大空间孤岛采场覆岩结构演化与稳定对区段煤柱的稳定性至关重要,而区段煤柱的稳定性与煤柱宽度有直接关联。为了提高区段煤柱稳定性和煤炭回收率,应用数理推导的方式研究大空间孤岛采场覆岩结构演化与区段煤柱的变形和承载特性,基于区段煤柱的极限平衡导出煤柱的合理宽度,确定影响区段煤柱合理宽度的系统内部参量;采用单因素分析法和函数增减性判别准则研究系统内部参量对区段煤柱合理宽度的影响规律,并由此提出减小煤柱宽度以提高回采率的措施。结果表明:大空间孤岛采场区段煤柱的合理宽度由煤层埋深、煤柱高度、工作面长度、煤柱上方悬臂岩梁长度、煤层到关键层高度、应力集中程度、关键层悬顶距、煤柱内部弹塑性区交界面的侧压系数及煤岩体交界面的摩擦系数等9个系统内部参量共同确定;区段煤柱的合理宽度随着煤层埋深、煤柱高度、工作面长度、煤柱上方悬臂岩梁长度、煤层到关键层高度、应力集中程度和煤柱内部弹塑性区交界面处侧压系数的增大而增大,随着关键层悬顶距和煤岩体交界面上摩擦系数的增大而减小。基于系统内部参量对区段煤柱合理宽度的影响规律,提出控制大空间孤岛采场工作面长度、爆破或水力切顶以改变覆岩结构、煤柱高强注浆和锚喷支护及提高煤岩体摩擦系数等措施减小大空间孤岛采场区段煤柱宽度以达到提高回采率的目的。

国家自然科学基金项目（52074007,52074008）；安徽高校协同创新项目（GXXT-2020-056）；

1 大空间孤岛采场覆岩结构分析
2 区段煤柱及覆岩结构演化特征
2.1 区段煤柱上方关键层的识别
2.2 区段煤柱上方覆岩结构
2.3 区段煤柱上方应力分布规律
2.4 区段煤柱塑性区宽度
2.5 区段煤柱弹性区宽度
2.6 关键层对下位悬臂覆岩结构的作用力
3 影响区段煤柱宽度的系统参量
3.1 区段煤柱塑性区的平衡微分方程
3.2 影响区段煤柱宽度的因素由式(26)得
4 系统内部参量对煤柱宽度的影响
4.1 采深对区段煤柱宽度的影响
4.2 煤柱高度对区段煤柱宽度的影响
4.3 工作面长度对区段煤柱宽度的影响
4.4 岩梁悬臂长度对区段煤柱宽度的影响由式(31)有
4.5 煤层到关键层高度对煤柱宽度的影响
4.6 应力集中程度对区段煤柱宽度的影响
4.7 煤岩体摩擦系数对煤柱宽度的影响
4.8 关键层悬顶距对区段煤柱宽度的影响
4.9 煤柱内部侧压系数对煤柱宽度的影响
5 控制区段煤柱合理宽度的对策
1)减小工作面长度
2)减小岩梁的悬臂长度
3)区段煤柱注浆改性及加固
4)向煤岩体接触面注入高强凝结剂
6 结论

涂敏,林远东,张向阳,卜庆为,党家鑫,赵高明.大空间孤岛采场覆岩结构演化与区段煤柱合理宽度研究[J].采矿与安全工程学报,2021,38(05):857-865.