相邻采空区煤柱宽度优化研究-

1、 巷 区宽度L 通常应大于或等于两倍的煤层厚度。非弹性区通常也叫极限平衡区,根据极限平衡区的条件,建立计算公式y =Rc*e 2f mx(2式中R c *煤帮的支撑能力(煤壁受压后的残余强度,MPa 。根据式(2,非弹性区支承压力y 是按指数规律逐渐递增分布的,在X =0处的煤壁位置,支承压力y =R c *。原岩应力为H ,设最大集中应力系数为K ,煤壁至支承压力峰值的距离为X 0,则有X 0=1nK HR c *(2f m(31+sin 1-sin =式(3中各参数的取值如表2所列。把表2中各参数代入式(3,计算得到X 0=R =13.7m 。2.2煤柱中部弹性区的临界宽度计算当煤柱处于极

2、限平衡稳定状态时,靠采空区一侧煤柱的最大支承压力峰值发生在弹性区X 0处,其值为K 1H ,越靠近煤柱中部,支承压力逐渐衰减,直至趋于原岩应力H ,如图2所示。图2煤柱中部弹性区支承压力分布根据煤柱中部弹性区支承压力分布条件,建立计算公式L 1=(K 1-1HM2K +3(+1K 1H /22-(1-K 1H /22(4式中侧压系数,=0.45;H 原岩应力,H =13MPa;K 1应力集中系数,K 1=3;M 平均煤厚,M =8.2m;H 巷道埋深,H =520m 。=sin /33+sin 2=0.169,式中煤层的内摩擦角,=32°。K =3C cos 3+sin 2=0.93

3、MPa C 煤体的黏结力,C =1.15MPa 。将上述参数代入式(4,得临界宽度L 1=4.45m ,L 2=4.45m 。则煤柱中部弹性区宽度L =L 1+L 2=8.9m 。根据上面的计算,可得煤柱的宽度为36.3m 。根据经验,煤柱中部的弹性区宽度L 通常大于或等于2倍的煤层厚度,则有B =X 0+2M +R =43.8m 。3采区隔离煤柱合理尺寸数值分析优化结合该矿条件,采用离散元程序UDEC 软件建立7305面的数值计算模型,模型范围:长260m ×高130m 。3煤底板上方100m 作为上边界,3煤底板下方30m 作为下边界,以五采区边界为基准点,向左水平距离100m

4、处为左边界,向右160m 处为右边界。数值模拟模型的围岩属性如表3所列,图3为不同煤柱尺寸中的应力分布情况。图3不同煤柱尺寸中的应力分布综合对比不同尺寸煤柱上的应力分布与破坏特征,可以看出以下规律:(1当煤柱为8050m 时,随着煤柱尺寸的减小,煤柱上方应力逐渐增大,最大为40MPa 。应力分表2支承压力分布及煤壁破碎区计算参数层面间摩擦系数f 内摩擦角/(°采高m /m 煤体残余强度R c */MPa 集中系数K 密度/(kg ·m -3煤层埋深H /m 0.27328.582.2532500520表3模型岩石属性岩性厚度/m密度/(kg ·m -3体积模量/GPa 剪切模量/GPa 内聚力/MPa 内摩擦角/(°泥岩823409.87.10.539中砂岩16252018.311.5 1.241粉砂岩6253013.47.6 1.4373煤8135010.5 6.5 1.223粉砂岩6253013.47.6 1.437中砂岩2