深部开采保护煤柱的设计方法.docx

深部开采保护煤柱的设计方法摘要：经过几十年的发展我国的煤矿开采正在从动密集型向资本密集型、技术密集型转变。绿色开采、急倾斜、大倾角煤层开采、智能化开采、深部开采将成为未来煤矿开采的必然趋势地表和浅层的资源越来越少了势必要向深部发展才能继续发挥产能。保护煤柱是指专门留在井下不予采出的旨在保护其上方岩层内部和地表的保护对象不受开采影响的那部分煤炭。本研究主要分析了目前深部开采所存在的问题并就保护煤柱的设计提出自己的浅见。关键词：深部开采；保护煤柱；设计0引言保护煤柱是指专门留在井下不予采出的、为了保护其上方岩层内部和地表的保护对象不受开采影响的那部分煤柱。目前深部开采保护煤柱的设计主要有几个难点比如控制地压保障通风排水要求降低矿石、物料等提升成本等。设计者必须切实考虑地表移动变形规律在煤层上圈定保护煤柱的边界避开该边界进行开采。因此为了保护结构物免受地下开采影响和尽量减少煤炭资源损失就要设置合理可靠的保护煤柱。1目前深度开采的技术难点1.1维持结构稳定性随着浅部煤炭资源的逐渐减少甚至枯竭地下开采的深度越来越大煤炭开采不得不向着深度开采方向发展煤炭深部开采的界限一般指700-1000m。目前国内外许多煤矿都相继进入深部资源开采状态随着煤炭需求量的增加和开采强度的不断加大建筑物深部压煤开采问题将越来越突出但是煤矿进入一定的开采深度由于埋深增加仅就煤岩周边垂直应力说来面临着高地应力、高地温、高渗透压等问题局部煤岩体介质达到塑性屈服限变形随时间增加或遇外界扰动因素作用可能出现缓慢变形破坏趋态和大失稳的综合。所以在开采的过程中可能会出现巷道变形剧烈、矿压剧烈、瓦斯高度聚积、突水事故几率增大等灾害事故。为避免二次支护和巷道维修深部巷道应采用高预应力、强力锚杆组合支护同时要求支护系统有足够的延伸量与冲击韧性应尽量一次支护就能有效控制围岩变形与破坏。随着煤柱宽度的增加煤柱内塑性区的范围逐渐减小当煤柱宽度超过20m后煤柱宽度对下区段顺槽围岩变形的影响为下区段顺槽掘进及工作而回采期间各项指标值基本不再有大的变化。1.2保障通风排水条件随着矿井开采强度的不断增大井下局扇功率越来越大局扇对整个矿井通风状态的影响不能忽视这要求仿真系统能够模拟在井下任意巷道安设风机、拆除风机、调机叶片角度等功能。矿井局扇不得停风值班矿领导及通风技术员应做好矿井通风、瓦斯检查、排水、防火、防盗等管理工作井下通风排水人员入井时由地面入井检身值班人员负责检身登记后同意方能入井各井口必须派专人进行24小时值班看守防止无关人员进入。煤矿开采会造成地表沉降为了防治和减轻这一问题一般采用充填开采、部分开采和离层带注浆等措施减少井下采空体积为了防止断层导水通道在高压奥灰水的冲刷下进一步增大导致矿井发生水害灾变同时为了防止断层导水通道在高压奥灰水的作用下对即将掘进的工作面造成突水应围绕煤层区段巷道保护煤柱、工作面骑跨采下部巷道合理位置及支护方式进行断层带上、下盘防水煤柱宽度计算。还应该采用矿井通风模拟软件组合帮助地下矿井设计改进和优化其通风系统借助先进的技术手段解决国内矿山行业通风系统调整方案预模拟合理性分析及方案优选、火灾模拟、污染物扩散模拟、通风系统经济性分析等方面辅助企业进行通风系统管理及中长期规划。2如何合理设计保护煤柱2.1建立精确的数学模型为了提高保护煤柱设计的效率和精度必须事先建立起精确的数学模型包括移动角的选取维护带的设计受护边界以及松散层保护边界的确定都要经过详细的计算和校正。过去保护煤柱的设计主要靠手工计算和手工作图效率低、精度差对地质和采矿方而的因素考虑也不够全而不能提供高质量的图纸。随着深度增加岩爆、冲击地压、瓦斯爆炸等突变呈非线性增长冲击矿压发生的频率、强度和规模会随之上升瓦斯含量和瓦斯压力增加如果没有充分考虑实际情况而仓促确定开采方案极易出现重大安全事故。保护煤柱的移动角指的是在充分采动或接近充分采动条件下主断层面上临界变形值的点和开采边界的连线与水平线在煤柱一侧所夹的角倾角较大时较容易达到安全开采深度。同一矿区基岩移动角是个定值同一开采深度基岩移动角越小其备用尺寸宽度越大二者呈指数关系。因此在模型的建立过程中不能把移动角作为定值不同深度的生产矿井留设保护煤柱的备用尺寸差别很大如果采用现有的一个恒定的浅部移动角值来确定保护煤柱的范围留下的煤柱过多可能使煤柱尺寸偏大而浪费资源会影响以后都地下工作和开采工作不符合深部开采地表移动和变形规律。考虑沿走向方向煤柱的各种变化特征设计模型煤层底板厚度和煤层顶板厚度考虑边界效应及满足推进过程中矿压稳定距离的要求采用软化模型用预计法来留设保护煤柱根据保护建筑物的实际抗变形能力确