.因此,若時間間隔[0,tmin]大于所允許的值,則可認為此階段煤柱沒有失穩(wěn)危險.
.1 煤柱軟化系數(shù)及黏滯系數(shù)的影響
圖3(a)表明,對于同一軟化系數(shù),隨著黏滯系數(shù)η的增大,煤柱穩(wěn)定時間增長.但對于同一黏滯系數(shù),隨著煤體軟化系數(shù)的增大,保持煤柱的穩(wěn)定時間將快速減小.因此在短壁開采形成保留煤柱后,應控制保留煤柱的軟化程度,并通過工程技術(shù)途徑加強煤柱的穩(wěn)定性.
3.2 頂板剛度的影響
K=Kd/(λSH/)為頂板剛度與煤柱軟化剛度比系數(shù),與頂板剛度、煤柱高度成正比,與煤柱面積成反比.由圖3(b)可知,對于同一黏滯系數(shù),煤柱的穩(wěn)定時間隨頂板剛度Kd的增大而減小,對于同一頂板剛度Kd,隨黏滯系數(shù)的減小,煤柱穩(wěn)定時間減小,這表明頂板越堅硬,剛度越大,而煤柱流變性差,則煤柱穩(wěn)定性越差;反之,頂板越軟,剛度越小,煤柱流變性大,則煤柱穩(wěn)定性越好.這也說明了堅硬巖板下較硬煤柱容易失穩(wěn)的原因.因此,在短壁開采過程中,應針對不同頂層的物理力學特征,合理設計保留煤柱的尺寸,即使在堅硬頂板下的煤柱具有較長的穩(wěn)定時間.例如對于給定采高合理增大保留煤柱的寬度,使用一定的工程技術(shù)手段減小煤柱的軟化系數(shù),從而達到增大煤柱穩(wěn)定時間的目的.
圖3 煤柱穩(wěn)定時間t與λ,η和頂板剛度的關(guān)系曲線
Fig.3 Therelationshipcurvesofthestabilitytimetofcoalpillarandλ,ηandstiffnessoffloor
3.3 煤柱幾何尺寸的影響
由圖4(a)可知,隨煤柱高度的增加,煤柱的穩(wěn)定性越差,穩(wěn)定時間越短.煤體的流變性表現(xiàn)在,
圖4 煤柱穩(wěn)定時間與煤柱高度和煤柱面積的關(guān)系曲線
Fig.4 Therelationshipcurvesofthestabilitytimeofcoalpillar,itsheightanditsarea
第4期徐金海等:煤柱穩(wěn)定性的時間相關(guān)性分析437隨黏滯系數(shù)的減小,煤柱的穩(wěn)定時間減小.因此,在一定的條件下,煤體一定的流變性有助于煤柱的穩(wěn)定.由圖4(b)可知,隨煤柱面積的增加,煤柱的穩(wěn)定性越好,穩(wěn)定時間越長.鑒于此,在控制采出率的前提下,可適當增大保留煤柱的寬度,相對減少煤柱高度對煤柱穩(wěn)定的影響,煤體的流變性表現(xiàn)在,隨黏滯系數(shù)的減小,煤柱的穩(wěn)定時間減小.因此,在一定的條件下,煤體一定的流變性有助于煤柱的穩(wěn)定
.4 工程應用
如圖5所示,根據(jù)五陽煤礦短壁開采設備性能和工
藝要求,采硐長度12～15m,則每個條采的寬度應為
21.5～25.7m.根據(jù)理論分析與開采經(jīng)驗,確定保護煤
柱30m,采寬24m.五陽礦按此參數(shù)進行了村莊下短
壁開采試驗.試驗結(jié)果如圖6所示.實測結(jié)果表明,在
經(jīng)歷18個月時間,煤柱變形量達100mm左右時,煤柱
及其上方頂板基本穩(wěn)定.這與理論分析結(jié)果(煤柱變形
量110mm、時間20個月左右)基本相符.圖5 村莊下短壁開采工作面的布置Fig.5 Thelayoutofshort-wallminingfaceundervillagesa———保護煤柱寬度;L———開采寬度;d———開采煤柱寬度;
D———采硐寬度;α———采硐與支巷夾角
5 結(jié) 論
煤柱的時間穩(wěn)定性與煤體的蠕變延遲時間成正比
,
圖6 實測結(jié)果
Fig.6 Themeasureresult
在一定的條件下,煤體的流變可增長煤柱的長期穩(wěn)定時間.頂板剛度、煤柱高度與煤柱的穩(wěn)定時間成反比,而煤柱的橫截面積與煤柱的穩(wěn)定時間成正比.理論和實踐均表明,可以通過一定的工程技術(shù)手段,改變煤柱及頂板力學性質(zhì),使煤柱能保持長期穩(wěn)定.理論分析的預測結(jié)果與工程現(xiàn)場實測具有較好的一致性,據(jù)此可對短壁開采煤柱留設設計、防止地表二次沉陷進行某種程度上的定性和定量分析.
參考文獻:
[1] 格雷RE,普魯恩RW.報廢礦上方的地表下沉[A].第一屆國際采礦會議論文集[C].北京:煤炭工業(yè)出版社,
1982.
[2] 郭廣禮,鄧喀中,譚志祥,等.深部老采空區(qū)殘余沉降預計方法及應用[J].遼寧工程技術(shù)大學學報,
(1):1～3.
[3] 彭SS.煤礦地層控制[M].高博彥,韓 持,譯.北京:煤炭工業(yè)出版社,1984.
1999,28(6):[4] 喬志春,夏軍武,郭廣禮.老采空區(qū)上方大型工業(yè)建筑抗變形措施研究[J].中國礦業(yè)大學學報,
593～596.
[5] 郭廣禮,繆協(xié)興,張振南,等.老采空區(qū)破裂巖體變形性質(zhì)研究[J].科學技術(shù)與工程,
[6] 愛林根.連續(xù)體力學[M].程昌鈞,俞煥然,譯.北京:科學出版社,1991.
[7] 章夢濤.沖擊礦壓失穩(wěn)理論與數(shù)值模擬計算[J].巖石力學和工程學報,1987,6(3):197～204.
[8] 徐金海.短壁開采覆巖關(guān)鍵層的黏彈性分析及應用研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學,2004.2002,212002,2(5):44～47.
遼公網(wǎng)安備 21020302000024號工信部備案號: 遼ICP備15011726號-5
