综放孤岛工作面应力更加集中，矿山压力显现明显，巷道围岩破坏严重，易产生巷道大变形和支护失效，严重影响工作面安全开采。为解决这一问题，通过留设合理尺寸的保护煤柱，保证煤柱的支护能力，可以大大降低巷道支护及维护难度。合理的煤柱宽度将直接影响巷道锚杆支护效果[1-6]。在不同宽度的煤柱下，煤柱内应力分布规律有很大差异，煤柱内垂直应力随着煤柱宽度的增加呈下降趋势。当煤柱宽逐渐上升，工作面两侧实体煤内的垂直应力度达到临界值时，煤柱内的应力值趋于稳定。若煤柱宽度偏小，工作面两侧的实体煤和煤柱容易被压酥、逐渐被压垮，使巷道顶板形成大跨度的悬臂岩梁结构，容易沿实体煤侧巷帮切落，造成大规模的冒顶。若煤柱宽度偏大，既不能保证巷道围岩的稳定性，又不利于减少煤炭损失[7-12]。因此，应用FLAC3D有限差分软件根据煤层情况、围岩状况及上覆岩层物理力学性质建立模型。在理论计算的基础上，采用计算机数值模拟，对不同煤柱宽度进行模拟比较。通过研究不同宽度煤柱的铅直应力分布和塑性图，并从不同煤柱宽度对巷道铅直位移和水平位移影响的角度，分析煤柱合理宽度，为了进一步验证所选煤柱宽度的合理性，运用计算机数值模拟回采期间煤柱塑性破坏，从而得出合理的煤柱宽度[12-15]。

1 工程概况

五阳煤矿3603综放孤岛工作面位于36采区内，36采区巷道布置如图1所示。工作面倾斜布置，走向开采，倾斜长度为280m，走向长度2150m，煤层倾角6°～13°，平均倾角为10°，煤层厚度为5.20～6.81m，平均厚度为6.10m。工作面顶底板岩层特征见表1。

  

图1 36采区巷道布置图

 

表1 综放孤岛工作面顶底板岩层特征

  

顶底板名称岩石名称厚度/m岩性特征老顶中粒砂岩680灰白色厚层状石英为主，含暗色矿物，钙质胶结直接顶泥岩428黑色致密、块状、局部相变为细砂岩，含植物化石工作面煤610煤层稳定，含两层夹矸，以亮煤为主，暗煤次之，夹镜煤丝炭条带直接底泥岩103黑色、块状质均、富含植物根部化石老底细砂岩686灰白色厚层状，发育有斜层理夹泥质条带，钙质胶结

2 煤柱宽度的确定

2.1 经验公式分析

随着煤层埋深的增大，煤柱留设尺寸与埋藏深度成正比增加。考虑采动的影响，保持稳定状态的极限煤柱宽度采用式(1)计算：

在水资源论证制度执行过程中，有许多问题是由于受处罚权限的限制，导致水资源论证的执行力度不够，监督管理不到位，相关的处罚措施一直不能得到施行，对违法行为的处罚力度不够。如《办法》作为部门规章无法设定吊销建设项目水资源论证资质的行政处罚，针对一些资质单位出借、转包、变相转包资质证书，或者在报告书审查中弄虚作假、质量低劣等行为缺乏足够的处罚手段和依据，导致监督管理手段不足，查处力度不够，不能有力地规范资质单位行为。

B=8.43+0.046H(10MPa ≤σc≤20MPa)(1)

式中，B为煤柱的最小宽度，m；H为巷道埋设深度，取480m；σc为煤层的单向抗压强度，取11MPa。

代入式(1)可得B=30.51m。因此，根据经验公式分析，留设保护煤柱最小宽度为30m。

2.2 辅助面积理论

1)巷道掘进后产生的载荷计算公式如式(2)：

Z=(B+D)γH(2)

式中，Z为煤柱载荷，MN/m；D为巷道宽度，取D=4.5m；γ为上覆岩层平均密度，取γ=0.025MN/m3。

2)煤柱应力计算。假设作用在煤柱上的载荷是均匀分布，则煤柱上的平均应力Sp为：

常规剪冲工艺，定子圆片冲制分为两道工序：(1)圆形片落料；(2)冲片经人工旋转一定角度冲制定位键槽。按照该工艺方法，工作效率低，工作量大，费时费力，而且容易出错，不利于产品流转。于是提出了将落料与冲槽两道工序合并为一道工序，设计可换位冲槽定子圆片落料模。该模具在传统落料模的基础上，增加了可换位键槽凸模，文中主要介绍可换位键槽凸模模块的设计。

