五阳煤矿综放孤岛工作面最优煤柱宽度确定及其数值模拟

综放孤岛工作面是指在大型综采工作面开采过程中，由于开采顺序或地质条件限制，部分煤炭未能被连续开采，形成孤立的开采区域。本文主要针对五阳煤矿3603综放孤岛工作面，探讨了如何确定合理的煤柱宽度，以确保在回采过程中巷道的稳定性。煤柱是巷道与未采区之间的支撑结构，其宽度直接影响到巷道的稳定性以及煤炭资源的充分利用。 研究者首先运用了经验公式，这是一种基于实践经验得出的简单计算方法，用于初步估算煤柱宽度。然后，辅助面积理论被引入，该理论考虑了巷道周围辅助服务空间的需求，以保证巷道的有效支撑。接着，弹塑性平衡理论和威尔逊公式也参与到计算中，前者关注的是岩层的弹性和塑性行为，后者则提供了更深入的力学分析，以确保巷道在煤柱范围内不会发生过大变形。 综合以上多种理论计算的结果，研究者确定了煤柱宽度的范围在20~30米，这是一个保守且实用的指导范围。为了进一步验证这个范围，研究者采用了三维有限差分软件FLAC3D进行数值模拟。通过模拟分析，软件能够精确模拟不同煤柱宽度下巷道内的应力分布、塑性区的变形特性以及巷道的位移情况。这些模拟数据对于理解煤柱宽度对巷道稳定性的影响至关重要。 最终，模拟结果显示，当煤柱宽度设置为25米时，巷道的稳定性最佳，既不会因煤柱过宽而浪费资源，也不会因煤柱过窄导致巷道失稳。因此，综合所有分析，25米被认定为3603综放孤岛工作面煤柱的合理宽度。这项研究成果对于类似矿井的巷道设计和回采规划具有实际应用价值，有助于提升矿山开采的经济效益和安全性。