 北京科技大学学报 Vol.28 No.11 2006年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2006 煤柱宽度对综放面围岩应力分布规律影响 谢广祥杨科常聚才 安微理工大学资源开发与管理工程系。淮南232001 摘要护巷煤柱宽度及巷道相对工作面位置的不同.将引起巷道围岩应力重新分布和岩层移动 的差异，对回采巷道稳定性及其维护有重要影响.。以谢桥煤矿1151(3)综放面地质技术条件为背 景，采用计算机数值模拟并结合现场实测研究。揭示了煤柱宽度变化对综放面围岩应力分布及变 化规律的影响.研究表明，综放回采巷道护巷煤柱宽度的变化。不仅使煤柱内应力分布规律不同， 而且使得相邻工作面煤体内应力分布规律也不同，二者应力分布随煤柱宽度变化而转移：巷道维 护状态是工作面煤层和煤柱内应力场共同作用的结果，护巷煤柱的合理宽度应小于巷帮实体煤内 应力向煤柱内转移的临界宽度 关键词采矿：综放面：围岩：回采巷道：煤柱宽度：应力分布 分类号TD325 煤柱护巷历来有窄煤柱护巷（或称无煤柱护 厚平均为5.4m,煤层倾角平均为13°，采放比为 巷、沿空巷道)和宽煤柱护巷两种方法.窄煤柱护 1(1~1.08).煤层的底板情况：老项为粉、细砂 巷的基本理论依据是，在采空区边缘煤体存在卸 岩，厚度约为6.2m:直接顶为泥岩或砂质泥岩和 压区，将巷道布置在低应力区，支护载荷较小.这 13-2煤厚度约为3.26m:直接底为泥岩，厚度约 是沿空巷道支护的基本力学特征)，但是忽略 为1.5m;老底为粉砂岩，厚度约为2.8m.该面回 了窄煤柱护巷在低应力下巷道围岩峰后变形特性 风顺槽布置在上区段采空区(1141(3))侧，护巷煤 的影响.宽煤柱护巷强调煤柱的稳定性，即在煤 柱宽5m,巷道采用锚网索支护. 柱中间有一定宽度的弹性区，能使煤柱不完全塑 2现场实测 性破坏从而有较高的支承能力$，对巷道有保 护作用，但是忽略了相邻工作面与煤柱变化之间 在煤柱和巷帮工作面煤体内布置多个KSE一 应力分布特征关系.不论宽煤柱还是窄煤柱护 一1型钻孔应力计对煤体应力在工作面回采过程 巷，回采巷道都位于采场三维应力场范围附近，煤 中的变化进行观测，测点布置如图1所示，观测分 柱宽度的改变不仅使其内应力状态发生变化而 析结果如下. 且使得与之相邻工作面煤体内应力场也发生变 2.1煤柱内应力变化规律 化，这势必影响巷道围岩的稳定性.因此，本文以 煤柱内应力沿走向和倾向在回采期间的变化 谢桥煤矿1151(3)综放面地质技术条件为背景， 如图2所示.煤柱应力的变化沿走向可分为应力 针对煤柱宽度变化对综放面围岩应力分布规律的 稳定区(A区)、应力缓慢升高区(B区)、应力明显 影响进行了全面分析研究. 升高区(C区)、应力降低区(D区)四个区（图2(a) 及表1)，应力特征参数见表2.由图2)可见，侧 1 工作面地质条件 向煤柱沿倾向基本上都存在应力峰值，最大应力 谢桥矿1151(3)综放面走向长1674m,倾向 位于巷道靠采空区侧，距巷道上帮3~4m范围 内.距工作面不同位置处倾向应力峰值基本无变 长231.8m,地面标高为十204~+25.8m,工作 化，靠巷道侧及采空区侧的煤柱应力均降低，且巷 面标高一588~一662m.该面煤层结构稳定，煤 道侧煤柱应力降低幅度较大， 收稿日期：2005-11-28修回日期.200603-30 22工作面内煤体应力分布规律 基金项目：科技973计划”子课题(No.2005h221503):国家自 巷帮工作面内煤体应力沿走向变化如图3所 然科学基金资助项目(Na50674003) 作者简介：谢广样(1958一).男，教授，博士 示，应力变化特征见表3.巷帮实体煤应力在工作 (C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.ne

煤柱宽度对综放面围岩应力分布规律影响 谢广祥 杨 科 常聚才 安徽理工大学资源开发与管理工程系, 淮南 232001 摘 要 护巷煤柱宽度及巷道相对工作面位置的不同, 将引起巷道围岩应力重新分布和岩层移动 的差异, 对回采巷道稳定性及其维护有重要影响.以谢桥煤矿 1151(3)综放面地质技术条件为背 景, 采用计算机数值模拟并结合现场实测研究, 揭示了煤柱宽度变化对综放面围岩应力分布及变 化规律的影响.研究表明, 综放回采巷道护巷煤柱宽度的变化, 不仅使煤柱内应力分布规律不同, 而且使得相邻工作面煤体内应力分布规律也不同, 二者应力分布随煤柱宽度变化而转移;巷道维 护状态是工作面煤层和煤柱内应力场共同作用的结果, 护巷煤柱的合理宽度应小于巷帮实体煤内 应力向煤柱内转移的临界宽度. 关键词 采矿;综放面;围岩;回采巷道;煤柱宽度;应力分布 分类号 TD325 收稿日期:2005 11 28 修回日期:2006 03 30 基金项目:科技部“ 973 计划”子课题(No .2005cb221503);国家自 然科学基金资助项目(No.50674003) 作者简介:谢广祥(1958—), 男, 教授, 博士 煤柱护巷历来有窄煤柱护巷(或称无煤柱护 巷、沿空巷道)和宽煤柱护巷两种方法.窄煤柱护 巷的基本理论依据是 , 在采空区边缘煤体存在卸 压区 ,将巷道布置在低应力区, 支护载荷较小.这 是沿空巷道支护的基本力学特征 [ 1-7] , 但是忽略 了窄煤柱护巷在低应力下巷道围岩峰后变形特性 的影响.