 

式中，k为应力系数，取k=3.41。

将军面色如霜，抬头示意。鬼医顺着将军抬头的方向一看，只见头顶之上，断箭碎片打出的小洞中缓缓流出黑色的血液，这才惊到：“亭上有人？”

由上面公式计算得出护巷煤柱宽B=14.94～19.44m。

 

式中，σp为煤柱强度，MPa；h为煤柱高度，取h=6m；A为常数，取A=0.678；Y为常数，取Y=0.322。

则煤柱强度计算公式变为：

 

模拟综放孤岛工作面顶底板岩层特征及其模型各岩层的力学性质见表2。在模型的计算中采用莫尔-库伦准则作为岩体的破坏准则。模型的侧面限制水平移动，模型底面限制垂直移动，模型上部边界为应力条件，通过在上部边界施加应力来代替上覆岩层的重量。根据实测铅直应力基本等于上覆岩层的重量，模型平均埋深480m，上覆岩层的平均密度近似为2500kg/m3，由公式σz=γH计算得出加在模型上部边界的应力应为12.0MPa，随着深度的增加原岩应力逐渐增大，平均水平应力与铅直应力的比值随着深度的增加而减少，模型的前后、左右及下部边界采用铰接固定。

 

式中，F为安全系数，取F=1.5。

加强启闭机等水利永久设备质量监督与管理，为水利建设提供优质、安全、高效的产品是顺利完成“十二五”水利发展规划提出的防洪抗旱减灾体系、大江大河大湖治理、农田水利建设、病险水库除险加固、大型灌排泵站改造等主要任务的重要保障条件，更是满足水利工程安全运行以及新形势下水利事业发展的必然要求。面对水利工程启闭机使用许可管理制度的现状与问题，建议从以下方面做好相关工作：

式中，σ3为围压，在煤柱核内可取σ3=γH。

2.3 根据塑性区的宽度计算煤柱尺寸

2.3.1 巷道围岩塑性区宽度

其一，履行判决。依据《行政诉讼法》第78条，行政机关不依法履行、未按照约定履行行政协议的，人民法院判决行政机关承担继续履行、采取补救措施或者赔偿损失等责任。依据《税收征管法》的规定，纳税人在提起行政诉讼之前存在着“纳税前置”。如法院认为预约裁定合法有效且纳税人的交易事项确乎符合裁定约定的，应判决税务机关履行预约裁定，税务机关应向纳税人返还多缴纳的税款并且向纳税人赔偿多缴纳的税款在此期间所产生的利息损失(建议按同期银行贷款利率计算)。另外，如果税务机关在预约裁定中对税法作出的行政解释与上位法相抵触，但纳税人属于善意不知情的情况下，基于信赖保护原则，法院仍应作出履行判决。

让我们回到“der Morgenstern ist die Venus”这个句子上来。此处“ist”的确不是传统意义上的系词，而是一个类似于“killed”的关系词，即带有两个空位的概念词，它本身作为质料的一部分构成了对无序的相等关系的表达：“( ) ist ( )”，此时它的前后只能填入专名。

根据弹塑性理论求解巷道围岩塑性区宽度R为：

 

式中，Pi为支护阻力，取Pi=0MPa；φ为煤体内摩擦角，取φ=27°；C为煤体粘聚力，取C=1.3MPa；r为巷道等效半径，取r=2.25m。

2.3.2 煤柱合理宽度的确定

由上分析可得，煤柱合理宽度B为：

B=x+(1～2)y+R(8)

式中，x为煤柱屈服宽度，m；y为采高，m。

通过上面公式计算，得出3603孤岛综放工作面上端护巷煤柱的最小宽度为20.76m，最大宽度为29.3m，下端护巷煤柱的最小宽度为20.685m，最大宽度为29.163m。

2.4 根据威尔逊(Wilson)公式确定煤柱尺寸

威尔逊提出的破坏准则为：

σ1=σc+kσ3(9)

