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【摘 要】 工作面在开采过程中煤柱合理留设宽度对矿山提高回采率及巷道围岩稳定性具有重要作用，本文以某矿为研究背景，采用数值模拟的方法对工作面开采过程中煤柱垂直应力、水平应力进行研究，得出煤柱留设的合理宽度。研究表明：煤柱垂直应力变化表现出先增加后减小的特征，即随着煤柱宽度的增加应力呈现双峰变化;水平应力随着煤柱宽度的增加而增大，呈现单峰变化;煤柱宽度范围在14-16m。本研究成果可为类似地质条件下煤矿安全开采及巷道合理支护提供依据。
【关键词】 煤柱宽度;数值模拟;垂直应力;水平应力
【中图分类号】 TD823 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）03-0001-02
本文以某矿为工程背景，利用FLAC3D数值模拟软件对煤柱垂直应力、水平应力进行分析，得出煤柱合理宽度的留设范围。本文研究为类似条件下开采提供一定的科学依据。
1工程背景
本文以山西某矿为工程背景，矿井埋深为200m，煤层一次采全高，开采厚度为5m，顶板以粉砂岩、泥岩为主，直接顶厚度为2m，基本顶厚度为8m。综合柱状图如图1所示。
2数值模型建立及研究方案
2.1数值模型建立
以某工作面为研究对象，该采区工作面煤柱宽度为18m，巷道宽为5m，高为4m，模型尺寸500m×120m×100m，上覆岩层厚度为100m、侧压力系数为1.2，容重为22.54kN/m3。模型四周为固定边界，底面固定，模型上面为自由面。煤矿岩体物理力学参数如表1所示。
2.2研究内容
通过采用FLAC3D数值模拟分析软件进行数值模拟，对采动过程中不同宽度的煤柱所引起的围岩应力变化规律分布及围岩应力破坏对岩体特征的影响进行了研究和分析，最终确定最佳留设煤柱宽度。分别选取工作面区段煤柱宽度为10m、12m、14m、16m、18m、20m进行分析。
3实验结果及讨论
图2是不同煤柱宽度下，煤柱内部垂直应力的变化曲线图。
由图2可知，不同煤柱下的垂直应力是随着回采长度的变化进行动态变化的一个过程，当采掘工作面距监测点20m至-15m时，垂直应力增长速度加快，在靠近采空区位置附近达到峰值，不同煤柱宽度下的垂直应力曲线基本呈现双峰值曲线。随着回采面的掘进，煤柱的塑性区出现了动态变化，当煤柱宽度为14m，掘进工作面推进距离0m，煤柱位于采空区附近时，煤柱的塑性区约为0-3.8m，弹性区约为0-8.2m，煤柱具有较好的承压能力;当煤柱宽度为16m，掘进工作面推进距离0m，煤柱位于采空区附近时，煤柱的塑性区约为0-2.8m，弹性区约为0-9.7m，承重能力较好;当煤柱宽度大于16m小于14m时塑性区和弹性区范围缩小，承重能力降低，故最佳煤柱宽度为14-16m。煤柱内部的塑性区和弹性区的范围分布是一个动态变化。
图3是不同煤柱宽度下，煤柱内部水平应力的变化曲线图。
由圖3可知，不同煤柱下的内部水平应力曲线图的形状大致相同，水平应力的曲线图形状是明显的单峰形状且水平应力曲线呈对称分布。不同宽度煤柱下的回采宽度水平应力曲线是随着监测点回采长度的变化而进行动态变化的一个过程，当采掘工作面距监测点20m至-15m时，水平应力逐渐地增大，在采掘工作距离监测点回采空区中间的位置附近达到水平应力峰值。
煤柱内部两侧的水平应力偏差较大，当距离采掘面20-5m时，煤柱的水平应力比距离采掘面-5至-15m时小，水平应力值随着煤柱的深度逐渐增大，煤柱的弹性区整体变化不大，塑性区随着不同煤柱宽度逐渐增大。不同煤柱宽度下的煤柱内部水平应力值变化基本不大，大致在1.2-1.8MPa上，即使水平应力值随着工作面推进长度而不断发生变化，但是由于水平应力值较小，造成的影响范围也较小。
4结论
煤柱留设宽度不同，垂直应力、水平应力表现出不同的变化特征。随着煤柱宽度增加垂直应力呈现先增加后减小的特征，呈双峰状;水平应力随着煤柱宽度的增加而增大，呈单峰状。
通过对不同煤柱宽度垂直应力和水平应力变化规律分析得出煤柱宽度为14-16m范围内，煤柱具有很好的承载能力，稳定性高。
【参考文献】
[1]索永录，毛小娃，王明卫，等.陕西煤炭回采率统计分析[J].煤矿安全，2014，45（11）：196-199.
[2]任传鹏，丁日佳，李上.中国煤炭回采率低下的原因及对策[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2010，29（5）：136-137.
[3]徐乃忠.我国厚煤层开采的问题与方向[J].煤炭工程，2008，40（12）：5-7.
[4]朱卫兵.浅埋近距离煤层重复采动关键层结构失稳机理研究[D].北京：中国矿业大学，2010.