宽煤柱护巷强调煤柱的稳定性 ,即在煤 柱中间有一定宽度的弹性区, 能使煤柱不完全塑 性破坏从而有较高的支承能力 [ 8-13] , 对巷道有保 护作用 ,但是忽略了相邻工作面与煤柱变化之间 应力分布特征关系.不论宽煤柱还是窄煤柱护 巷,回采巷道都位于采场三维应力场范围附近 ,煤 柱宽度的改变不仅使其内应力状态发生变化, 而 且使得与之相邻工作面煤体内应力场也发生变 化,这势必影响巷道围岩的稳定性 .因此 ,本文以 谢桥煤矿 1151(3)综放面地质技术条件为背景, 针对煤柱宽度变化对综放面围岩应力分布规律的 影响进行了全面分析研究 . 1 工作面地质条件 谢桥矿 1151(3)综放面走向长 1 674 m ,倾向 长 231.8 m ,地面标高为+20.4 ～ +25.8 m ,工作 面标高 -588 ～ -662 m .该面煤层结构稳定, 煤 厚平均为 5.4 m , 煤层倾角平均为 13°, 采放比为 1∶(1 ～ 1.08).煤层的底板情况:老顶为粉、细砂 岩,厚度约为 6.2 m ;直接顶为泥岩或砂质泥岩和 13-2煤, 厚度约为 3.26 m ;直接底为泥岩, 厚度约 为1.5m ;老底为粉砂岩 ,厚度约为 2.8 m .该面回 风顺槽布置在上区段采空区(1141(3))侧,护巷煤 柱宽 5 m , 巷道采用锚网索支护 . 2 现场实测 在煤柱和巷帮工作面煤体内布置多个 KSE- Ⅱ-1 型钻孔应力计对煤体应力在工作面回采过程 中的变化进行观测, 测点布置如图 1 所示,观测分 析结果如下. 2.1 煤柱内应力变化规律 煤柱内应力沿走向和倾向在回采期间的变化 如图 2 所示.煤柱应力的变化沿走向可分为应力 稳定区(A 区)、应力缓慢升高区(B 区)、应力明显 升高区(C 区)、应力降低区(D 区)四个区(图 2(a) 及表 1),应力特征参数见表 2 .由图 2(b)可见,侧 向煤柱沿倾向基本上都存在应力峰值 , 最大应力 位于巷道靠采空区侧, 距巷道上帮 3 ～ 4 m 范围 内.距工作面不同位置处倾向应力峰值基本无变 化,靠巷道侧及采空区侧的煤柱应力均降低 ,且巷 道侧煤柱应力降低幅度较大. 2.2 工作面内煤体应力分布规律 巷帮工作面内煤体应力沿走向变化如图 3 所 示,应力变化特征见表3 .巷帮实体煤应力在工作 第 28 卷 第 11 期 2006 年 11 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.28 No.11 Nov.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.11.001

。1006。 北京科技大学学报 2006年第11期 煤柱 1151(3)回风顺槽 工作面侧 20 96 7 一工作面推进方向 ■KSE-Ⅱ-】型钻孔应力计：数字表示应力计距煤壁距离（单位：m) 图1测点布置示意图 Fig.I Sketch map of survey stations 测点距巷道上帮距离 10r 一m 8 85m 6 6 距工作面距离 量--60m -*--40m t-25m 0--15m o--10.8m-e--5m 0120-0080-6040-200 3 4 距工作面距离/m 距巷道上帮距离/m (a) (b) 图2煤柱内煤体应力变化曲线.(a沿走向：(b)沿倾向 Fig.2 Stress variation curves of coal pillar:(a)on the strike:(b)on the dip 表1煤柱应力沿走向分区 面回采过程中逐渐升高，在距工作面煤壁35m的 Table 1 Stress domains of coal pillar on the strike 范围内，煤体应力上升较快直到峰值，峰值位置距 应力范 分区 范围/m k值范围 工作面煤壁约17m,随后应力急剧下降. 用/MPa 应力稳定区(A区) >91 440-53610-12 表3巷帮实体煤应力变化特征 Table 3 Stress characteristics of coal beside roadway on the strike 应力缓慢升高区(B区)91-38.75.26-7.441.18-163 应力明显升高区(C区)387-108609-&491.42-186 初始应 最大应 峰值的 最大 测点 力/MPa 应力降低区(D区) <10.8467-8491.86-106 力/MPa 位置/m k值 11m 5.46 11.13 16 190 注：k为应力计测试值与其初始值之比. 14m 612 120 152 1.96 表2煤柱应力沿走向变化特征 17m 634 1092 202 1.72 Table 2 Stress characteristics of coal pillar on the strike 平均值 597 11.35 17.1 1.86 初始应 最大应 峰值位 最大 测点 力/MPa 力/MPa 置/m k值 3 数值模拟 3m 456 849 9.0 1.86 5m 440 7.09 126 1.61 3.1模拟模型的建立 综合 448 7.79 10.8 1.75 数值模拟(FLAC3D)采用莫尔-库仑屈服准则 判断岩体的破坏，应变软化模型反映煤体破坏后 14r 随变形发展而残余强度逐步降低的性质.模型走 12 10 向长500m,倾斜宽600m,高为314.17m,共有 95332个三维单元，112739个结点.模型侧面限 测点距风巷下帮距离 4 4-11m 制水平移动，模型底面限制垂直移动，模型上部施 2 日14m 女17m 加垂直载荷模拟上覆岩层的重量.依据工作面地 80 -60 0 -20 0 质条件，分别模拟煤柱宽度为3,5,7,10,15和 距工作面煤壁距离/m 20m时围岩应力分布情况. 图3。巷帮实体煤应力沿走向变化曲线 3.2不同煤柱宽度下综放面围岩垂直应力沿走 Fig.3 Stress variation curves of coal beside roadway on the 向变化规律 他1994-2019 China Academie Joual Electron Publish图4为不同煤柱宽度下煤柱和巷帮实体煤要ki.net strike