通过上面公式计算得出，煤柱的宽度B=22.05m。

2013年9月10日国务院颁发了《大气污染防治行动计划》(国发〔2013〕37号)(以下简称《计划》)，拉开了全国大气污染实质性协同治理的序幕。《计划》为我国大气污染治理制定了奋斗目标：“经过五年努力，全国空气总体质量改善，重污染天气较大幅度减少；京津冀、长三角、珠三角等区域空气质量明显好转。力争再用五年或更长时间，逐步消除重污染天气，全国空气质量明显改善。”①同时《计划》将全国范围内的京津冀、长三角、珠三角等区域设定为雾霾治理需要重点突破的区域。

因此，煤柱的最小宽度B采用式(10)计算。

在矿区内针对性采集了石墨矿、斜长角闪片岩、大理岩、黑云斜长石英片岩、黑云斜长片麻岩、黑云花岗闪长岩、石英闪长岩等350件物性标本，进行了电性测定，统计结果见表2。

B=2Xb+N(10)

式中，Xb为屈服带宽度，m；N为1～2倍巷道宽度，m。

2014年，与公安机关联合破获的“7·08”制假售假大案，货值金额3000余万元，抓捕违法犯罪分子11人。2015年，与延边州局共同破获的“9·22”吉林省长中制药有限公司制售安宫牛黄丸、大活络丸等特大假药案，货值金额2亿多元，现已抓捕违法犯罪分子15人。上述两案均被公安部和总局列为2015年打击食品药品犯罪挂牌督办案件。

 

 

式中，P为煤壁上水平约束力，MPa。

3)煤柱强度计算。采用经验公式Obert-Dwvall/Wang计算煤柱强度，计算式可表示为：

通过经验公式、辅助面积理论、弹塑性平衡理论和威尔逊公式分别计算煤柱尺寸，综合各公式的计算结果，确定煤柱宽度的范围在20～30m之间。

3 保护煤柱尺寸的数值模拟

3.1 模型的建立

由于FLAC3D不能模拟岩层垮落，当岩层达到极限平衡以后，就不能继续计算，所以该模型在建模的时候，将走向长度设定大于周期来压步距，就能满足研究要求。因此工作面推进长度设定为150m。在设定的推进长度内，3603工作面两侧的工作面达到充分采动时，研究孤岛工作面的围岩力学特征。根据煤岩层特性、两侧采动情况和岩层移动情况，孤岛工作面倾斜方向的两侧到模型边界各取250m，其中在3603工作面斜上方和斜下方分别为3601工作面和3605工作面，倾斜长度200m，工作面到模型边界各留有50m边界煤柱。三维数值模拟采用长方体，模型范围长×宽×高=760m×150m×182m，模型共有170000个单元块，194560个节点。

答：唐诗的本质是情景交融，兴生象外。它最主要的两个构成：一是诗歌中人的精神，有充沛的人的精神，语言刚健爽朗，我们就称之以有“风骨”；二是语言或雄浑、或绮丽、或清新、或自然、或飘逸、或华美，具备最大的诗歌形式美学要素。而这两个要素都是汉、魏、晋、宋、齐、梁、陈和北魏几百年民歌的传承，为唐朝诗歌高峰准备的。汉、魏、北朝民歌准备了“风骨”， 晋、宋、齐、梁、陈准备了词采等形式美学要素。

屈服带宽度Xb采用式(11)计算：

3.2 模型参数

4)煤柱安全系数。在煤柱设计时，其安全系数采用式(6)计算：

据了解，在目前主流煤气化工艺市场应用中，多喷嘴对置式水煤浆气化技术占13.44%的份额，在四种主流湿法气化工艺中按工艺技术和日气化煤炭能力排序，多喷嘴（四喷嘴）技术居各类气化技术市场应用首位，其气化技术各项指标均达到世界领先水平。

 

表2 模型各岩层的力学参数

  

项目老顶中砂岩直接顶泥岩煤直接底泥岩老底细砂岩弹性体积模量/GPa1838304140297549内聚力/MPa562181320504内摩擦角/(°)3024272231弹性切变模量/GPa276182072179361抗拉强度/MPa34129105291366

