煤矿采煤工作面顺槽沿空留巷结构设计与稳定性分析

煤矿采煤工作面顺槽沿空留巷结构设计与稳定性分析

刘俊杰

单位:安阳鑫龙煤业（集团）红岭煤业有限责任公司  河南省安阳市 455000

摘要：随着科学技术的不断进步，人们逐渐认识到巷道围岩稳定问题是影响矿井开采效率和安全性的重要因素之一，因此对于巷道支护技术也提出了更高要求。本文运用了全面的稳定性分析手段，综合考虑了工作面的地质状况、顺槽的布局与分区以及沿空留巷的尺寸设计等多个方面，从而为煤矿工程提供了一个实用的结构设计方案。

关键词：煤矿；采煤工作面；顺槽；沿空留巷

1研究背景和目的

随着我国煤炭行业的持续壮大，如何设计煤矿采煤工作面的结构以及进行其稳定性的分析已经变得迫在眉睫。在开采过程中，由于受煤层赋存情况、地形地貌等因素影响，导致煤矿采煤工作面存在较大安全隐患，因此需要对其进行针对性优化处理。本项研究的目的是通过对煤矿采煤工作面的地质状况进行深入的分析，并合理地规划顺槽和设计沿空留巷的尺寸，从而提出一套能确保结构安全性的设计方案，为煤矿工程提供必要的技术支持。

2采煤工作面顺槽沿空留巷结构设计

2.1 工作面顺槽布置与分区

采煤工作面设计时，顺槽科学合理的布置及适当的划分是保证工作面结构稳定性的关键。本论文通过对不同地质条件顺槽布置及分区进行了深入研究，目的是针对不同矿区特点提出一套设计方案，从而将工作面结构风险降到最低。

首先我们结合工作面所处矿区地质特点并考虑煤层产状，厚度和硬度对顺槽进行了科学安排。地质条件相对均一地区可采用均一分布以保证顺槽对煤层进行有效地支撑。并且在地质条件比较复杂的地区，需针对具体情况采取局部加强的措施，从而提升工作面整体稳定性。

其次对工作面做了合理的分区，并针对不同地区地质条件及采煤工艺的要求将工作面分成不同区块。这样有利于更加具有针对性的支护设计与结构布置，保证每个区块均能承受对应地压力，进而提升整个工作面结构的稳定性。

2.2 顺槽沿空留巷尺寸设计

沿空留巷是工作面中的一个关键部位，沿空留巷尺寸设计好坏直接影响工作面稳定性与安全性。本论文对沿空留巷的大小进行设计的时候考虑的因素比较多，这样才能保证它的科学合理。

首先考虑煤层厚度对于沿空留巷大小的影响。煤层较薄地区可适当缩小沿空留巷规模来改善支护效果。但在煤层较厚地区，需适度加大沿空留巷规模才能保证充足支撑空间。

二是针对不同顺槽排列方式，我们有针对性地设计尺寸。顺槽排列较密集处，可能需相应加大沿空留巷规模，使其与顺槽排列相协调，增加整体结构稳定性。

2.3 确保结构安全的考虑因素

煤矿的采煤工作面设计中，其核心目标之一是保证结构的安全。首先，我们对于支撑方式的选择和思考进行了详细的思考。针对工作面地质环境与顺槽布局的具体需求，选用了如柔软支护和刚性支护等各种适用的支护手段，目的在于尽可能地增强工作面的整体支护效能。

在选择支护材料时，基于我们所处的地质条件，我们挑选了既有很强适应性又能提供良好支撑的材料。这将有助于增强建筑结构的抗压和防变形性能，以确保采矿作业流程中工作面能得到有效的支撑。

结论是，选择恰当的采煤技术同样构成了保证建筑结构安全的关键步骤。选用合适的煤炭开采技术可以有效地降低对工作面构造的冲击力，并减少其结构损坏的几率，从而为煤矿煤炭开采工作面的长期稳定运行提供保障。

