中硬煤层沿空掘巷技术的本构模型与优化策略

随着煤炭资源开采技术的进步，尤其是巷道围岩控制理论的革新，近二十年来，沿空掘巷作为一种高效和经济的开采方式在中国得到了广泛应用。传统的煤柱留设方法通常涉及较大的空间占用，而沿空掘巷则显著减小了这部分资源浪费，提高了煤炭回收率，尤其是在浅部优质煤炭资源日益紧张的背景下，沿空掘巷的优势更加突出。 本文重点研究了中硬煤层条件下沿空掘巷的工艺优化。中硬煤体的硬度对巷道设计和支护参数选择具有决定性影响。作者首先进行了室内实验，通过σ-ε（应力-应变）、ε-t（应变-时间）以及σ-t（应力-时间）测试，根据不同硬度煤体的特性，划分出了坚硬、中硬、较软至松软四种类型的煤体，对应的本构模型分别为近弹性（非线性）、弹塑性和流变性（蠕变-松弛）等不同的力学行为模型。 针对中硬煤体的特性，作者利用FLAC3D数值模拟软件进行深入分析。FLAC3D是一种强大的岩土工程计算软件，能够模拟复杂地质条件下的力学响应，包括非线性材料的变形规律。通过选择Hoek-Brown强度准则的Strain-Softening Model本构模型，研究人员能够精确模拟和预测窄煤柱留设宽度对围岩稳定性的影响，以及不同支护参数对巷道稳定性的贡献。 实验结果显示，对于中硬煤层，合理的窄煤柱留设宽度和支护参数的选择至关重要，它们直接影响到沿空掘巷的施工安全和围岩控制效果。通过优化这些参数，可以有效地控制塑性围岩变形，降低边缘煤体的塑性屈服和破坏风险，从而确保巷道的长期稳定和煤炭资源的有效开采。 这篇论文深入探讨了中硬煤层沿空掘巷的本构关系及其在数值模拟中的应用，为实际工程提供了科学依据和技术指导，有助于提升沿空掘巷在中硬煤层开采中的安全性与经济效益。