图 1 测点布置示意图 Fig.1 Sketch map of survey stations 图 2 煤柱内煤体应力变化曲线.(a)沿走向;(b)沿倾向 Fig.2 Stress variation curves of coal pillar:(a)on the strike ;(b)on the dip 表 1 煤柱应力沿走向分区 Table 1 Stress domains of coal pillar on the strike 分区 范围/m 应力范 围/ MPa k 值范围 应力稳定区(A 区) >91 4.40 ～ 5.36 1.0 ～ 1.2 应力缓慢升高区(B 区) 91 ～ 38.7 5.26 ～ 7.44 1.18 ～ 1.63 应力明显升高区(C 区) 38.7 ～ 10.8 6.09 ～ 8.49 1.42 ～ 1.86 应力降低区(D 区) <10.8 4.67 ～ 8.49 1.86 ～ 1.06 注:k 为应力计测试值与其初始值之比. 表 2 煤柱应力沿走向变化特征 Table 2 Stress characteristics of coal pillar on the strike 测点 初始应 力/ MPa 最大应 力/ MPa 峰值位 置/ m 最大 k 值 3 m 4.56 8.49 9.0 1.86 5 m 4.40 7.09 12.6 1.61 综合 4.48 7.79 10.8 1.75 图 3 巷帮实体煤应力沿走向变化曲线 Fig.3 Stress variation curves of coal beside roadway on the strike 面回采过程中逐渐升高, 在距工作面煤壁 35 m 的 范围内,煤体应力上升较快直到峰值,峰值位置距 工作面煤壁约 17 m ,随后应力急剧下降 . 表 3 巷帮实体煤应力变化特征 Table 3 Stress characteristics of coal beside roadway on the strike 测点 初始应 力/ MPa 最大应 力/ MPa 峰值的 位置/ m 最大 k 值 11 m 5.46 11.13 16 1.90 14 m 6.12 12.0 15.2 1.96 17 m 6.34 10.92 20.2 1.72 平均值 5.97 11.35 17.1 1.86 3 数值模拟 3.1 模拟模型的建立 数值模拟(FLAC 3D)采用莫尔-库仑屈服准则 判断岩体的破坏, 应变软化模型反映煤体破坏后 随变形发展而残余强度逐步降低的性质 .模型走 向长 500 m , 倾斜宽 600 m , 高为 314.17 m , 共有 95 332个三维单元 , 112 739 个结点.模型侧面限 制水平移动,模型底面限制垂直移动,模型上部施 加垂直载荷模拟上覆岩层的重量 .依据工作面地 质条件 , 分别模拟煤柱宽度为 3 , 5 , 7 , 10 , 15 和 20 m时围岩应力分布情况. 3.2 不同煤柱宽度下综放面围岩垂直应力沿走 向变化规律 图 4 为不同煤柱宽度下煤柱和巷帮实体煤垂 · 1006 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 11 期

Vol.28 No.11 谢广祥等：煤柱宽度对综放面围岩应力分布规律影响 。1007。 直应力沿走向变化曲线.由图可知，不同煤柱宽 极窄小煤柱，如3)，而巷帮实体煤应力逐渐升 度下综放面围岩垂直应力沿走向的变化规律：(1) 高直至峰值；(3)工作面附近在一定范围内煤柱及 随煤柱宽度增加，煤柱内应力逐渐增加，而巷帮实 巷帮实体煤处于应力降低区，工作面后方随离工 体煤应力逐渐降低：(2)随工作面临近煤柱内应力 作面距离的增大而煤柱应力逐渐升高直至稳定， 逐渐升高，沿走向在工作面前方出现应力峰值（除 采空区均处于低应力状态 煤柱宽 120r 140 煤柱宽 100 7m 120 3m 0-5m +7m 10m +15m 40 容 -20m 20 050 -150-50 50150250300 0 -150-50 50 150 250300 至工作面水平距离/m 至工作面水平距离/m a 6) 图4不同煤柱宽度煤体垂直应力沿走向变化曲线.(a)煤柱：(b)实体煤 Fig.4 Vertical stress curves of coals with different pillars on the strike (a)coal pillar (b)coal entity 3.3不同煤柱宽度下综放面围岩垂直应力沿倾 的应力峰值.这说明煤柱宽度较小时，载荷主要 向变化规律 由巷帮实体煤承担：煤柱宽度较大时，应力逐渐向 距工作面不同距离处，沿倾向不同煤柱宽度 煤柱上方转移，煤柱承载作用增大.