煤层群开采煤柱支承压力传播规律及煤柱尺寸优化

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由于上覆岩层和老顶悬梁作用的重量转移到煤柱上造成煤柱应力升高,形成煤柱支承压力,同时在煤柱支承应力作用下,在底板传播形成煤柱底板应力场,应力场在底板中的传播影响到下方煤岩层的原岩应力分布,使下部巷道、硐室、采场所受的压力更高,变形更严重。随着矿井逐步转入深井开采,开采条件日益复杂,合理布置阶段、水平、上下山、大巷和区段等煤柱显得尤为重要。  本文以大安山煤矿煤层群赋存条件为原型,采用离散元UDEC数值模拟,理论分析、现场实测等研究方法,对煤柱支承压力分布形式和底板传播规律进行了理论推导和模拟,得到支承压力的大小与采高和内摩擦角有关,分布形式有不叠加,局部叠加和完全叠加三种形式。支承压力在底板不同深度时的压力与上方载荷呈正比,与传播深度平方成反比的关系,并沿垂直煤体(煤柱)半椭圆形传播分布。  同时对煤柱宽度与支承压力集中系数和传播深度进行拟合分析得出煤柱宽度与支承压力集中系数呈指数方程式关系,倾斜煤柱宽度与传播深度呈幂函数方程式关系。并对煤层群煤柱不同布置方式分别进行模拟运算分析,得出煤柱支承压力主要影响到该煤柱上下相近的几个煤层或煤柱,当中间间隔一个或多个煤层或煤柱时,它们之间的影响已经很弱,可以不予考虑。  经现场实测证明,煤柱宽度是影响煤柱支承压力和传播深度的主要因素,通过拟合计算公式得出的煤柱宽度和传播深度可以有效的指导生产,满足了矿井的需要。
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