考虑煤岩体成拱效应的工作面区段煤柱合理尺寸研究

谷拴成，张志飞，杨超凡，袁增云，霍小泉

(1.西安科技大学 建筑与土木工程学院，陕西 西安 710054;2.陕西陕煤铜川矿业有限公司，陕西 铜川 727000)

0 引言

煤炭作为重要的基础能源，对国家经济发展起着举足轻重的作用[1]。现阶段，我国煤矿主要以综合机械化开采为主，在回采工作中，主要通过留设采面面间煤柱对临近回采巷道进行保护，因此，煤柱的稳定是开采成败的关键[2-6]。合理的煤柱宽度不仅应满足煤柱自身的稳定性,还应在巷道掘进和工作面回采期间利于回采巷道的维护[7]。基于煤柱的重要性，国内外学者进行了广泛的研究。Wilson[8]依据英国的开采条件，在考虑煤体三向强度特性的基础上提出了确定煤柱荷载与强度的两区约束理论；于洋等[9]采用极限平衡理论和数值模拟方法对综采工作面沿空掘巷窄煤柱合理宽度进行了分析；李洪武[10]通过对煤柱及围岩应力现场测试,分析了不同地质件下煤柱内应力受采动影响的变化趋势。

由于现有研究缺乏对作用于煤柱上的荷载来源的理论研究，因此，本文以岩土工程中常见的成拱效应为切入点，对采空区上覆煤岩体自重荷载向煤柱传递的机理进行分析探讨，通过建立煤柱受力模型对煤柱支承压力分布规律进行研究，进一步结合Mohr-Coulomb极限平衡与刚塑性理论对采面面间煤柱留设宽度、煤帮加固范围进行研究，最后结合陕西铜川焦坪矿区玉华煤矿工程实例通过参数分析对理论反映出的规律进行分析，对理论的现场适用性进行验证。……