深部孤岛面沿空掘巷煤柱尺寸优化与能量效应研究

"孤岛面沿空掘巷煤柱尺寸优化及能量分析是针对王庄煤矿深部采区8102工作面的一项研究，旨在通过数值模拟和能量分析来确定最优煤柱尺寸，以保障巷道稳定性并预防动力灾害。" 在煤炭开采过程中，孤岛面是指被采空区包围的单独工作面。由于这种特殊的地质条件，孤岛面的煤柱设计至关重要，因为它直接影响到巷道的稳定性和安全性。本研究中，研究人员首先基于王庄煤矿的实际地质条件，建立了数值模拟计算模型，通过这个模型来分析不同煤柱宽度对周围环境的影响。 煤柱宽度的变化会影响到多个关键参数，包括侧向支撑压应力、巷道表面位移、塑性区分布以及巷帮应力。侧向支撑压应力是煤柱为保持巷道稳定所承受的压力，巷道表面位移则反映了煤柱支撑效果和地层变形情况。塑性区的分布揭示了煤体的破坏程度，而巷帮应力则关乎巷道壁的安全。通过数值模拟，可以揭示这些参数之间的相互作用和影响规律。 此外，研究还涉及了能量分析，尤其是煤柱中的弹性应变能。弹性应变能是由于煤体受压产生变形但未释放的能量，当这种能量积累过多时，可能导致突发的动力灾害。研究人员开发了一个计算单元可释放弹性应变能的程序，并与TECPLOT软件耦合，用于分析能量分布特征。 结果显示，随着煤柱宽度增加，可释放的弹性应变能密度也随之增加，而耗散应变能密度减少。这意味着更宽的煤柱会储存更多的潜在能量。当煤柱宽度为5米时，煤柱内部形成了两个楔形的高能量区域，这可能导致严重的损伤和破坏。然而，当煤柱宽度超过10米，煤柱内会出现稳定的弹性核心，此时能量分布梯度较小，能有效防止因弹性能急剧集聚引发的动力灾害。 因此，这项研究为孤岛面沿空掘巷的煤柱设计提供了理论依据，有助于确定最佳煤柱尺寸，以确保开采过程中的安全性，同时降低动力灾害的风险。通过合理优化煤柱尺寸，可以更好地控制采区的地压状态，减少能量的非正常积聚，从而实现煤炭资源的高效且安全开采。