(3)随着煤柱 下煤柱和巷帮实体煤垂直应力变化曲线如图5所 宽度的增大，煤柱内应力峰值的位置距巷道上帮 示.由图可知：(1)巷帮实体煤应力峰值有随煤柱 煤壁的距离有逐渐增大的趋势，而巷帮实体煤内 宽度增加而减小的趋势，而煤柱内应力峰值有随 垂直应力峰值的位置变化不大.(4)除宽度20m 煤柱宽度增加而增大的趋势.(2)煤柱宽度(3,5， 的煤柱内垂直应力曲线形态仅在工作面前方一定 7,10m)较小时，煤柱内的垂直应力峰值小于巷帮 距离远为双峰形外，其他煤柱宽度时应力曲线均 实体煤内的应力峰值；而当煤柱宽度(15,20m)较 为单峰形，而巷帮实体煤内应力曲线则都呈单峰 大时，煤柱内的垂直应力峰值大于巷帮实体煤内 形态. 140 120 120 煤柱宽 煤柱宽 100 +3m 100 十3m -5 m -7m 7m 10m 60 15m +20m 20 00 -40-30-20-100 102030 40 0 -40-30-20-100 10203040 沿倾向至下帮煤壁距离m 沿倾向至下帮煤壁距离加 (a) b 图5沿倾向不同煤柱宽度煤柱和巷帮实体煤垂直应力变化曲线.(a)2125m(b)11.25m Fig.5 Vertical stress of coal pillar and coal entity at different pillar widths:(a)21.25 m:(b)11.25m 综上所述，随煤柱宽度的增加，煤柱内垂直应 值，煤柱起主要承载作用 力峰值逐渐增大，而巷帮实体煤内的垂直应力峰 3.4不同煤柱宽度垂直应力峰值特征变化规律 值则逐渐减小.因而随煤柱宽度的增加，煤柱承 综合分析可得综放面垂直应力峰值特征随护 载能力逐渐提高，巷帮实体煤内的应力有逐渐向 巷煤柱宽度变化的分布规律（图6和图7）：(1)煤 煤柱转移的趋势.当煤柱宽度达到一定值时（如 柱和巷帮实体煤内沿走向的垂直应力峰值位置到 15m),煤柱内和巷帮实体煤内的应力峰值大体相 工作面煤壁距离均随煤柱宽度增大而减小.(2) 等，这时煤柱和巷帮实体煤同时承受着较大的应 煤柱内沿倾向的垂直应力峰值位置到巷道上帮煤 力峰值：煤柱宽度进一步增大后（如20m),煤柱 壁的距离随煤柱宽度的增大而逐渐增大，巷帮实 内的序力峰镇大大超巷耜实体煤内的腐办蜂。P体煤沿倾向的垂直应峰值.黑到巷道下帮煤甓in©

直应力沿走向变化曲线.由图可知 , 不同煤柱宽 度下综放面围岩垂直应力沿走向的变化规律 :(1) 随煤柱宽度增加 ,煤柱内应力逐渐增加 ,而巷帮实 体煤应力逐渐降低;(2)随工作面临近煤柱内应力 逐渐升高 ,沿走向在工作面前方出现应力峰值(除 极窄小煤柱 , 如 3 m), 而巷帮实体煤应力逐渐升 高直至峰值;(3)工作面附近在一定范围内煤柱及 巷帮实体煤处于应力降低区, 工作面后方随离工 作面距离的增大而煤柱应力逐渐升高直至稳定, 采空区均处于低应力状态 . 图 4 不同煤柱宽度煤体垂直应力沿走向变化曲线.(a)煤柱;(b)实体煤 Fig.4 Vertical stress curves of coals with different pillars on the strike:(a)coal pillar;(b)coal entity 3.3 不同煤柱宽度下综放面围岩垂直应力沿倾 向变化规律 距工作面不同距离处, 沿倾向不同煤柱宽度 下煤柱和巷帮实体煤垂直应力变化曲线如图 5 所 示.由图可知 :(1)巷帮实体煤应力峰值有随煤柱 宽度增加而减小的趋势 ,而煤柱内应力峰值有随 煤柱宽度增加而增大的趋势.(2)煤柱宽度(3 , 5 , 7 , 10 m)较小时,煤柱内的垂直应力峰值小于巷帮 实体煤内的应力峰值 ;而当煤柱宽度(15 , 20 m)较 大时, 煤柱内的垂直应力峰值大于巷帮实体煤内 的应力峰值.这说明煤柱宽度较小时 , 载荷主要 由巷帮实体煤承担;煤柱宽度较大时,应力逐渐向 煤柱上方转移 ,煤柱承载作用增大 .(3)随着煤柱 宽度的增大 ,煤柱内应力峰值的位置距巷道上帮 煤壁的距离有逐渐增大的趋势, 而巷帮实体煤内 垂直应力峰值的位置变化不大 .(4)除宽度 20 m 的煤柱内垂直应力曲线形态仅在工作面前方一定 距离远为双峰形外 , 其他煤柱宽度时应力曲线均 为单峰形, 而巷帮实体煤内应力曲线则都呈单峰 形态 . 图 5 沿倾向不同煤柱宽度煤柱和巷帮实体煤垂直应力变化曲线.(a)21.25 m;(b)11.25 m Fig.5 Verti cal stress of coal pillar and coal entity at different pillar widths:(a)21.25 m;(b)11.25 m 综上所述, 随煤柱宽度的增加 ,煤柱内垂直应 力峰值逐渐增大, 而巷帮实体煤内的垂直应力峰 值则逐渐减小.因而随煤柱宽度的增加 ,煤柱承 载能力逐渐提高, 巷帮实体煤内的应力有逐渐向 煤柱转移的趋势 .当煤柱宽度达到一定值时(如 15 m),煤柱内和巷帮实体煤内的应力峰值大体相 等,这时煤柱和巷帮实体煤同时承受着较大的应 力峰值 ;煤柱宽度进一步增大后(如 20 m), 煤柱 内的应力峰值大大超过巷帮实体煤内的应力峰 值,煤柱起主要承载作用 . 3.4 不同煤柱宽度垂直应力峰值特征变化规律 综合分析可得综放面垂直应力峰值特征随护 巷煤柱宽度变化的分布规律(图 6 和图 7):(1)煤 柱和巷帮实体煤内沿走向的垂直应力峰值位置到 工作面煤壁距离均随煤柱宽度增大而减小 .(2) 煤柱内沿倾向的垂直应力峰值位置到巷道上帮煤 壁的距离随煤柱宽度的增大而逐渐增大 ,巷帮实 体煤沿倾向的垂直应力峰值位置到巷道下帮煤壁 Vol.28 No.11 谢广祥等:煤柱宽度对综放面围岩应力分布规律影响 · 1007 ·

