煤柱尺寸对巷道围岩变形和破坏状况研究摘要：该文对矿区煤柱及围岩现场应力测试，分析了不同地质情况下不同的煤柱尺寸内应力受采动影响的变化趋势，提出如何进行煤柱尺寸的优化设计，从而保证在具体的地质情况及支护方式下煤柱的尺寸满足巷道的正常使用要求。
关键词：煤柱围岩应力；尺寸优化；巷道支护
abstract: in this paper the coal pillar mining area and surrounding rock stress test, analyze the different geological conditions of different internal stress pillar size by mining the change trend of influence, and puts forward how to carry on the pillar size optimization design, so as to ensure the geological conditions in specific ways and the support of the size of the coal pillar meet the normal use of the requirements.
keywords: pillar surrounding rock stress; size optimization; of support
中图分类号： p614 文献标识码：a 文章编号：
0 前言
采准巷道[1]大多布置在煤层中，煤柱尺寸不仅对巷道围岩的稳定性有很大影响，而且影响煤炭资源回收率。
煤柱尺寸偏小，不能承受采动时矿山压力的影响，容易发生危险事故；煤柱尺寸偏大时，
虽然对巷道维护有利，但会造成煤炭资源的巨大浪费，所以煤柱尺寸应有合理的取值。
巷道围岩的稳定性也离不开巷道支护。
随着支护技术的发展，锚杆对煤柱的加固作用逐渐被人们所认知。
当锚杆安设之后由于提高了煤柱的整体稳定性进而使煤柱的宽度可以大幅度减小，提高了煤炭资源的回收率。
一、井下煤柱应力测试方案
井下煤柱应力测量是了解煤柱受力状况最直接、最可靠的方法。
通过现场测量，可以比较全面地掌握煤柱应力分布特点、回采工作面对巷道和煤柱的采动影响范围，为煤柱优化设计提供可靠的实测数据。
1、煤柱应力测试仪器与方法
采用zyj-25型钻孔应力计对煤柱应力进行测量。
该仪器采用充液膨胀的钻孔应力枕特殊结构形式，专用于煤、岩体内相对应力的测量。
经过详细调研，确定对某矿7508回采工作面运输巷进行煤柱应力量测。
2、煤柱应力测试与测点布置
分别在7508回风巷、运输巷各设一个测站，位置在距停采线100m 处。
回风巷测站共安装5个zyj-25型应力计，安装位置分别在距巷道煤墙2m(1#)、4m(2#)、6m(3#)、8m(4#)、10m(5#)处。
运巷测站共安装4个zyj-25型应力计，安装位置分别在距巷道煤墙
1m(1#)、2m(2#)、3m(3#)、4m(4#)处。
3、煤柱应力测试结果分析
7508回风巷煤柱实测应力曲线如图1。
zyj-25型钻孔应力计安装好后，由测得数据分析得除2m深处的应力较小（平均5.2mpa）外，其余测点应力值比较接近，在5.5-6mpa 之间。
随着回采工作面的推近，在4m和6m处测点的煤柱应力值增加幅度比较大，在距回采工作面10-20m处应力值增加到最大
12.4mpa；2m处的测点在距工作面25-37m范围内应力值增加到最大值，为7.7mpa。
8m和10m处的应力值增加幅度较为平缓。
具体变化曲线如下图：
图17508回风巷煤柱应力曲线
diagram 1the breeze returning lane of 7508 work space coal pillar stress curves
当工作面推进距测站25m左右时，2m深处的应力计读数开始减小，表明此时此处的煤体已经进入屈服状态，煤柱应力开始向深部转移。
4m和6m处应力计应力在距回采工作面10m时开始出现下降趋势，并且趋势平缓；而8m和10m处的应力在回采工作面推进到测站时也没有明显的下降趋势，而是一直保持缓慢增加的趋势。
二、煤柱尺寸确定与区段巷道变形观测
1、煤柱尺寸确定与变形观测
1.1煤柱尺寸的确定
根据现场煤柱应力实测结果，考虑到7510回采工作面巷道采用
的是工字钢棚支护，在该面回采结束后围岩有一定深度的破坏，最终将7512工作面与7510工作面间煤柱尺寸定为中对中8m。
1.2巷道支护
巷道断面呈矩形，宽3.8m，高3.2m，断面积为12.16m2。
采用高强锚杆支护系统，顶板锚杆长2.4m，帮锚杆长2.0m，直径20mm，间排距0.85×0.8m。
1.3巷道变形观测
（1）巷道表面位移
回风巷和运输巷在回采期间巷道表面位移如图2。
在回采影响期间受超前压力影响，回风巷在回采期间顶板下沉量增加110mm，两帮移近量增加700mm。
运输巷顶板下沉量增加110mm ，两帮总移近量增加685mm，其中采空区侧煤帮移近量增加304mm。
可见，巷道顶板总下沉量不大，但巷道两帮的移近量却很大。
同时工作面侧煤帮的变形量要大于小煤柱侧。
可见，小煤柱护巷，巷道变形以煤帮变形为主，采空区侧煤帮的变形要小于工作面侧。
图2 7512回风巷表面位移曲线（回采期间）
diagram2the surface of the breeze returning lane of 7508 work space displacement displacement curves
(while excavating coal)
图37512运输巷表面位移曲线（回采期间）
（2）顶板离层
7512运输巷在掘进期间顶板离层监测结果如图3。
最大离层值为31mm，在锚杆锚固范围内，顶板离层值为28mm，深部离层仅为3mm，巷道顶板在向前掘进50m后趋于稳定。
这种趋势和巷道表面位移的变形趋势基本一致，充分说明了巷道一侧采空区在巷道掘进时并没有稳定，巷道变形的总趋势受采空区运动规律的影响。
图3 运输巷顶板离层观测曲线
diagram 3top of the transporting tunnel absciss layer curve
三、结论
煤柱尺寸对巷道围岩变形和破坏有明显影响。
随着煤柱宽度减小，巷道围岩变形量和破坏范围逐渐增加。
当煤柱宽度在10m左右时，围岩变形量达到最大值，之后，随着煤柱宽度减小，围岩变形量不断降低，巷道受力状况得到明显改善。
参考文献
[1]钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制（修订本）[m].北京：煤炭工业出版社，1991
[2] 刘长友，曹胜根，方新秋.采场支架围岩关系及其监测控制[m].徐州：中国矿业大学,2003
[3]吴健,陆明心,张勇等.综放工作面围岩应力分布的实验研究[j].岩石力学与工程学报,2002,(1).
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。