田计宏

(山西潞安环保能源开发股份有限公司 王庄煤矿,山西 长治 046031)

1 工程概况

王庄煤矿9107综采工作面开采平均煤厚为6.08 m的3号煤层,煤田总体呈现由西北向西南扩展的单斜构造,倾斜角度2°～6°。沿着煤层底板布置宽×高分别为5.0 m×3.6 m的矩形巷道,巷道顶板和底板主要由砂质泥岩、泥岩、粉砂岩和石灰岩组成。巷道直接顶为平均厚度7.44 m的砂质泥岩,巷道基本顶为平均厚度2.2 m的粉砂岩,直接底为平均厚度2.15 m的泥岩,老底为平均厚度8.6 m的石灰岩。根据现场的钻孔情况得到如图1所示的9107综采工作面顶底板综合柱状图。

图1 9107综采工作面顶底板综合柱状图Fig.1 Comprehensive histogram of roof and floor in 9107 fully-mechanized working face

在开掘9107工作面回风巷时沿着9106工作面采空区留设窄煤柱,具体留设的窄煤柱位置关系如图2所示。

图2 窄煤柱位置关系图Fig.2 Location diagram of narrow coal pillars

9107综采工作面回采过程中,在距离保护煤柱比较近的一侧的巷道顶部岩层及巷道两帮周围岩层破碎严重[1-3]。9106综采工作面在回采期间,留设的是宽度30 m的保护煤柱,效果很差,并且煤炭资源浪费严重,因此,9107综采工作面煤柱留设的尺寸有待研究[4-5]。

2 理论计算

煤柱宽度的留设应该保证煤柱对顶部岩层的支撑能力,煤柱宽度不宜太小,太小会致使巷道周围岩层受动压影响破坏严重,锚杆失效。图3为极限平衡理论窄煤柱理论计算示意图[6]。

图3 煤柱宽度计算模型Fig.3 Calculation model for coal pillar width

由煤(岩)体的极限平衡理论[7]可得到沿空掘巷留设窄煤柱的合理理论计算宽度,沿空巷道窄煤柱计算公式为:

b=x1+x2+x0.

(1)

式中:b为护巷煤柱的宽度,m;x0为工作面采空区应力作用下形成的塑性区宽度,m;x1为煤柱稳定性系数,按(30%～50%)(x0+x2)取值;x2为巷道靠近护巷煤柱这一侧所布设的锚杆的有效长度,取2.4 m。……