。1008 北京科技大学学报 2006年第11期 的距离随煤柱宽度变化不明显，(3)不同煤柱宽 (2)不同宽度煤柱下煤柱内应力分布规律有 度时，煤柱内和巷帮实体煤内应力大小随煤柱宽 很大差异，巷帮实体煤内煤体垂直应力随煤柱宽 度的不同而转移：煤柱由较小宽度变到中等宽度 度的增加呈下降趋势，而煤柱内垂直应力则逐渐 时，煤体内垂直应力在某一临界宽度处由巷帮实 上升，当煤柱宽度增大到一定值时其内应力值趋 体煤内转移到煤柱内，使中等宽度时煤柱承受较 于稳定 大的压应力 (3)从技术经济角度考虑，综放开采的护巷 25 一走向煤柱走向实体煤 煤柱宽度应小于巷帮实体煤内应力向煤柱内转移 倾向煤柱。倾向实体煤 20 的临界宽度，同时护巷煤柱宽度应大于保证煤柱 不被压垮且不发生裂隙从而避免向采空区漏风而 诱发自燃的最小煤柱尺寸. 参考文献 10 15 【刂钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制.徐州：中国矿业大 煤柱宽度m 学出版社.2003 [2 Qu Q D.Study on destressing technology for aroadway driven 图6垂直应力峰值位置随煤柱宽度变化曲线 abng goaf in a fully mechanized top coal cav ing face.J Coal Sci Fig.6 Change of vertical stress peak value station with pillar Eng2003.9(1):33 width 【到马其华郭忠平.综放面矿压显现特点与沿空掘巷可行性 矿山压力与顶板管理1997(3/4)：150 140 [4孟金锁.综放开采原位”沿空掘巷探讨.岩石应力与工程学 报.1999.18(2)：205 [习李学华张衣，侯朝炯。综采放项煤面沿空巷道合理位置确 定.中国矿业大学学报2000,29(2)：186 [(霍灵军，王晨黄汉富.小煤柱二次承压巷道的矿压显现规 一巷道上帮煤柱 20 。巷道下帮实体煤 律研究.矿山压力与顶板管理2002(2)：78 0 [7]SzwedickiT.The effect of mining geometry on stability of 10 15 20 25 煤柱宽度m mock mass amund underround excavations.Miner Resour Eng20009(2):265 图7垂直应力峰值随煤柱宽度变化曲线 贾光胜，康立军。综放开采采准巷道护巷煤柱稳定性研究 Fig.7 Change of vertical stress peak value with pillar width 煤炭学报。2002.27(1)：7 19 Medhurst T P.Brown E T.A study of the mechanical behav- 综上所述，数值模拟与现场实测所得应力变 ior of coal for pillar design.Int J Rock Mech Min Sci 1998. 化规律基本一致.值得注意的是，现场实测数值 35(8):1087 是相对应力，而数值模拟结果是绝对应力，两者是 [1g张永灿，杨玉生，王和平，等.综放工作面巷道布置的合理 性分析.中州煤炭，1999(3)：10 有一定的差别. [11]Beck D A,Brady BHG.Grant D R.Induced stress and mi- 4 结论 emseismicity in the 3000 Orebody,Mount Isa.Geotech Geol Eng1997(15):221 (1)随着护巷煤柱宽度的变化，不仅煤柱内 【12姚爱军，黄福昌，张宗社.宽厚煤柱煤岩体流变应力特性 应力场特征不同，而且相邻工作面煤体内应力场 实验研究.中国矿业，200312(2)：52 [13 张耀荣.高慧高进等.影响护巷煤柱宽度的因素分析 分布规律亦不同，二者应力场分布随煤柱宽度变 煤，2001,10(1)：11 化而转移，巷道支护状态是两者应力场特征共同 (下转第1013页) 作用的结果 (C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net

的距离随煤柱宽度变化不明显 .(3)不同煤柱宽 度时, 煤柱内和巷帮实体煤内应力大小随煤柱宽 度的不同而转移;煤柱由较小宽度变到中等宽度 时,煤体内垂直应力在某一临界宽度处由巷帮实 体煤内转移到煤柱内 , 使中等宽度时煤柱承受较 大的压应力. 图 6 垂直应力峰值位置随煤柱宽度变化曲线 Fig.6 Change of vertical stress peak value station with pillar width 图 7 垂直应力峰值随煤柱宽度变化曲线 Fig.7 Change of vertical stress peak value with pillar width 综上所述, 数值模拟与现场实测所得应力变 化规律基本一致 .值得注意的是, 现场实测数值 是相对应力,而数值模拟结果是绝对应力,两者是 有一定的差别. 