区段煤柱尺寸优化的数值计算.pdfVIP

2012年第6期 中州煤炭 第 198期 区段煤柱尺寸优化的数值计算 张科星 ，郭 鹏 ，李正刚 ，刘智超 ，王克伟’ (1．河南大有能源股份有限公司 常村煤矿 ，河南 义马 472300；2．辽宁工程技术大学 矿业学院，辽宁 阜新 123000) 摘要 ：通过 FLAC计算 的方法 ，研究了某矿六区5—3 一片工作面区段煤柱不 同尺寸下的应力分布规律 ，得 出 不同宽度煤柱 的弹性区与塑性区范围，并确定了适合该矿条件合理宽度 的煤柱 ，提高了工作面安全性，减少 了由于区段煤柱 留设不合理所造成 的资源损失。 关键词 ：区段煤柱 ；弹性核 区；数值模拟 ；FLAC 中图分类号 ：TD822．3 文献标志码 ：B 文章编号 ：1003—0506(2012)06—0050—03 为了提高煤炭开采时的安全性 ，防止下区段 回 表 1 煤岩 力学参数 采时上区段矸石 、水 、瓦斯进入下 区段作业工作面 ， 通常需要留设一定尺寸的区段煤柱 。区段煤柱尺寸 的大小直接影响着煤矿的安全生产和资源 的采 出 率 ，对于区段煤柱宽度的确定 ，国内外很多学者都提 出了许多不同的计算理论 ，得出了相应的计算公式 。 然而 ，理论计算结果 目前很少直接用于现场生产，现 场更多的是采用经验公式。 本文采用理论计算确定 出区段煤柱尺寸的下 (I、Ⅱ)和弹性 区(Ⅲ、Ⅳ)。区段煤柱保持稳定 的 限，同时通过数值模拟的方法计算不同区段煤柱尺 基本条件是 ，煤柱两侧产生极 限平衡区在煤柱 中央 寸条件下应力分布规律 ，最终取理论计算和数值模 存在一定宽度的弹性核 区，弹性核 区的宽度不小于 拟结果 的最大值作为区段煤柱的最优尺寸。 煤柱高度的2倍。则煤柱宽度 B为 ： 1 工作面概况 B≥L+2m + n (1) 该矿可采煤层为 5—1、5—2、5—3煤层，但在六 区北 其 ：旁n (K为应力集中系 翼 51煤层不可采，5—2煤层原本厚 7．14m出现了 数 ；p为支架对煤帮的阻力 ；m 为煤层开采厚度 ；C 6．94m的间隔。因此 ，六 区5—3 可采 的只有5．3煤 为煤的黏聚力 ； 为煤体的内摩擦角 ；．厂为煤层与顶 层 。5—3煤层属于中厚煤层 ，采深为 350～420m，厚 底板接触面的摩擦 因数 ； 为三轴应力系数 ， = 2．47m，倾角为 17。。下区段 回风巷支护参数 ：锚索 为 17．8mm×5m，托盘为 300mm ×300mm，间排 )=r[ ] 一 距为 1．2m×1．6m，锚杆为 20mm ×2．4m，小托 r(r为巷道半径)。代人公式 (1)，得煤柱宽度 B≥ 盘为 150mm ×150mm，大 托 盘为 400mm ×280 15．453m。即区段煤柱尺寸不得小于 15．453m。 mm，间排距均为 0．8m。 目前 ，该矿留设 区段煤柱 30m。煤岩力学参数见表 1。 2 弹性核法的理论计算 一 侧采空的煤柱应力分布如图 1所示。在压力 图1 煤柱的弹塑性变形区及垂直应力的分布 作用下，从煤柱边缘到深部 ，依次出现极 限平衡区 3 数值模拟 收稿 日期 ：2012—03—10 作者简介 ：张科 星 (1986一)，男 ，河南偃 师人 ，助理工程师 ，2008年 本次主要模拟六区 5-3 一片工作面开挖后 的 }匕业于辽宁丁程技术大学 ，现从事冲击地压防治管理工作。 情况。模型为长 236m、宽 130m 的矩形纵剖面 (网 · 50 · 2012年第6期