富水软岩巷道煤柱留设优化与稳定性控制Optimization and Stability Control of Coal Pillar Retention in Water-Rich Soft Rock Roadway
郝清旺,房万伟,张勇,刘统申,柳昭星,陈东亮,张小平,刘其路
摘要(Abstract)：
针对西部侏罗纪煤田富水弱胶结软岩沿空巷道煤柱留设难题，以内蒙古上海庙矿区榆树井煤矿13803工作面为工程背景，采用现场监测、数值模拟与理论分析相结合的方法，系统研究了富水软岩条件下沿空巷道的侧向支承压力分布规律，并提出煤柱尺寸优化方法。研究结果表明：(1)基于钻孔应力监测，煤柱浅部侧向支承压力呈典型三区分布：0～6 m为塑性卸压区，6～8 m为浅部应力峰值区（内应力场），大于30 m为弹性区；(2)FLAC~(3D)数值模拟进一步揭示了围岩深部应力分布特征，显示采动引起的侧向支承压力峰值位于煤壁内侧13～16 m范围（深部应力峰值区，外应力场），该结果反映了采空区侧向覆岩断裂线位置对深部煤体的影响，与现场监测的浅部峰值共同构成侧向支承压力的“内、外应力场”双峰分布特征；(3)综合考虑极限平衡理论计算的塑性区总宽度、内应力场峰值区、外应力场峰值区以及富水条件下的隔水与劣化控制需求，确定合理煤柱尺寸为23 m，该尺寸既大于理论塑性区总宽度，能将外应力场峰值区有效包络于煤柱内部，又能利用内应力场的卸压区效应，同时保留足够的弹性核以抵抗水害渗透风险。工程应用表明：优化后巷道煤柱帮回采期最大变形量降至293 mm，降幅约30%，资源回收率显著提升。本研究为类似地质条件下富水弱胶结软岩巷道的煤柱尺寸优化提供了科学依据。
关键词(KeyWords)： 富水软岩;沿空巷道;侧向支承压力;应力监测;数值模拟;煤柱优化
基金项目(Foundation): 2025年鄂尔多斯市科技计划项目“富水软岩矿井复杂采动应力场时空孕育机理及围岩控制关键技术”（YF20250295）
作者(Author): 郝清旺,房万伟,张勇,刘统申,柳昭星,陈东亮,张小平,刘其路
参考文献(References)：
- [1]HOLLAND C T. The strength of coal in mine pillars[C]//Proceedings of the 6th Symposium on Rock Mechanics. New York:ASME, 1964:450-466.
- [2]SALAMON M D G, MUNRO A H. A study of the strength of coal pillars[J]. Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy, 1967, 67(3):55-67.
- [3]WILSON A H. An hypothesis concerning pillar stability[J]. Mining Engineering, 1972, 131(6):409-417.
- [4]柏建彪，侯朝炯，黄汉富.沿空掘巷窄煤柱稳定性数值模拟研究[J].岩石力学与工程学报，2004,23(20):3475-3479.
- [5]郭玉，郑西贵，郭罡业，等.近距离跨采软岩巷道围岩变形破坏控制研究[J].采矿与安全工程学报，2018, 35(6):1142-1149.
- [6]郑西贵，安铁梁，郭玉，等.原位煤柱沿空留巷围岩控制机理及工程应用[J].采矿与安全工程学报，2018, 35(6):1091-1098.
- [7]王德超，李术才，王琦，等.深部厚煤层综放沿空掘巷煤柱合理宽度试验研究[J].岩石力学与工程学报，2014, 33(3):539-548.
- [8]冯吉成，马念杰，赵志强，等.深井大采高工作面沿空掘巷窄煤柱宽度研究[J].采矿与安全工程学报，2014,31(4):580-586.
- [9]王钰博.特厚煤层综放工作面端部结构及侧向支承压力演化机理[J].煤炭学报，2017,42(S1):30-35.
- [10]祁方坤，周跃进，曹正正，等.综放沿空掘巷护巷窄煤柱留设宽度优化设计研究[J].采矿与安全工程学报，2016,33(3):475-480.
- [11]张科学，姜耀东，张正斌，等.大煤柱内沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定[J].采矿与安全工程学报，2014,31(2):255-262, 269.
- [12]屠世浩，白庆升，屠洪盛.浅埋煤层综采面护巷煤柱尺寸和布置方案优化[J].采矿与安全工程学报，2011,28(4):505-510.
- [13]王猛，夏恩乐，神文龙，等.考虑采空区矸石压缩效应的沿空掘巷时机确定方法[J].采矿与安全工程学报，2020,37(5):928-935.
- [14]张杰，刘清洲，孙遥，等.浅埋薄基岩沿空掘巷围岩结构稳定性分析[J].采矿与安全工程学报，2020,37(4):647-654.
- [15]卢帅峰，刘泗斐，万志军，等.沿空掘巷窄煤柱变形及控制措施[J].矿业研究与开发，2020,40(7):28-31.