合理选择护巷煤柱宽度是综放沿空掘巷技术成功应用的关键。以柳巷煤矿工程地质条件为背景,基于弹性地基梁理论、内外应力场理论计算分析沿空巷道覆岩结构特征及其内应力场分布,使用离散元模拟软件建立多组数值模型,分析不同煤柱宽度与应力集中系数下巷道围岩变形特征,系统研究掘采过程中覆岩结构与煤柱宽度对巷道受载变形机制的影响。定义煤柱护巷系数ψi,以此对数值模拟结果进行综合评价,确定合理煤柱宽度。研究结果表明:1)随着悬顶长度增加,基本顶岩梁最大弯矩增大,岩梁破断位置与采空区煤壁间距减小。2)厚硬基本顶综放工作面因基本顶厚度大、来压步距大及开采强度高等因素致使其内应力场范围较常规工作面更大。结合现场工程地质数据,确定内应力场范围14.67～17.33m。3)基于覆岩结构分析确定试验工作面合理煤柱宽度范围为5～10 m,采用数值模拟进一步研究表明,以7 m为分界,随着煤柱宽度增加,煤柱稳定性与覆岩结构先后主导巷道受载变形机制。4)通过综合评价确定合理煤柱宽度为7 m,应用效果通过现场监测得到验证。

国家自然科学基金项目(51774186)；

1 工程地质背景
1.1 现场概况
1.2 岩层力学参数
2 巷道覆岩结构与侧向应力分布特征
2.1 覆岩破断位置理论计算
2.2 综放沿空巷道覆岩破断结构
2.3 侧向煤体应力分布特征
2.4 厚硬基本顶综放开采煤柱合理宽度分析
3 沿空巷道煤柱合理宽度数值模拟分析
3.1 模型建立与模拟方案确定
3.2 巷道围岩位移演化特征
3.3 不同煤柱宽度巷道受载变形机制
3.4 不同宽度煤柱护巷效果综合评价
4 现场应用效果验证
5 结论

蒋威,鞠文君,汪占领,张镇,石蒙.厚硬基本顶综放沿空巷道覆岩应力分布特征及合理煤柱宽度确定[J].采矿与安全工程学报,2020,37(06):1142-1151.