煤层综采煤柱尺寸优化及安全开采研究

"浅埋煤层综采工作面煤柱尺寸优化研究" 本文主要探讨了如何通过煤柱尺寸优化来提高煤炭回采率，重点关注的是陕北煤矿4-2煤区段的工作面设计。研究发现，当前的煤柱尺寸在19.2 m，但并未达到破坏极限，存在一定的富余，因此提出了将煤柱尺寸减小到17.4 m的优化方案。 煤柱尺寸的确定与底板隔水层的性能密切相关。公式中，巷道底板宽度 \( L \) 和底板隔水层的平均重度 \( \gamma \) 以及平均抗拉强度 \( K_p \) 是关键参数。底板岩层在煤层开采后会形成三带结构：底板采动导水破坏带、有效隔水层保护带和承压水导升带。工作面底板的破坏深度可以通过工作面平均采深 \( H \)，地层平均倾角 \( \alpha \) 和工作面斜长 \( L' \) 来计算。在本案例中，工作面平均采深为300m，地层倾角为0，斜长为150m，计算得出底板破坏深度为14.3m。 通过FLAC数值计算方法，研究者验证了煤柱尺寸优化后的可行性。结果显示，当灰岩含水层距离煤层底板大于15m时，煤层开采的安全性较高，而当距离小于15m时，存在较大的突水风险。对于奥陶系灰岩承压含水层，如果没有特殊地质构造，其对煤层开采的影响相对较小。 结论部分指出，煤层开采后，采空区周围存在应力集中，底板经历压缩、膨胀再到压缩的过程。初期顶板来压可能导致底板突水，但随着顶板的冒落，底板会被压实，突水通道趋于闭合。同时，距离煤层较近的L9灰岩层和较远的奥陶系灰岩层的水文地质条件对煤层开采的突水危险性有显著影响。 参考文献涉及了华北地区岩溶水害特征、岩层隔水特性、矿井突水危险性评价理论以及采场底板应力分布与破坏机理等多个方面，为深入理解煤层开采与水文地质关系提供了理论支持。 作者胡涛专注于岩石力学与采矿工程的研究，并给出了联系方式，表明该研究领域有进一步交流与合作的可能。文章的编辑是王秀丽，收稿日期为2016年3月29日。