1 引言

对于沿空掘巷，窄煤柱合理宽度的确定对巷道围岩的变形及支护技术有着十分重要的影响。近年来，我国许多学者对沿空掘巷窄煤柱宽度的确定以及围岩变形的控制研究取得了很多成果。张炜等[1]针对孤岛工作面的沿空掘巷，建立合理的力学模型，研究了窄煤柱巷道围岩变形的机理，并提出相应的支护方案，在生产实践中取得了良好的效果；王猛等[2]针对迎采动面的沿空掘巷，利用理论计算和数值模拟，研究了各因素对巷道围岩变形的影响规律，并提出合理的围岩控制技术；刘增辉等[3]主要针对影响沿空巷道变形的时间因素和窄煤柱宽度，研究两者对巷道变形的影响规律，并认为控制围岩变形的主要措施就是选择最佳的开挖时间和合理的煤柱宽度；赵国贞等[4]通过对沿空掘巷顶板结构和围岩变形影响因素的分析，建立力学模型，并提出围岩控制的支护方案；张科学等[5]通过理论计算、数值模拟和现场实测三者结合，对不同煤柱宽度下巷道围岩的变形和应力分布情况进行研究，并结合多种方法最终确定煤柱的合理宽度，并在实践中证明巷道变形得到了明显改善。本文以西曲矿18404工作面实际情况为工程背景，利用理论计算和FLAC3D数值模拟软件，研究煤柱宽度对巷道围岩变形的影响，并提出相应的支护方案。

2.3.2抗病性2018年4月份降雨量较常年偏多25.4毫米，降雨天数达11天，气温适中，很有利于条锈病的快速侵染，加之条锈病新优势小种的出现，使大部分参试品种感病严重，虽然及时进行了“一喷三防”，但仍有发病，严重度和普遍率均较轻。

2 工程背景

西曲矿是西山煤电主力矿井，位于山西省古交市附近。18404工作面位于南四采区北部，主采8号煤层，埋深约220m，煤层厚度为2.6～4.25m，平均4m，煤层直接顶为2.4m厚的石灰岩，老顶为4.65m厚的中砂岩，直接底为1.54m厚的细砂岩，老底为3.13m厚的粉砂岩。其主要岩层的物理力学参数见表1。

 

表1 主要岩层物理力学参数

  

岩层 容重kN/m3 泊松比 抗拉强度/MPa 内摩擦角/° 内聚力/MPa中砂岩 24.0 0.30 2.7 45 1.3石灰岩 26.4 0.19 5.2 44 6.4煤13.2 0.3 0.6 22 1.0细砂岩 23.0 0.32 2.6 38 1.9粉砂岩 25.6 0.35 2.4 33 2.4

3 确定煤柱的宽度

3.1 理论计算

合理的煤柱宽度对沿空巷道围岩的稳定性有着十分重要的影响。利用极限平衡理论，窄煤柱的宽度可由下式表示：

 

式中：B为煤柱宽度，m；X1为采空区侧的塑性区宽度，m；X2为锚杆有效长度，m；X3为安全准备宽度，可取 0.3·（X1+X2）。X1可由式（2）计算得到：

 

图2 为不同煤柱宽度下的围岩塑性破坏情况。通过图2可以看出，随着煤柱宽度的增加，巷道围岩塑性破坏范围不断减少。在煤柱宽度是4m时，煤柱内拉伸破坏区贯通，围岩变形较大，不易维护；当煤柱宽度增至6m时，煤柱围岩以剪切破坏为主，围岩变形得到一定控制；当煤柱宽度增至10m时，煤柱内塑性区分离，巷道变形明显减少，方便维护控制。结合理论计算结果，沿空掘巷窄煤柱宽度应在6～8m以上。

