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动压巷道沿空掘巷煤柱合理宽度优化研究
摘要：
为保障煤矿工作面安全生产，合理设置煤柱宽度是一项重要的技术措施。本文以某煤矿的动压巷道为研究对象，采用数值分析和工程实践相结合的方法，对沿空掘巷煤柱的合理宽度进行了优化研究。研究结果表明，在保证煤柱稳定性的前提下，可以适当减小煤柱宽度，提高采场利用率，同时减少煤矸石的产生。这为动压巷道的设计和实际生产提供了参考。
关键词：动压巷道；沿空掘巷；煤柱宽度；数值分析；优化研究
一、研究背景
动压巷道是一种常见的煤矿采掘巷道形式，其主要特点是巷道顶部采用特殊加固形式，能有效地缓解巷道顶板破坏和煤层顶板失稳等问题，保证采矿安全。在动压巷道中，沿空掘巷是一种常见的采掘方式，其主要特点是在顶板上方保留一定的煤柱，使煤层受到的挤压力得到有效的缓解，从而保证了巷道的稳定性。
煤柱宽度是沿空掘巷中重要的技术参数，它直接影响煤矿的采掘效益和安全生产。传统的设计方法一般采用经验公式，无法准确反映煤层地质条件、采掘技术和矿井开采规模等因素对煤柱宽度的影响。因此，采用数值分析的方法，对煤柱宽度进行优化研究，可以更全面、准确地评价巷道稳定性和采场经济效益，为实际生产提供指导意义。
二、研究内容
本文以某煤矿的动压巷道为研究对象，采用数值分析方法，对沿空掘巷煤柱的合理宽度进行了优化研究。具体研究内容如下：
1.建立数值模型。采用FLAC3D软件建立动压巷道数值模型，模拟不同煤柱宽度下的煤层变形和应力特征，评价煤柱的稳定性。
2.分析煤柱宽度对巷道稳定性的影响。通过数值模拟计算，分析不同煤柱宽度下巷道的位移、应力、破坏等特征，评价巷道稳定性。
3.优化煤柱宽度。根据模拟分析结果，采用响应面法对煤柱宽度进行优化，得到最优宽度并进行验证。
4.实际工程应用。将优化后的煤柱宽度应用于某矿井实际掘进中，并进行实际跟踪和监测，验证优化结果的可行性和有效性。
三、研究结果
通过数值模拟和实际工程应用，得到了以下几个方面的研究结果：
1.煤柱宽度对巷道稳定性的影响。数值模拟结果表明，在采空区高度一定的情况下，随着煤柱宽度的增加，顶板下沉量逐渐增大，巷道应力集中区域逐渐扩大，煤柱稳定性逐渐减小，巷道工作面的破坏面积也逐渐扩大。因此，在保证煤柱稳定性的前提下，应适当减小煤柱宽度。
2.煤柱宽度的优化。采用响应面法进行煤柱宽度优化，结果表明，在保证巷道稳定的前提下，煤柱宽度可以适当减小，缩小巷道宽度，提高采场利用率。
3.实际应用效果。将优化后的煤柱宽度应用于某煤矿的实际掘进中，实际应用效果良好，煤柱稳定性得到有效保证，同时采场利用率得到提高，煤矸石的产生量也减少了。
四、结论
本文针对动压巷道沿空掘巷的煤柱宽度优化问题进行了研究，采用数值模拟和实际应用相结合的方法，得到了以下结论：
1.煤柱宽度对巷道稳定性和采场利用率均有影响，应进行合理优化。
2.采用响应面法进行煤柱宽度优化得到的结果可行有效。
3.本文研究结果可以为动压巷道的设计和实际生产提供参考，对煤矿安全生产和采场经济效益的提高有一定的指导意义。