邻近采空区顺槽煤柱合理宽度留设及稳定性研究

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煤柱宽度的合理留设,是保证巷道稳定和煤矿安全高效生产的重要条件,对于节约煤炭资源,保护生产人员生命安全具有重要的社会和经济价值。本文以铜川矿区某煤矿为工程背景,运用理论分析、数值计算和现场监测的方法,对邻近采空区顺槽煤柱合理留设及稳定性展开分析,主要内容如下:(1)基于砌体梁理论,考虑了采空区垮落矸石对顶板的支撑,建立了基本顶不同断裂位置的力学模型,分析了基本顶不同断裂位置下顶板的受力,推导了静力条件下煤柱受力计算公式,得到了基本顶在巷道正上方断裂情况为最不利断裂位置。(2)根据基本顶不同断裂位置对煤柱的作用力,考虑了工作面采动对煤柱的荷载的影响,推导了基本顶在不同断裂位置时煤柱的平均应力,结合煤柱极限强度准则,计算了基本顶不同断裂位置时煤柱的留设宽度。结合工程地质条件,通过对不同断裂位置煤柱留设宽度的对比,得到了基本顶最不利断裂位置时煤柱保持稳定的留设宽度为20m。(3)分析了上覆岩层荷载qB、基本顶侧向垮落步距lB、断裂位置距实体煤帮距离x0及埋藏深度H对煤柱留设宽度的影响规律,分析结果表明:煤柱留设宽度随上覆岩层荷载qB、基本顶侧向垮落步距lB增加而增大,随断裂位置距实体煤帮距离x0增加而减小。(4)运用离散元软件UDEC,分析了基本顶最不利断裂位置下20m煤柱的应力场与塑性区宽度,通过与现场监测、理论计算结果对比,验证了邻近采空区顺槽煤柱合理留设及稳定性分析的准确性。
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