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