4 护巷煤柱宽度的数值模拟分析

4.1 3603孤岛工作面铅直应力的分析

3603孤岛工作面两侧充分采动后，3603工作面承载采空区上部岩层的重量，沿孤岛工作面铅直应力呈“马鞍”形分布，工作面两侧边缘应力集中系数为k=1.27～1.70，距采空区8～18m，铅直应力最大为36.87MPa，应力集中系数最大达到k=2.55～3.35，采动引起的支承压力影响距离为60～80m左右，说明所建模型跟理论分析比较吻合，铅直应力分布符合工作面很大时孤岛工作面的铅直应力分布。3603孤岛工作面铅直应力图如图2所示。

  

图2 3603孤岛工作面铅直应力图

4.2 3603孤岛工作面上下两端塑性区分析

3601工作面充分采动以后，3603工作面上端煤壁受3601工作面采动的影响，在采空区上覆岩层铅直应力的作用下，老顶上部岩层呈倒置阶梯状，逐级产生剪切破坏，破坏范围距煤壁8m左右。距采空区0～12.65m范围内，直接顶主要产生剪切破坏。距采空区0～7.53m范围内，煤壁产生剪切破坏。3603上端工作面塑性区分布如图3(a)所示。

3605工作面充分采动以后，3603工作面上端煤壁受3605工作面采动的影响，在采空区上覆岩层铅直应力的作用下，老顶上部岩层呈倒置阶梯状，逐级产生剪切破坏，破坏范围距煤壁5m左右。距采空区0～5m范围内，老顶主要产生剪切破坏。距采空区0～12.65m范围内，直接顶主要产生剪切破坏。距采空区0～7.53m范围内，煤壁产生剪切破坏。3603下端工作面塑性区分布如图3(b)所示。

  

图3 3603工作面塑性区分布图

4.3 不同宽度的煤柱铅直应力的分析

3603孤岛工作面巷道上端铅直应力如图4所示。由图4 (a) 可知，15m煤柱中心处铅直应力减少到34.91MPa，在巷道右侧出现应力集中，铅直应力为30MPa，说明15m煤柱起主要的支撑作用，随着时间的推移，在采动影响下，15m煤柱的塑性破坏区逐渐增大，支承压力会由煤柱转移到实体煤，引起工作面两端出现片帮和冒顶现象。由图4 (b) 可知，20m煤柱中心处铅直应力减少到35.46MPa，在巷道右侧未出现应力集中区。结合图4 (c) 和图4 (d)，当煤柱宽度大于20m时，随着煤柱宽度的增加，煤柱内铅直应力逐渐降低。25m煤柱内铅直应力最大值为34.86MPa，30m煤柱内铅直应力最大值为34.65MPa，说明煤柱宽度达到25m左右时，随着宽度的增加，煤柱内铅直应力的变化不再明显，在无采动的影响下，煤柱变形量的变化也将不再明显。

《阅江学刊》此次入选中国人文社会科学期刊AMI综合评价A刊扩展期刊,是继2010入选科学引文数据库(SCD)源期刊,2012、2015年分别入选中国人民大学《“复印报刊资料”重要转载来源期刊》2012版、2014版之后,再次进入国家级核心期刊评价系统。

  

图4 3603孤岛工作面巷道上端铅直应力图

3603工作面巷道下端铅直应力如图5所示。由图5 (a) 可知，15煤柱中心处铅直应力增大到39.99MPa，在巷道右侧出现应力集中，铅直应力为35MPa，说明15煤柱起主要的支撑作用，随着时间的推移，在采动影响下，15m煤柱的塑性破坏区逐渐增大，支承压力会由煤柱转移到实体煤，引起工作面两端出现片帮和冒顶现象。由图5(b) 所示，20m煤柱中心处铅直应力达到41.99MPa。结合图5 (c) 和7(d)，当煤柱宽度大于20m时，随着煤柱宽度的增加，煤柱内铅直应力逐渐降低。25m煤柱内铅直应力最大值为41.05MPa，30m煤柱内铅直应力最大值为40.85MPa，说明煤柱宽度达到25m左右时，随着宽度的增加，煤柱内铅直应力的变化不再明显。

  

