1.0r ●-Section coal pillar -Protective coal pillar -Isolated coal pillar 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 The maximum principi stress is deflecte 10 15 20 25 Coal pillar width/m 图4不同煤柱宽度弹性核占比分布与塑性区结果 Fig4 Distribution of elastic core proportion and results of plastic zone i differentcoal pillar widths 从图4可知，无论是区段煤柱时期、保护煤柱时期还是孤岛煤柱时期)煤柱弹性核占比均随煤柱宽度 的增加而增加，说明煤柱宽度越大，其稳定性越好。另外，在煤柱宽度等于5m、10m时，煤柱在保护煤柱 时期弹性核占比较低，煤柱两侧破坏接近贯通，煤柱弹性核宽度为0m,该种现象不利于10-1032巷的稳 定性，因此，10#煤柱留设宽度至少需大于10m。对不同煤柱宽度条件下10-1032巷在区段煤柱、保护煤柱 时期的塑性区进行提取，结果如图4所示，在区段煤柱例期J6-1032巷未受10-103工作面开采的影响， 巷道塑性区呈对称性分布，塑性区范围较小，而在保护線柱时期，10-1032巷受工作面开挖影响，巷道围 岩所受主应力发生偏转，最大主应力来自10-1Q3工作面顶板岩块回转方向，且随着煤柱宽度的减小，巷 道受工作面开挖影响更为显著，主应力偏转角度不断增大，应力大小也不断增大，巷道围岩塑性区范围增 大，并呈非对称性分布。在煤柱宽度为25m时，保护煤柱阶段巷道塑性区呈对称性，20m、15m时，巷道围 岩塑性区呈非对称性分布。因此，对于不同宽度的煤柱，10-1032巷需采用针对性的支护技术，采用15m 或20m煤柱宽度时，巷道应采用非对称性支护技术，25m煤柱时，可采用对称性支护技术。回坡底实际生 产现场煤柱留设宽度为25m,对I0032巷采用了图5所示的对称性支护技术，巷道围岩稳定性较好，断 面未发生较强的破坏现象。在了解术同煤柱宽度时巷道围岩塑性区破坏规律后，可采用小煤柱留设，对巷 道进行针对性的支护，可减少煤炭 瓷源浪费。 录用 18.9x6000 anchor cable 1100 2400 1100 Φ20×2000bolt 800800 2000 4400 4600 图510-1032巷断面支护 Fig.5 10-1032 roadway section support
图 4 不同煤柱宽度弹性核占比分布与塑性区结果 Fig.4 Distribution of elastic core proportion and results of plastic zone in different coal pillar widths 从图 4 可知，无论是区段煤柱时期、保护煤柱时期还是孤岛煤柱时期，煤柱弹性核占比均随煤柱宽度 的增加而增加，说明煤柱宽度越大，其稳定性越好。另外，在煤柱宽度等于 5m、10m 时，煤柱在保护煤柱 时期弹性核占比较低，煤柱两侧破坏接近贯通，煤柱弹性核宽度为 0m，该种现象不利于 10-1032 巷的稳 定性，因此，10#煤柱留设宽度至少需大于 10m。对不同煤柱宽度条件下 10-1032 巷在区段煤柱、保护煤柱 时期的塑性区进行提取，结果如图 4 所示，在区段煤柱时期，10-1032 巷未受 10-103 工作面开采的影响， 巷道塑性区呈对称性分布，塑性区范围较小，而在保护煤柱时期，10-1032 巷受工作面开挖影响，巷道围 岩所受主应力发生偏转，最大主应力来自 10-103 工作面顶板岩块回转方向，且随着煤柱宽度的减小，巷 道受工作面开挖影响更为显著，主应力偏转角度不断增大，应力大小也不断增大，巷道围岩塑性区范围增 大，并呈非对称性分布。在煤柱宽度为 25m 时，保护煤柱阶段巷道塑性区呈对称性，20m、15m 时，巷道围 岩塑性区呈非对称性分布。因此，对于不同宽度的煤柱，10-1032 巷需采用针对性的支护技术，采用 15m 或 20m 煤柱宽度时，巷道应采用非对称性支护技术，25m 煤柱时，可采用对称性支护技术。回坡底实际生 产现场煤柱留设宽度为 25m，对 10-1032 巷采用了图 5 所示的对称性支护技术，巷道围岩稳定性较好，断 面未发生较强的破坏现象。在了解不同煤柱宽度时巷道围岩塑性区破坏规律后，可采用小煤柱留设，对巷 道进行针对性的支护，可减少煤炭资源浪费。 图 5 10-1032 巷断面支护 Fig.5 10-1032 roadway section support 录用稿件，非最终出版稿
