刀柱采空区下近距离煤层采动对刀柱失稳的影响.pdfVIP

煤 炭 科 技 2012年第 1期 38 COALSCIENCE TECHNOLOGY MAGAZINE No．1 2012 文章编号：1008—3731(2012)O1—0038—02 刀柱采空区下近距离煤层采动 对刀柱失稳的影响 周长冰 (中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州 221116) 摘 要：极近距离煤层采用刀柱采煤法开采之后，下部煤层采用走向长壁采煤法进行回采。 随着下部煤层工作面的推进，上部煤层遗留下的刀柱逐个失稳，老顶失去刀柱支撑，其悬空 的重量将向前方煤柱转移，增大煤柱负担，在重压下，煤柱有可能提前失稳。用理论分析和 数值模拟的方法对提出的问题进行了研究。 关键词：刀柱采空区；近距离煤层 ；刀柱失稳 中图分类号：TD823．81 文献标志码 ：B 在我国顶板事故中，顶板大面积来压是重大灾 式中 安全系数，n=2； 害事故之一。顶板大面积来压主要是由于坚硬顶板 cr__一煤柱平均应力，MPa； 下采空的面积超过极限值后冒落造成的剧烈动压现 -『_— 噪柱的极限强度，MPa； 象。我国大同、北京和新疆艾维尔沟等地区，由于顶 Or= ·(0．778+0．222B／M)(式中ore 板厚实坚硬，是大面积来压的重灾区，而以大同矿区 为立方体煤试件的单轴抗压强度)。 最为典型和严重。为了避免来压时形成的危害，常用 or=B-lliy 刀柱法进行开采 [。这种方法虽然能起到良好效果， 式中 煤柱面积比率，即煤柱面积与采空区 但对刀柱下煤层进行回采时造成极大困难。当下部 总面积之比； 煤层工作面推进到刀柱下时，刀柱必然会失稳并失 r 岩石平均视密度，kN／m。。 去其对老顶的支撑作用，从而发生大面积来压现象。 首先计算煤柱平均应力，如果按照煤柱应力的 面积分摊原则计算，则煤柱上的平均应力为 1 采场力学模型的建立 =叼一Hy=3×25×100×10-3=7．5MPa 图 1为刀柱采空区下近距离煤层开采示意图， 取煤的单轴抗压强度为25MPa，则煤柱的极限强度 其中煤柱宽度为5m，刀柱间跨度为 10m，埋深 100 为 m，下煤层顶板为沙质泥岩，随工作面的推进而跨 or。=(re·(0．778+0．222B／M)= 落。 25×(0．778+0．222×52／．2)=32．1MPa q 取安全系数n=2，则n·=15MPao-。=32．1MPa， 故煤柱未破坏。 由以上判断理论可知，在回采前 ，在不考虑风 化侵蚀等条件下，各刀柱依然有承载能力。 图1 刀柱采空区下近距离煤层开采力学模型 2 采动对前方刀柱影响的机理 在此状态下，可用逐步破坏理论和极限强度理 当刀柱下部煤层工作面推进到