考虑采空区压实效应的沿空掘巷煤柱设计方法研究*

冯友良

(1.中煤科工开采研究院有限公司，北京 100013；2.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013；3.煤炭科学研究总院 开采研究分院，北京 100013)

0 引言

经济效益、安全需求等因素推动沿空留巷[1-3]、切顶卸压自成巷[4]等无煤柱护巷技术成为今后我国煤矿巷道布置的主流发展方向，但考虑到煤矿地质条件的特殊性和无煤柱护巷技术发展现状，当下广大矿区普遍采用的仍然是留煤柱沿空掘巷技术[5-6]。沿空掘巷合理煤柱留设一直是广大学者关注的焦点，研究工作面区段煤柱合理宽度的方法概括起来主要有理论计算[7]、现场监测[8]、数值模拟[9]及模型试验[10]。在实际使用过程中，极限平衡理论、数值试验研究与工程实践相结合的方法应用广泛。然而，以往有关煤柱留设的数值试验研究中，大多数未考虑采空区覆岩垮落-充填-压实这一过程对采动应力的重要影响，对工作面回采的模拟直接做开挖或简单充填处理，采动应力演化规律的合理性有待考究。本文通过FLAC3D二次开发的方法，将采空区覆岩垮落带岩体的力学行为嵌入数值软件，模拟采空区压实效应、应力恢复，分析沿空巷道掘、采全过程围岩的稳定性，结合理论分析、工程实践，最终确定合理煤柱宽度。

1 工程背景

中煤华晋集团有限公司王家岭矿现采用综放开采采煤法主采2#煤层(属优质炼焦用煤)，每个工作面布置2条回采巷道，其中回风巷采取沿相邻工作面采空区边缘掘进，留20 m宽煤柱护巷，这不仅会导致优质煤炭资源的浪费，还会在深井开采中使回采巷道围岩出现应力集中现象，导致巷道围岩产生更加剧烈的变形，巷道后期维护困难。……