[5]蒋金泉，武泉林，曲华.硬厚覆岩正断层附近采动应力演化特征[J].采矿与安全工程学报，2014，31（6）：2-3.
[6]刘贵，张华兴，徐乃忠.深部厚煤层条带开采煤柱的稳定性[J].煤炭学报，2008，33（10）：1086-1091.
【关键词】 煤柱宽度;数值模拟;垂直应力;水平应力
【中图分类号】 TD823 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）03-0001-02
本文以某矿为工程背景，利用FLAC3D数值模拟软件对煤柱垂直应力、水平应力进行分析，得出煤柱合理宽度的留设范围。本文研究为类似条件下开采提供一定的科学依据。
1工程背景
本文以山西某矿为工程背景，矿井埋深为200m，煤层一次采全高，开采厚度为5m，顶板以粉砂岩、泥岩为主，直接顶厚度为2m，基本顶厚度为8m。综合柱状图如图1所示。
2数值模型建立及研究方案
2.1数值模型建立
以某工作面为研究对象，该采区工作面煤柱宽度为18m，巷道宽为5m，高为4m，模型尺寸500m×120m×100m，上覆岩层厚度为100m、侧压力系数为1.2，容重为22.54kN/m3。模型四周为固定边界，底面固定，模型上面为自由面。煤矿岩体物理力学参数如表1所示。
2.2研究内容
通过采用FLAC3D数值模拟分析软件进行数值模拟，对采动过程中不同宽度的煤柱所引起的围岩应力变化规律分布及围岩应力破坏对岩体特征的影响进行了研究和分析，最终确定最佳留设煤柱宽度。分别选取工作面区段煤柱宽度为10m、12m、14m、16m、18m、20m进行分析。
3实验结果及讨论
图2是不同煤柱宽度下，煤柱内部垂直应力的变化曲线图。
由图2可知，不同煤柱下的垂直应力是随着回采长度的变化进行动态变化的一个过程，当采掘工作面距监测点20m至-15m时，垂直应力增长速度加快，在靠近采空区位置附近达到峰值，不同煤柱宽度下的垂直应力曲线基本呈现双峰值曲线。随着回采面的掘进，煤柱的塑性区出现了动态变化，当煤柱宽度为14m，掘进工作面推进距离0m，煤柱位于采空区附近时，煤柱的塑性区约为0-3.8m，弹性区约为0-8.2m，煤柱具有较好的承压能力;当煤柱宽度为16m，掘进工作面推进距离0m，煤柱位于采空区附近时，煤柱的塑性区约为0-2.8m，弹性区约为0-9.7m，承重能力较好;当煤柱宽度大于16m小于14m时塑性区和弹性区范围缩小，承重能力降低，故最佳煤柱宽度为14-16m。煤柱内部的塑性区和弹性区的范围分布是一个动态变化。
图3是不同煤柱宽度下，煤柱内部水平应力的变化曲线图。
由圖3可知，不同煤柱下的内部水平应力曲线图的形状大致相同，水平应力的曲线图形状是明显的单峰形状且水平应力曲线呈对称分布。不同宽度煤柱下的回采宽度水平应力曲线是随着监测点回采长度的变化而进行动态变化的一个过程，当采掘工作面距监测点20m至-15m时，水平应力逐渐地增大，在采掘工作距离监测点回采空区中间的位置附近达到水平应力峰值。
煤柱内部两侧的水平应力偏差较大，当距离采掘面20-5m时，煤柱的水平应力比距离采掘面-5至-15m时小，水平应力值随着煤柱的深度逐渐增大，煤柱的弹性区整体变化不大，塑性区随着不同煤柱宽度逐渐增大。不同煤柱宽度下的煤柱内部水平应力值变化基本不大，大致在1.2-1.8MPa上，即使水平应力值随着工作面推进长度而不断发生变化，但是由于水平应力值较小，造成的影响范围也较小。
4结论
煤柱留设宽度不同，垂直应力、水平应力表现出不同的变化特征。随着煤柱宽度增加垂直应力呈现先增加后减小的特征，呈双峰状;水平应力随着煤柱宽度的增加而增大，呈单峰状。
通过对不同煤柱宽度垂直应力和水平应力变化规律分析得出煤柱宽度为14-16m范围内，煤柱具有很好的承载能力，稳定性高。
【参考文献】
[1]索永录，毛小娃，王明卫，等.陕西煤炭回采率统计分析[J].煤矿安全，2014，45（11）：196-199.
[2]任传鹏，丁日佳，李上.中国煤炭回采率低下的原因及对策[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2010，29（5）：136-137.
[3]徐乃忠.我国厚煤层开采的问题与方向[J].煤炭工程，2008，40（12）：5-7.
[4]朱卫兵.浅埋近距离煤层重复采动关键层结构失稳机理研究[D].北京：中国矿业大学，2010.
[5]蒋金泉，武泉林，曲华.硬厚覆岩正断层附近采动应力演化特征[J].采矿与安全工程学报，2014，31（6）：2-3.
[6]刘贵，张华兴，徐乃忠.深部厚煤层条带开采煤柱的稳定性[J].煤炭学报，2008，33（10）：1086-1091.