大断面综放工作面巷道煤柱宽度探讨

武慧龙

（山西西山煤电集团公司 西曲矿，山西 030200）

该矿普遍留设30 m左右宽煤柱维护巷道，造成资源浪费外，还会产生安全隐患等问题。合理的煤柱宽度对于提高煤炭资源回收率、保证巷道稳定以及实现综合开采高产高效意义重大。

1 22108工作面基本情况

东曲矿22108工作面煤层较稳定，煤层倾角平均15.3°，厚度6.3～13.5 m，平均厚度9.7 m。工作面长2344 m，倾向长238 m，采用综放采煤工艺，采煤高度2.4 m，放顶煤高度9.4 m。

2 煤柱宽度理论计算

巷道煤柱上所承载的应力是上方煤岩层自重所产生的，计算方法如下：

（1）煤柱上承载的应力：

式中：B为宽度；D为开采宽度；H为巷道深度；δ为倾斜角，γ为平均体积力。

（2）煤柱单位面积的平均应力：

式中：B为煤柱宽度；P为煤柱上覆岩层的总载荷。

（3）煤柱宽度必须保证煤柱的极限载荷σ不超过极限强度R，其中R为：

式中：B为煤柱宽度；h为煤柱高度。

开采区和巷道煤柱在边缘上的应力相对于原始煤层上的应力可以是呈倍数的集中，煤柱边缘抗压强度低，所以煤柱边缘就会收到不同程度的损伤。开采空间和煤柱巷道之间有塑性区，此区可以变形，当煤柱两侧的这个塑性区互相贯通，煤柱就不再稳定，就会出现崩塌等安全问题[1]。

针对东曲矿22108工作面采用上述公式的载荷估算法，代入参数值D=200 m，H=400 m，M=6.25 m，h=3.5 m，煤的单轴抗压强度为11 MPa，采空区上覆岩层垮落角为30°，上覆岩层平均体积力为24 kN/m3。代入理论方程式，得B=17.9 m。又根据极限平衡理论，求得L0为5.3 m，B0为15.91 m，B为19.6 m。 综合分析，巷道煤柱合理宽度取值20 m。

3 煤柱宽度数值模拟分析

通过使用Itasca公司开发的FLAC3D数值模拟软件和应用莫尔-库伦（Mohr-Coulomb）屈服准则分析不同煤柱宽度对于岩体变形、判断岩体是否遭到破坏的影响并建立数值模型[2]。……