4 结论 (1)随着护巷煤柱宽度的变化 ,不仅煤柱内 应力场特征不同, 而且相邻工作面煤体内应力场 分布规律亦不同, 二者应力场分布随煤柱宽度变 化而转移, 巷道支护状态是两者应力场特征共同 作用的结果. (2)不同宽度煤柱下煤柱内应力分布规律有 很大差异, 巷帮实体煤内煤体垂直应力随煤柱宽 度的增加呈下降趋势 , 而煤柱内垂直应力则逐渐 上升, 当煤柱宽度增大到一定值时其内应力值趋 于稳定. (3)从技术经济角度考虑 ,综放开采的护巷 煤柱宽度应小于巷帮实体煤内应力向煤柱内转移 的临界宽度 ,同时护巷煤柱宽度应大于保证煤柱 不被压垮且不发生裂隙从而避免向采空区漏风而 诱发自燃的最小煤柱尺寸 . 参 考 文 献 [ 1] 钱鸣高, 石平五.矿山压力与岩层控制.徐州:中国矿业大 学出版社, 2003 [ 2] Qu Q D.S tudy on destressing t echnology f or a roadway driven along goaf in a fully mechanized t op coal caving face.J Coal Sci Eng , 2003 , 9(1):33 [ 3] 马其华, 郭忠平.综放面矿压显现特点与沿空掘巷可行性. 矿山压力与顶板管理, 1997(3/ 4):150 [ 4] 孟金锁.综放开采“原位”沿空掘巷探讨.岩石应力与工程学 报, 1999 , 18(2):205 [ 5] 李学华, 张农, 侯朝炯.综采放顶煤面沿空巷道合理位置确 定.中国矿业大学学报, 2000 , 29(2):186 [ 6] 霍灵军, 王晨, 黄汉富.小煤柱二次承压巷道的矿压显现规 律研究.矿山压力与顶板管理, 2002(2):78 [ 7] Szwedzicki T .The eff ect of mining geometry on stability of rock mass around underground excavations.Miner Resour Eng , 2000 , 9(2):265 [ 8] 贾光胜, 康立军.综放开采采准巷道护巷煤柱稳定性研究. 煤炭学报, 2002 , 27(1):7 [ 9] Medhurst T P, Brown E T .A study of the mechanical behav￾ior of coal for pillar design.Int J Rock Mech Min Sci, 1998 , 35(8):1087 [ 10] 张永灿, 杨玉生, 王和平, 等.综放工作面巷道布置的合理 性分析.中州煤炭, 1999, (3):10 [ 11] Beck D A , Brady B H G , Grant D R.Induced stress and mi￾croseismicity in the 3000 Orebody , Mount Isa.Geotech Geol Eng , 1997(15):221 [ 12] 姚爱军, 黄福昌, 张宗社.宽厚煤柱煤岩体流变应力特性 实验研究.中国矿业, 2003 , 12(2):52 [ 13] 张耀荣, 高慧, 高进, 等.影响护巷煤柱宽度的因素分析. 煤, 2001 , 10(1):11 (下转第 1013 页) · 1008 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 11 期

Vol.28 No.11 冯雅丽等：利用微生物电池研究微生物在矿物表面电子传递过程 。1013。 Study on the electron transport process of microbe on the mineral surface using the microbe fuel cell FENG Yali,LI Haoran2,LIAN Jing,ZHOU Liang?) 1)Civil and Environmental Engireering School Uriversity of Science and Techmlogy Beijing.Beijing 100083.Chim 2)State Key Laboratory of Biochemical Engineering.Institute of Pmces Engineering Chinese Academy of Sciences Beijing 100080 China ABSTRACT The electron transfer process of microbe on the mineral surface was studied by the use of a microbe fuel cell.The results indicate that direct contact plays an important role in the process of reducing Fe(OH)3 with Geobacte metallireducens,and the bio-film absorbed on the mineral surface is a key factor. Bio-film fommation needs a relative long time.It is an important metabolic way to fomm bio-film by cell-ab- sorption on the solid surface.Although