3稳定性分析

3.1 工作面地质条件分析

在结构稳定性分析前，对工作面地质条件有一个深刻的认识是关键。首先将针对不同地质条件工作面进行深入研究。煤矿开采时，地层性质，煤层厚度和地层结构对工作面稳定性有直接影响。在精密地质勘探及实地调查的基础上，将获得地层岩性，地下水位及地质断裂带方面的重要资料。

通过地质勘探可以对工作面所在地层岩性进行认识，进而对地层抗压和抗剪强度力学特性进行认识。另外，地下水位数据的取得还可以有助于我们对工作面排水及防渗能力进行评价。与此同时，对地质断裂带分布规律的精细认识对地层稳定性预测具有重要意义。

这些资料将对后续结构设计及稳定性分析起到基础性参考作用，保证工作面结构设计能充分考虑实际地质情况。所以，对工作面地质条件进行细致的分析，有利于保证整个项目的可持续性与安全性。

通过对不同地质条件工作面特征进行深入研究，可为下文结构稳定性分析工作提供所需背景信息，从而为科学合理地进行结构设计打下基础。

3.2 结构稳定性分析方法

为了对工作面的结构稳定性进行全方位的评估，本研究运用了一套系统性的结构稳定性分析手段，这其中包括了有限元分析和数值模拟等多种先进技术，以确保在分析过程中充分考虑到工作面的各种力学因素。

有限元分析是一种融合数学和物理理论的数值计算手段，它可以通过离散化的模型来进行复杂结构的力学分析。进行工作面结构设计时，有限元分析可以对各种地质条件进行仿真和计算。通过对工作面结构进行有限个小元素分割，利用有限元分析可准确预测其应力，变形及位移。

数值模拟通过计算机程序对实际工程问题进行仿真，在工作面结构稳定性分析中有其特有的优点。数值模拟时可考虑各种地质条件的力学响应和对工作面各种条件受力情形进行模拟。该方法可对设计方案给出直观和综合的力学信息并有利于结构布局优化。

利用这些高级分析方法可以在虚拟环境下综合模拟出各种地质条件工作面受力状况。该结构设计为工程师们深入了解各种条件下结构行为和可能存在问题提供了科学依据。

该体系的结构稳定性分析方法，有利于发现潜在结构问题和预先应对可能遇到的难题，并对设计方案是否合理提供了科学依据。对结构进行综合分析，就能保证工作面在各种地质条件下结构稳定，为项目实施提供了可靠技术支持。

3.3 稳定性分析结果讨论

对于综采面而言，其工作环境复杂，开采难度较大，需要根据具体地质情况选择合理可行的方案来实现安全生产目标。这个环节对于确保工作面的结构设计既合理又实用至关重要。

首先将对结构设计方案是否合理可行进行评价。通过认真研究分析结果，将考察各力学条件下结构的响应，从而保证设计方案能有效地落实于实际生产。其中包括深入地分析结构所受应力，变形及位移情况，从而决定是调整设计方案还是进行优化设计方案。

在我们的讨论过程中，我们会特别关注结构在各种地质环境下的不同表现。对比不同条件的分析结果可以更深入的了解地质因素对于结构稳定的作用。同时将重点研究可能威胁工作面稳定性的各种因素，例如地层变化和岩层裂缝。有利于及时给出加固与支护建议，并对结构设计实际运用提供更有针对性方案。

通过深入的研究与探讨，为项目实施提供了科学的依据，保证了该工作面结构设计能安全、可行地应用于实践。这一步不但有利于解决可能出现的问题，而且对煤矿采煤工作面设计也提供科学理论与技术支撑，对整个煤矿安全高效生产奠定坚实的基础。

结束语

在煤矿采煤工作面顺槽沿空留巷结构的研究和稳定性分析过程中，我们提出了一个全面而系统化的设计策略，主要目标是确保工作面在结构上的安全性与稳定性。这对煤矿工程的执行和未来增长有着正面的指导作用。

参考文献：

[1] 李胜, 周利峰, 罗明坤, 等. 煤层群下行开采煤柱应力传递规律[J]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版), 2015, 34(6): 661-667.
[2] 姜耀东, 李波. 近距离煤层开采下位煤层巷道布置及支护技术研究[D]: [硕士学位论文]. 北京: 中国矿业大学 (北京), 2012.
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