在深部煤层的开采过程中,沿空巷道的稳定性和煤柱留设尺寸是至关重要的问题。由于深部地层所承受的高应力作用,深部巷道的围岩变形往往比浅部更加剧烈,容易出现大变形甚至失稳现象。传统的开采方式由于留设了较大的煤柱尺寸,导致煤柱内部应力集中严重,进而引起巷道变形,影响矿井的生产效率和资源回收率。
为了解决这一问题,常村矿2105工作面在理论分析的基础上,通过数值模拟对窄煤柱方案进行了研究,最终确定了合理的煤柱宽度为6米,这一研究成果为矿井的实际生产提供了重要的理论指导。通过合理的窄煤柱尺寸留设,可以有效改善沿空巷道的围岩力学环境,避免应力过度集中,降低巷道变形,同时也能提高煤炭资源的回收率和工作面的生产效率。
在进行窄煤柱留设尺寸的理论分析时,上区段工作面开采后,侧向煤体支承应力峰值向深部转移。在这种情况下,沿空巷道被布置在沿破碎区的塑性区内,可以有效地改善巷道的围岩力学环境。基于煤体应力分布规律和弹性力学理论,文章建立了窄煤柱力学模型,并推导出极限平衡区理论计算公式,用以计算煤柱宽度。在此基础上,结合实际的煤层参数和开采条件,可以计算出窄煤柱的最小理论宽度。
在研究过程中,作者提出了最小煤柱宽度的计算公式B=X1+X2+X3,其中X1是煤柱临采空区侧形成的破裂区宽度,X2是锚杆有效长度,X3是考虑煤柱厚度较大而增加的稳定性系数。通过代入具体的参数值,例如工作面采高、煤层倾角、煤体内摩擦角、煤体内聚力、支护阻力等,最终计算出窄煤柱的最小理论宽度为5.95到6.5米。
进一步地,为了验证窄煤柱的稳定性,需要进行相关的稳定性验证。这包括对计算出的理论宽度进行数值模拟,分析不同宽度下的煤柱稳定性,以及对模拟结果进行分析,确保在实际应用中窄煤柱能够承受预期的应力,保证巷道的安全稳定。
对于深部煤层沿空巷道而言,窄煤柱留设尺寸的确定是一个复杂的工程问题。这需要综合考虑地层特性、煤层参数、开采方式和煤柱稳定性等众多因素。通过理论分析、数值模拟以及实际的工程应用,可以优化煤柱尺寸,提高煤矿开采的安全性和经济效益。本文的研究为类似条件下的矿井提供了宝贵的理论支持和实践经验,具有重要的应用价值和参考意义。