mediate AQDS accelerates the reduction rate effectively at the early stage,but its effectiveness is not significant after the cell-absorption.So the microbe cataly sis mineral oxi- dation-reduction reaction is influenced by bio-film.Accelerating the film formation on the mineral surface and keeping its stability are very important for the microbe leaching rate. KEY WORDS mineral surface;microbe;electron transport;bio-film;mediator;microbe fuel cell (上接第1008页) Effect of coal pillar width on the stress distribution law of surrounding rocks in fully mechanized top-coal caving mining face XIE Guangxiang,YANG Ke,CHANGJucai Department of Resource Exploration and Management Engineering.Anhui University of Science and Technobgy.Huainan 232001.China ABSTRACT Coal pillar width and gatew ay locat ion to face result in the differences of stress redistribut ion and rock seam movement and importantly influence gatew ay stability and maintenance.According to the geological and mining technical conditions of the No.1151(3)fully mechanized top-coal caving (FMTC) mining face in Xieqiao Mine and based on the analy sis of numerical simulation and in-situ observation.the stress distribution and it's variation laws were investigated at different coal pillar widths.The results show that not only coal pillars'stress distribut ion laws but also coal entities'stress distribution laws are different with coal pillar width,and both stress distributions are displaced.The maintenance situation of gatew ay was detemined on the stress distributions of coal entity and coal pillar,and the appropriate width of coal pillar is less than the critical displacing stresswidth. KEY WORDS coal mining;fully mechanized top-coal caving mining face;surrounding rocks;gatew ay; coal pillar w idth;stress dist ribution (C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net

S tudy on the electron transport process of microbe on the mineral surface using the microbe fuel cell FENG Y ali 1), LI Haoran 2), LIAN Jing 1), ZHOU Liang 2) 1)Civil and Environment al Engineering S chool, Uni versit y of Science and Tech nology Beijing , Beijing 100083 , C hina 2)St at e Key Laborat ory of Biochemical Engineering , Institute of Process Engineering , Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China ABSTRACT The electron transfer process