2.2煤柱破坏影响因素分析 煤柱两侧工作面回采后，在两侧形成应力恢复区与原岩应力区，由于应力恢复区未达到原始应力状态， 假设将该区域看成【-Ⅱ复合型裂纹，煤柱破坏问题则转化为裂纹尖端问题，采用断裂力学探究煤柱破坏 的影响因素，模型建立如图6所示。 针对I-Ⅱ复合型裂纹，其裂纹尖端应力场为I型裂纹与Ⅱ型裂纹尖端应力场叠加，其公式如(1)所示 。 (a) In-situ-stresses gd In-situ stresses Stress recovery zone Model simplification 6 Stress recove 图6煤柱破坏分析简化模型.()煤柱两侧应为分布；(b)应力恢复区简化模型 Fig.6 Simplified model of coal pillar failure analysis:(a)stress distribution on two sides of coal pillar;(b)simplified model of stress recovery zone ,,9=2L+ πL 0 2 V 2(L+L) (1-)s长7)cos( )sin (2+cos 0 0301 27 πL m2cos（-4外 2/ 030 )sin( (1) H πL∫ -cos (I)式中，L为应力恢复区长度：L为煤柱宽度：B为煤层倾角：0为裂纹尖端外任意一点与水平方向夹角： 1为侧压系数：O:、·,、T分别为单元体受到的水平应力、垂直应力与剪应力：H为单元体埋深处的自重 应力：r为任意一点距裂纹尖端的距离。将裂纹尖端破坏区域简化为平面应变问题，此时主应力转化公式 为：
2.2 煤柱破坏影响因素分析 煤柱两侧工作面回采后，在两侧形成应力恢复区与原岩应力区，由于应力恢复区未达到原始应力状态， 假设将该区域看成Ⅰ-Ⅱ 复合型裂纹，煤柱破坏问题则转化为裂纹尖端问题，采用断裂力学探究煤柱破坏 的影响因素，模型建立如图 6 所示。 针对Ⅰ-Ⅱ 复合型裂纹，其裂纹尖端应力场为Ⅰ型裂纹与Ⅱ型裂纹尖端应力场叠加，其公式如(1)所示 [10]。 图 6 煤柱破坏分析简化模型. (a)煤柱两侧应力分布; (b)应力恢复区简化模型 Fig.6 Simplified model of coal pillar failure analysis: (a) stress distribution on two sides of coal pillar; (b) simplified model of stress recovery zone 2 2 2 2 H 3 2( ) ( , ) tan cos ( ) sin ( ) cos (1 sin sin ) 2 2( ) 2 2 2 2 2 3 (1 )sin( )cos( )sin (2 cos cos ) 2 2 2 2 2 H 2( ) ( , ) tan cos ( ) sin ( ) 2 2( ) 2 2 c x c c y c L L L r r L L L L L r r L L 2 2 3 cos (1 sin sin ) 2 2 2 3 (1 )sin( )cos( )sin cos cos 2 2 2 2 2 H 3 2( ) ( , ) tan cos ( ) sin ( ) sin cos cos 2 2( ) 2 2 2 2 2 (1 )sin( )cos( ) cos (1 sin 2 2 2 2 c xy c L L L r r L L 3 sin ) 2 (1) (1)式中，L 为应力恢复区长度；Lc为煤柱宽度；β 为煤层倾角；θ 为裂纹尖端外任意一点与水平方向夹角； λ 为侧压系数； x 、 y 、 xy 分别为单元体受到的水平应力、垂直应力与剪应力；γH 为单元体埋深处的自重 应力；r 为任意一点距裂纹尖端的距离。将裂纹尖端破坏区域简化为平面应变问题，此时主应力转化公式 为[11]： 录用稿件，非最终出版稿