切顶卸压技术对煤柱稳定性影响的数值分析

摘要:本文针对海湾煤矿三号井与王才伙盘煤矿井田边界煤柱在相邻工作面开采时出现的大量变形和巷道维护难题，进行了煤柱稳定性的力学分析。研究发现，现有的边界煤柱处于失稳和残余变形的状态。为改善这一状况，研究人员采用切顶卸压技术进行处理，并通过数值模拟分析其效果。结果表明，实施切顶卸压后，在工作面的二次采动期间，煤柱前方仅出现局部轻微破坏，大部分区域保持弹性状态，核区率约65%，表明煤柱结构相对稳定。此外，2206工作面10米边界煤柱的最大垂向应力为8.0MPa，远低于煤柱的极限承载能力，这证明煤柱能够有效地支撑上覆岩层的重量，并承受额外的侧向应力。 煤柱稳定性是煤矿开采过程中的关键问题，尤其是在相邻工作面重复扰动的条件下。煤柱的承载强度是衡量其稳定性的核心指标，它涉及到煤柱能否承受上覆岩层的压力以及防止巷道垮塌的能力。在本文的研究中，通过计算煤柱的承载强度和稳定性系数，确认了当前煤柱存在失稳风险。 切顶卸压技术是一种有效的缓解煤柱压力的方法，它通过切割煤柱顶部的岩石，释放上覆岩层的部分压力，从而降低煤柱的应力水平。数值模拟结果显示，这种技术可以显著改善煤柱的稳定性。在工作面再次采动时，煤柱前方的破坏程度显著减轻，更多的区域保持弹性，减少了塑性破坏的发生，特别是将塑性破坏限制在采空区后方，这有助于维持煤柱的整体结构稳定性。 煤柱的核区率是评价煤柱内部稳定性的另一个关键参数，核区是指煤柱内部未受破坏的核心区域。数值模拟分析指出，采用切顶卸压后的核区率达到了约65%，这意味着大部分煤柱保持了良好的完整性，有助于抵抗上覆岩层的压力。 2206工作面10米边界煤柱的垂向应力最大值为8.0MPa，远低于煤柱的极限承载能力，这表明即使在重复扰动条件下，煤柱也能承受其自身的重量和周围岩层的压力。这一发现对于优化煤炭开采策略，保障煤矿安全生产具有重要意义。 总结来说，本文通过理论分析和数值模拟，揭示了切顶卸压技术在提高重复扰动下煤柱稳定性方面的有效性。这种技术不仅可以减少煤柱的变形，改善巷道维护条件，还有助于提高煤炭开采的安全性和经济效益。未来的研究应进一步探索切顶卸压技术的具体实施方法和优化措施，以更好地适应不同地质条件下的煤柱稳定性需求。