膏体充填综采台阶煤壁稳定性半凸力学分析

• 作者: 常庆粮 袁崇亮 王永忠 张彪 周华强
• 来源期刊: 中国矿业大学学报
• 学科: 工学
• 关键词: 半凸力学模型 台阶煤壁 能量法 膏体充填
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 页码范围: 46-55
• 页数: 10页
• 分类号: TD355
• 语种: 中文

摘要

通过细长杆失稳理论,建立台阶半凸力学模型,通过凸模柔度来判断与之相适应的临界载荷公式,并通过能量法近似求出模型的长度因数与稳定系数计算公式,进而得到台阶半凸力学模型失稳时所需的临界力、临界应力和纵向弯曲失稳校核判据;采用FLAC3D数值模拟研究顶煤、中煤、底煤高度比分别为1∶1∶1,2∶2∶1两种不同割煤方案时煤壁前方支承压力、水平应力、水平位移以及工作面周围竖直应力分布.研究表明:煤壁发生片帮失稳所需的临界应力与其柔度有关,且煤壁柔度与长度因数呈正相关,长度因数与下台阶高度呈负相关,因此煤壁的柔度越小,煤壁片帮所需的临界应力就越高,抵抗失稳片帮的能力越强,所以可通过增加下台阶高度来提高煤壁抵抗失稳片帮的能力;不同方案割煤时,煤壁的垂直应力均小于片帮临界应力,因此不会发生失稳片帮;煤壁的上台阶高度减小,水平应力相应增加,位移量减小,下台阶的存在约束了上台阶煤体水平变形,使得煤壁前方支承压力变大,煤壁的承载能力增强,煤壁煤体稳定性增加,因此,可通过增加下台阶高度,提高煤壁稳定性.最终确定窑街三矿水平分层膏体充填开采的台阶高度比为1∶1∶1,为研究特厚急倾斜煤层采用短机身、大采高特殊采煤机割煤时所形成的台阶煤壁稳定性问题提供可靠理论支撑.