相鄰采空區(qū)煤柱寬度優(yōu)化研究-

1、 巷 區(qū)寬度L 通常應(yīng)大于或等于兩倍的煤層厚度。非彈性區(qū)通常也叫極限平衡區(qū),根據(jù)極限平衡區(qū)的條件,建立計算公式y(tǒng) =Rc*e 2f mx(2式中R c *煤幫的支撐能力(煤壁受壓后的殘余強度,MPa 。根據(jù)式(2,非彈性區(qū)支承壓力y 是按指數(shù)規(guī)律逐漸遞增分布的,在X =0處的煤壁位置,支承壓力y =R c *。原巖應(yīng)力為H ,設(shè)最大集中應(yīng)力系數(shù)為K ,煤壁至支承壓力峰值的距離為X 0,則有X 0=1nK HR c *(2f m(31+sin 1-sin =式(3中各參數(shù)的取值如表2所列。把表2中各參數(shù)代入式(3,計算得到X 0=R =13.7m 。2.2煤柱中部彈性區(qū)的臨界寬度計算當(dāng)煤柱處于極

2、限平衡穩(wěn)定狀態(tài)時,靠采空區(qū)一側(cè)煤柱的最大支承壓力峰值發(fā)生在彈性區(qū)X 0處,其值為K 1H ,越靠近煤柱中部,支承壓力逐漸衰減,直至趨于原巖應(yīng)力H ,如圖2所示。圖2煤柱中部彈性區(qū)支承壓力分布根據(jù)煤柱中部彈性區(qū)支承壓力分布條件,建立計算公式L 1=(K 1-1HM2K +3(+1K 1H /22-(1-K 1H /22(4式中側(cè)壓系數(shù),=0.45;H 原巖應(yīng)力,H =13MPa;K 1應(yīng)力集中系數(shù),K 1=3;M 平均煤厚,M =8.2m;H 巷道埋深,H =520m 。=sin /33+sin 2=0.169,式中煤層的內(nèi)摩擦角,=32°。K =3C cos 3+sin 2=0.93

3、MPa C 煤體的黏結(jié)力,C =1.15MPa 。將上述參數(shù)代入式(4,得臨界寬度L 1=4.45m ,L 2=4.45m 。則煤柱中部彈性區(qū)寬度L =L 1+L 2=8.9m 。根據(jù)上面的計算,可得煤柱的寬度為36.3m 。根據(jù)經(jīng)驗,煤柱中部的彈性區(qū)寬度L 通常大于或等于2倍的煤層厚度,則有B =X 0+2M +R =43.8m 。3采區(qū)隔離煤柱合理尺寸數(shù)值分析優(yōu)化結(jié)合該礦條件,采用離散元程序UDEC 軟件建立7305面的數(shù)值計算模型,模型范圍:長260m ×高130m 。3煤底板上方100m 作為上邊界,3煤底板下方30m 作為下邊界,以五采區(qū)邊界為基準點,向左水平距離100m

4、處為左邊界,向右160m 處為右邊界。數(shù)值模擬模型的圍巖屬性如表3所列,圖3為不同煤柱尺寸中的應(yīng)力分布情況。圖3不同煤柱尺寸中的應(yīng)力分布綜合對比不同尺寸煤柱上的應(yīng)力分布與破壞特征,可以看出以下規(guī)律:(1當(dāng)煤柱為8050m 時,隨著煤柱尺寸的減小,煤柱上方應(yīng)力逐漸增大,最大為40MPa 。應(yīng)力分表2支承壓力分布及煤壁破碎區(qū)計算參數(shù)層面間摩擦系數(shù)f 內(nèi)摩擦角/(°采高m /m 煤體殘余強度R c */MPa 集中系數(shù)K 密度/(kg ·m -3煤層埋深H /m 0.27328.582.2532500520表3模型巖石屬性巖性厚度/m密度/(kg ·m -3體積模量/GPa 剪切模量/GPa 內(nèi)聚力/MPa 內(nèi)摩擦角/(°泥巖823409.87.10.539中砂巖16252018.311.5 1.241粉砂巖6253013.47.6 1.4373煤8135010.5 6.5 1.223粉砂巖6253013.47.6 1.437中砂巖2