of microbe on the mineral surface w as studied by the use of a microbe fuel cell .The results indicate that direct contact plays an impo rtant role in the process of reducing Fe(OH)3 w ith Geobacte metallireducens, and the bio-film absorbed on the mineral surface is a key factor. Bio-film fo rmation needs a relative long time .It is an important metabolic w ay to form bio-film by cell-ab￾sorption on the solid surface.Although mediate AQDS accelerates the reduction rate effectively at the early stage , but its effectiveness is not sig nificant after the cell-absorption .So the microbe cataly sis mineral o xi￾dation-reduction reaction is influenced by bio-film .Accelerating the film formation on the mineral surface and keeping its stability are very important fo r the microbe leaching rate . KEY WORDS mineral surface ;microbe ;electron transport ;bio-film ;mediato r;microbe fuel cell (上接第 1008 页) Effect of coal pillar width on the stress distribution law of surrounding rocks in fully mechanized top-coal caving mining face X IE Guangxiang , Y ANG Ke , CHANGJ ucai Department of Resource Exploration and Management Engineering , Anhui University of S cience and Technology , Huainan 232001 , C hina ABSTRACT Coal pillar w idth and gatew ay location to face result in the differences of stress redistribution and rock seam movement and impo rtantly influence g atew ay stability and maintenance .According to the geological and mining technical conditions of the No .1151(3)fully mechanized top-coal caving (FM TC) mining face in Xieqiao Mine and based on the analy sis of numerical simulation and in-situ observation , the stress distribution and it' s variation laws w ere investig ated at different coal pillar widths.The results show that not only coal pillars' stress distribution law s but also coal entities' stress distribution laws are different w ith coal pillar w idth , and both stress distributions are displaced .The maintenance situation of gatew ay w as determined on the stress distributio ns of coal entity and coal pillar, and the appropriate width of coal pillar is less than the critical displacing stress-w idth . KEY WORDS coal mining ;fully mechanized top-coal caving mining face ;surrounding rocks ;gatew ay ; coal pillar w idth ;stress distribution Vol.28 No.11 冯雅丽等:利用微生物电池研究微生物在矿物表面电子传递过程 · 1013 ·