条带开采煤柱静动态稳定性研究

随着城市建设的发展和煤炭开采强度的提高,我国“三下”压煤比例迅速增大。条带开采由于成本低廉,技术简单被广泛应用于“三下”开采中。条带开采煤柱稳定性关系到采空区和地表的安全,因此对条带开采煤柱稳定性进行研究具有重要意义。本文围绕条带开采煤柱的强度和静动态稳定性进行了以下研究:(1)进行了煤岩的单轴和三轴压缩试验,对试验结果进行了分析。总结国内外学者关于煤柱强度的理论,基于威尔逊强度理论应力分布的假设建立煤柱受力分析模型,提出煤柱强度的计算公式。(2)结合有效区域理论和本文的强度公式推导出煤柱宽度的计算公式,计算所设计煤柱的屈服区宽度和极限强度并与威尔逊理论相比较,结果表明与威尔逊方法接近。(3)对不同宽度煤柱的稳定性进行数值模拟,结果表明宽煤柱的稳定性优于窄煤柱,但是煤柱太宽会引起应力集中程度增大并且可能导致地表不均匀下沉。(4)研究了煤矿采区存在的由地震、冲击地压、爆破、相邻采区顶板垮落等引起的动力学问题,利用弹性力学平面波理论分析了地震波对煤柱稳定性影响机理,利用FLAC3D模拟分析了条带开采煤柱在遭遇ⅶ度地震时的响应特征,结果表明按静力条件所设计的煤柱在动载荷作用下稳定性趋于恶化。(5)分析了不同烈度和方向地震波对煤柱稳定性的影响。地震烈度越大,扰动破坏作用越强;水平方向地震波作用主要是增加煤柱两侧的塑性区宽度,而垂直方向地震波主要是使得塑性区向顶底板延伸,水平方向地震波作用大于垂直方向地震波的作用。