神木市某煤矿5-2煤区段煤柱论证报告(评审后最终版).docx

神木市大砭窑气化煤有限责任公司

5-2煤区段煤柱宽度可行性论证报告

中煤能源研究院有限责任公司

二〇一九年三月

目录

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目录

TOC\o1-3\h\u1绪论 1

1.1项目背景及意义 1

1.1.1项目背景 1

1.1.2项目意义 2

1.2国内外研究现状 2

1.2.1保护煤柱理论研究现状 2

1.2.2保护煤柱数值模拟研究现状 5

1.2.3保护煤柱现场实测研究现状 8

1.3研究内容 11

1.4研究方法及技术路线 12

2区段煤柱宽度理论分析 14

2.1工程概况 14

2.1.1工程地质 14

2.1.2水文地质 16

2.1.3煤层情况 21

2.1.4煤层顶底板 21

2.1.5瓦斯情况 22

2.1.6煤尘 22

2.1.7煤的自燃倾向性 22

2.1.8地温 22

2.1.9井下巷道布置 22

2.2区段煤柱留设宽度影响因素 25

2.3区段煤柱采动下应力分布特征 25

2.3.1区段煤柱一侧采空应力分布 25

2.3.2区段煤柱两侧采空应力分布 26

2.4区段煤柱变形失稳过程分析 28

2.5区段煤柱合理宽度确定 30

2.5.1区段煤柱留设的基本原则 30

2.5.2区段煤柱稳定的基本条件 30

2.5.3区段煤柱宽度计算 31

3区段煤柱宽度的数值模拟研究 35

3.1有限差分法求解的基本原理 35

3.2模型建立 39

3.2.1计算工况 39

3.2.2边界条件 39

3.2.3本构模型 40

3.2.4开挖模拟 42

3.2.5计算模型 42

3.3区段煤柱宽度模拟结果分析 43

3.3.1不同煤柱宽度下内部应力分布特征 43

3.3.2煤柱内部塑性区分布特征 45

3.3.3煤柱不同宽度下围岩变形特征 46

4现场实测分析 48

4.13503工作面介绍 48

4.2巷道布置 48

4.3试验方案 49

4.4监测结果分析 51

5结论 53

1绪论

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1绪论

1.1项目背景及意义

1.1.1项目背景

煤炭，作为一种化工原料，是我国现阶段的主要能源。近几年来，随着大气污染、水污染、固体垃圾处理等环境问题日益突出，国家对新能源的需求和市场的适当调节，我国对于新能源的呼声愈来愈高，煤炭的总需求量逐年减小。为了满足增加产量与绿色开采等多方面的要求，提高煤层工作面的回采率，是一个较为可行的方案。

就目前的形势而言，煤炭行业面临的风险因素主要涵盖：资源、政治人文、经济、技术、运输、能源战略调整、替代能源、环境、生产安全等方面。在我国，煤层的回采率相对较低，影响的因素较多，主要涵盖在煤层赋存条件、矿井规模、地质勘探、采煤工艺、管理方法等方面。为提高煤层的回采率，要进行全过程组织化、精细化、模块化管理和实施，从井田的勘察、整个井田的工作面布置、采煤方法、管理办法、回采率考核办法、提升管理人员技术水平等方面进行调整，从而提高煤炭的回采率。

我国西北广泛赋存着浅埋煤田，这些煤田可采煤层多、倾角小、煤层厚且煤质优良，是我国21世纪经济发展的能源基础。以陕北矿区为例，现已探明储量1470亿t，占全国探明储量的11%左右，矿区主采侏罗纪煤田和石炭二叠纪煤田。侏罗纪煤田共含可采煤层14层，矿区主要可采煤层2～5层，次要可采煤层5层，局部可采2～4层；石炭二叠纪煤田含煤8层，主采煤层3层，均为典型的薄及中厚煤层群类型。

矿井开采煤炭损失主要包括工业场地保护煤柱、巷道保护煤柱、构造保护煤柱等。目前，留设煤柱保护采准巷道仍是我国许多煤矿采取的主要护巷方法，国外大多数国家也是如此。煤柱留设对采准巷道的保护起到了关键作用，但同时也损失了大量的煤炭资源。目前我国煤矿对于区段煤柱留设主要有以下几种：一是留设大煤柱，煤柱宽度在30m以上，这样在两个区段间的煤柱中存在弹性应力核，使上下区段的采动互不影响，该种方式对煤炭资源浪费较严重；二是留设小煤柱，煤柱宽度在10-30m之间不等，受地质条件影响，该种方式容易在煤柱中形成叠加应力区，煤柱易挤压破碎而失去承载能力，有一定的安全隐患；三是无煤柱开采，即沿空掘巷和沿空留巷两种护巷方式，该开采技术目前在国内矿井推荐使用，最大优点是大幅度提高了采区回采率。

1.1.2项目意义

神木市大砭窑煤矿主采5-2煤层，煤层平均厚度为2.47m。矿井采用平