无煤柱开采下煤岩体支承压力的数值模拟与应力分析

本文主要探讨了无煤柱开采条件下煤岩体支承压力的数值模拟方法。作者基于煤层开采会引发上覆岩层大规模移动和应力重新分布的理论，利用ANSYS软件进行数值模拟分析。在模拟过程中，他们观察到在开采过程中，采空区上方的煤岩体在三个主应力方向上出现了明显的裂缝，且这些裂缝沿着工作面推进的方向逐渐扩展。这揭示了开采活动对煤岩体内应力状态的影响，尤其是在煤层下方区域的裂缝分布和发育特征。 通过数值模拟的结果，研究人员划分出了工作面周围煤岩体的应力环境，包括减压区、增压区和稳压区。减压区指的是开采活动引起的应力降低区域，增压区则是由于岩层塌落产生的应力增大区域，而稳压区则相对保持稳定的应力状态。这种区分有助于理解不同区域的稳定性及其潜在的灾害风险。 此外，作者还计算了无煤柱开采过程中支承压力的集中系数范围，发现这个值介于2.54～2.96之间。有趣的是，他们进一步研究了小煤柱宽度与应力集中系数的关系，发现随着煤柱宽度的增加，相同的条件下，应力集中系数会呈现下降趋势，而且这个下降的幅度也相对较小。这一发现对于优化矿井设计和安全策略具有重要意义，因为它表明可以通过适当调整煤柱尺寸来控制支承压力的分布，从而提高开采效率并降低风险。 该研究提供了深入理解无煤柱开采对煤岩体支承压力影响的数值模型，为煤炭行业的开采实践提供了科学依据和技术指导。通过这样的模拟和分析，工程师们可以更好地预测和管理开采过程中的应力变化，确保矿井的稳定性和安全性。