工作面合理区段煤柱尺寸研究

在矿山开采中，煤柱的设置是为了保护工作面两侧的巷道（即顺槽）不受回采工作面推进的影响，确保巷道的稳定性。煤柱的宽度是影响巷道稳定性的重要因素之一，宽度设置不当，可能会导致巷道变形严重，甚至出现安全事故，或者造成资源的浪费。因此，研究煤柱合理尺寸，对保障煤矿安全生产和提高资源利用率具有重要意义。 本文以色连一号矿首采8101工作面为研究对象，利用FLAC3D软件进行了数值模拟研究，目的是探究回采过程中煤柱的应力状态和围岩塑性区的演化规律，并分析不同宽度煤柱的稳定性。通过实验测试了煤层及其顶底板岩层的岩石力学参数，包括单向抗压、抗拉、抗剪强度，以及内聚力、内摩擦角等，这些参数是建立数值模型的基础。在此基础上，设置了不同的煤柱宽度（10m、20m、30m），模拟工作面推进至不同位置时煤柱的平均应力和塑性区的变化情况。 研究发现，当煤柱宽度为10m时，在工作面开采过程中，煤柱的应力变化和塑性区的发展呈现出一定的规律性。例如，在工作面开采过程中，当工作面距离观测点较远时，煤柱的垂直应力基本不受影响，而随着工作面逐渐靠近观测点，煤柱应力逐渐上升，并在工作面推过观测点后，塑性区的发展较小，煤柱内应力增加。当工作面开采至一定距离后，煤柱的应力不再发生变化，而塑性区则开始扩展。 文章指出，为了保护围岩的稳定，通常需要在工作面两侧留设一定宽度的煤柱，以作为承载负荷的稳定结构。然而，煤柱宽度的选择需要平衡巷道稳定性和资源浪费之间的矛盾。如果煤柱太窄，巷道在回采过程中可能会发生较大的变形，甚至失稳；而如果煤柱太宽，虽然可以提高巷道的稳定性，但会导致大量的煤炭资源无法开采，造成资源浪费。 通过数值模拟，本文确定了色连一号矿8101工作面留设20m宽度的煤柱可以达到显著的护巷效果，这为实际矿井工作面煤柱宽度的设置提供了理论依据和技术支持。这项研究结果对于提升煤矿开采效率、保证工作面安全生产以及合理利用煤炭资源具有重要的现实意义。 煤柱的合理尺寸研究是煤矿开采中的一个重要课题。通过数值模拟和实验测试等方法，可以更好地理解煤柱及围岩的应力分布和塑性区的演变规律，从而为科学合理地设置煤柱宽度提供依据，确保煤矿的安全生产和提高煤炭资源的利用率。