深井沿空掘巷煤柱宽度优化研究：数值模拟与分析

"该研究是2011年由朱若军、郑希红和徐乃忠等人进行的关于深井沿空掘巷小煤柱合理宽度留设的数值模拟研究，旨在提高煤炭采出率。他们运用数值计算方法分析了煤柱宽度与巷道支护强度对煤柱应力场和位移场的影响，并提出了合理的煤柱留设宽度建议。研究表明，在巷道掘进过程中，煤柱中心位置的最大垂直应力随煤柱宽度增加有显著变化，但当煤柱宽度超过5米后，这种变化趋于平缓，平均应力则降低。在采动影响阶段，煤柱中心位置的最大垂直应力随宽度增加而增加。在3至7米的煤柱宽度范围内，高强度支护能更有效地控制围岩变形。建议软煤条件下煤柱宽度保持在5-7米，硬煤条件下保持在3-5米。这些研究成果在现场实践中取得了良好的技术经济效果，具有广泛的应用潜力。" 本文详细探讨了深井开采中沿空掘巷小煤柱设计的关键问题。沿空掘巷是一种提高煤炭回收率的重要技术，它通过减少煤柱宽度来最大化煤炭开采效率。然而，煤柱宽度的选取直接影响到巷道的稳定性、围岩控制和矿工的安全。研究人员通过数值模拟的方法，系统地研究了煤柱宽度与巷道支护强度对煤柱应力分布和位移的影响。 在巷道掘进期间，他们发现煤柱内的最大垂直应力随着煤柱宽度的增加而剧烈变化。在煤柱宽度达到5米后，虽然最大垂直应力的变化减小，但平均应力却有所下降。这意味着较宽的煤柱可以更好地分散应力，降低巷道受到的压力。另一方面，在采动阶段，随着煤柱宽度的增加，其内部中心位置承受的最大垂直应力会进一步提高，这可能增加了围岩不稳定的风险。 研究还指出，在煤柱宽度为3至7米时，采用高强度的支护措施对于抑制围岩变形尤其有效。这提示我们在设计煤柱宽度时，不仅要考虑煤层的物理特性，还要结合支护策略，以确保巷道的稳定性和安全性。对于软煤条件，推荐的煤柱宽度范围是5-7米，而对于硬煤，这个范围是3-5米。这些指导原则在实际应用中已经得到了验证，能够带来良好的经济效益，对于深井煤炭开采具有重要的实践意义。 这项研究揭示了沿空掘巷小煤柱设计的复杂性，并提供了基于数值模拟的优化策略，为深井煤炭开采提供了一种科学的、基于数据的方法，以实现更高的资源利用率和更好的工程安全性。