图5 3603工作面巷道下端铅直应力图

4.4 不同宽度的煤柱塑性图分析

3603工作面巷道上端塑性区分布如图6所示，从图6 (a)可以看出，巷道的开挖造成巷道周围产生大面积的剪切破坏，巷道顶板产生了拉伸破坏，并且巷道顶板的剪切破坏影响到上方的老顶岩层，这对巷道掘进和支护带来了困难。煤柱内全部产生了剪切破坏，没有弹性核，降低了煤柱的承载能力。随着煤柱宽度的增加，煤柱内产生剪切破坏的区域有所减少，巷道的开挖没有影响到巷道的老顶。根据图6 (b)可以得知，由于巷道的开挖，引起煤柱上方岩层产生大面积的剪切破坏，影响到了老顶。煤柱底板产生了剪切破坏，并与巷道底板的剪切破坏区相贯通，这将会影响煤柱的稳定性，可能会引起巷道底鼓现象。分析图6 (c)和图6 (d)可以得知，相对而言，在25m煤柱和30m煤柱下，巷道的开挖对煤柱的影响不是很大，巷道围岩破坏范围相对较小。

  

图6 3603工作面巷道上端塑性区分布图

3603工作面巷道下端塑性区分布如图7所示。从图7 (a)可知，巷道的开挖造成巷道周围产生大面积的剪切破坏，巷道顶板产生了拉伸破坏，并且巷道顶板的剪切破坏影响到上方的老顶岩层，这对巷道掘进和支护带来了困难。煤柱内全部产生了剪切破坏，没有弹性核，降低了煤柱的承载能力。随着煤柱宽度的增加，煤柱内产生剪切破坏的区域有所减少，巷道的开挖没有影响到巷道的老顶。根据图7 (b)可以得知，由于巷道的开挖，引起煤柱上方岩层产生大面积的剪切破坏，影响到了老顶，并且靠近采空区一侧的煤壁产生的剪切破坏范围大于25m和30m煤柱巷道开挖引起的破坏范围。分析图7 (c)和图7 (d)可以得知，相对而言，在25m煤柱和30m煤柱下，巷道的开挖对煤柱的影响不是很大，巷道围岩破坏范围相对较小。

  

图7 3603工作面巷道下端塑性区分布图

4.5 不同宽度煤柱的巷道铅直方向位移分析

3603工作面巷道铅直位移模拟数据见表3，由表3分析可知，相对于其他煤柱，15m煤柱的巷道顶板铅直位移量最大，巷道铅直位移与开采影响的上覆岩层的铅直位移较大区域相连通，这将严重影响巷道顶板的铅直位移，为巷道的掘进和支护带来困难。随着煤柱宽度的增加，巷道顶底板铅直位移量逐渐减少，当煤柱宽度大于20m时，巷道顶底板的铅直位移变化逐渐趋于稳定。

 

表3 3603工作面巷道铅直位移模拟数据

  

煤柱宽度/m巷道顶板铅直位移/mm工作面上端巷道工作面下端巷道15250350202003002515020030150200

4.6 不同宽度煤柱的巷道水平方向位移分析

3603工作面巷道水平位移模拟数据见表4，由表4分析可知，由于基本顶在煤壁内断裂，煤柱不仅承受上覆岩层压力，而且受基本顶回转作用，引起采空区侧煤壁压缩变形较大，故接近采空区一侧巷道的水平位移大于实体煤一侧。随着煤柱宽度的增加，巷道两帮的水平位移逐渐减少，靠近采空区一侧的巷帮水平位移量大于靠近实体煤一侧的位移量。因此，对靠近采空区一侧的煤壁应加强支护，提高煤柱的强度。

 

表4 3603工作面巷道水平位移模拟数据

  

煤柱宽度/m巷道水平位移/mm上端巷道左帮右帮下端巷道左帮右帮151256080135201005070100251005070100301005070100

5 结 论

1)通过经验公式、辅助面积理论、弹塑性平衡理论和威尔逊公式分别计算煤柱尺寸，综合多方法的计算结果，确定煤柱宽度的范围在20～30m之间。

2)根据上述巷道数值模拟和采动影响后分析，确定上端护巷煤柱宽度为23m，下端护巷煤柱宽度为25m。这样，不仅有利于巷道的掘进，还有利于巷道的维护，使巷道保持稳定，以及杜绝上区段采空区瓦斯危害。

3)从经济角度分析，与矿方设想采用的煤柱宽度30m相比，工作面上端可以减少煤柱宽度7m，工作面下端可以减少煤柱宽度5m，按煤层厚度为6.11m，工作面推进长度为2166m，煤的密度为1400kg/m3计算，总共可以减少煤炭损失量约为22万t，带来的经济效益十分可观。

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