残留煤柱工作面巷道布置及卸压控制研究

针对历史遗留保护煤柱和边角煤等遗煤资源复采时,应力环境复杂、围岩条件恶劣,回采巷道受地压影响显著、布置困难、安全性差等难题,以山西潞安王庄煤矿52采区残留煤柱工作面回收为研究背景,基于残采工作面周围采空区分布形态差异,将残采工作面边界分为规则采空区边界、混合采空区组合边界和不规则采空区边界等3类。采用数值模拟方法揭示了残采工作面应力分布特征:(1)对于规则采空区边界,应力呈对称马鞍形分布;(2)对于混合采空区组合边界,区段煤柱边缘应力卸载,应力向混合采空区组合边界中部转移,导致该区域应力集中程度高,影响范围扩大;(3)对于不规则采空区边界,采空区拐角区域叠加应力使得煤体破坏,集中应力向拐角深部区域转移,该区域垂直于残采工作面走向方向上,应力集中系数2.2,平行于残采工作面走向方向上,拐角两侧均存在应力集中区,应力集中系数均为2.0。在此基础上,提出了残采工作面巷道布置原则:巷道必须避开采空区边界的应力叠加区和采空区拐角的拉剪破坏区,确定了残采工作面巷道布置方式,得到了5个典型的煤柱宽度:d_(1)=5 m,d_(2)=20 m,d_(3)=30 m,d_(4)=20 m和d_(5)=5 m;据此,将残采工作面巷道分成3个区段:原岩应力掘巷、沿空掘巷和高应力掘巷,建立了残采工作面巷道"3-5-3"分区控制体系,并重点针对高应力掘巷开发了钻孔卸压技术,设计了巷道围岩分区控制参数,开展了工业性试验。监测数据表明回采巷道能够满足残采工作面回收要求。