3.2 数值模拟

本次研究中,观察组在常规综合治疗的基础上采用羟苯磺酸钙治疗,患者临床总有效率明显较对照组高,治疗后患者血清肌酸酐、尿素氮、24h蛋白定量及尿白蛋白排泄率等指标较治疗前均明显下降,且显著低于同时期的对照组,两组数据差异具有统计学意义(P<0.05);用药未引起患者明显不良反应,表明羟苯磺酸钙治疗糖尿病肾病成效显著[3]。

  

图1 数值模型

图1 为建立的数值模型，模型长度为300m，宽度为150m，高为50m。模拟中首先将邻近工作面采空，然后研究不同煤柱宽度下巷道的围岩变形规律。

  

图2 不同煤柱宽度下塑性破坏区

式中：m为煤层厚度，取4m；A为侧压系数，A=μ/（1-μ）=0.43；φ为煤层内摩擦角，取22°；K为应力集中系数，取1.5；γ为岩层平均容重，取25 kN/m3；H为埋深，取 220m；C为煤层内聚力，取1MPa；P为锚杆对两帮的支护阻力，取0.2MPa。将数据代入；可得X1=2.75m。X2可取1.2m，则X3=1.19m。则煤柱宽度B为5.14m。

4 巷道支护设计

在沈阳农大禾丰饲料有限公司车间进行试验料生产。对照组使用锤片粉碎机粉碎，试验组使用经改造的对辊粉碎机。对辊粉碎机，为布勒生产，型号为DFZL1500。

为控制巷道围岩变形，依据邻近工作面相似条件巷道的支护方案，对工作面沿空掘巷进行支护设计。

顶锚杆采用左旋无纵肋螺纹钢锚杆，锚杆长度为2.2m，直径为20mm，锚杆预紧力要求为100kN，每个断面5根锚杆，间排距为1m×1m。

利用FLAC3D数值模拟软件，根据工作面柱状图和表1所示参数，建立数值模型，如图1所示。

两帮也采用左旋无纵肋螺纹钢锚杆。窄煤柱一侧锚杆长度为2m，直径为20mm，锚杆预紧力要求为80kN，每个断面4根锚杆，间排距为0.9m×1m；回采面一侧锚杆长度为2m，直径为20mm，锚杆预紧力要求为80kN，每个断面3根锚杆，最顶部的锚杆距离顶板600mm，间排距为0.9m×1m。

5 结论

根据西曲矿18404工作面实际情况，利用理论计算和数值模拟软件研究了窄煤柱宽度对沿空巷道围岩变形的影响规律，并确定煤柱的合理宽度；根据邻近工作面巷道的实际支护情况，对沿空巷道的支护进行了初步设计。

取以下被控对象的模型[8]进行仿真研究： 给水流量对汽包水位的传递函数为蒸汽流量对汽包水位的传递函数为控制器参数λ=0.25，ρ=0.8；PID控制器参数为KP=6，KI=0.5，KD=0。在系统运行400 s和800 s处分别加入蒸汽流量和给水流量的扰动，结果如图4所示。

在实际生产中，煤柱宽度选择8m，并依照支护方案对巷道进行支护，在回采过程中，巷道围岩变形量较小，没有发生片帮和冒顶等安全事故，有效减少了煤炭资源的丢失浪费，保障了工作面安全生产。

参考文献

[1]张炜，张东升，等.孤岛工作面窄煤柱沿空掘巷围岩变形控制[J].中国矿业大学学报，2014，43（1）：36-42，55.

[2]王猛，柏建彪，等.迎采动面沿空掘巷围岩变形规律及控制技术[J].采矿与安全工程学报，2012，29（2）：197-202.

[3]刘增辉，高谦，华心祝，等.沿空掘巷围岩控制的时效特征[J].采矿与安全工程学报，2009，26（4）：465-469.

[4]赵国贞，马占国，等.小煤柱沿空掘巷围岩变形控制机理研究[J].采矿与安全工程学报，2010，27（4）：517-521.

[5]张科学，张永杰，马振乾，毕文广，等.沿空掘巷窄煤柱宽度确定[J].采矿与安全工程学报，2015，32（3）：446-452.