.因此,若时间间隔[0,tmin]大于所允许的值,则可认为此阶段煤柱没有失稳危险.
.1 煤柱软化系数及黏滞系数的影响
图3(a)表明,对于同一软化系数,随着黏滞系数η的增大,煤柱稳定时间增长.但对于同一黏滞系数,随着煤体软化系数的增大,保持煤柱的稳定时间将快速减小.因此在短壁开采形成保留煤柱后,应控制保留煤柱的软化程度,并通过工程技术途径加强煤柱的稳定性.
3.2 顶板刚度的影响
K=Kd/(λSH/)为顶板刚度与煤柱软化刚度比系数,与顶板刚度、煤柱高度成正比,与煤柱面积成反比.由图3(b)可知,对于同一黏滞系数,煤柱的稳定时间随顶板刚度Kd的增大而减小,对于同一顶板刚度Kd,随黏滞系数的减小,煤柱稳定时间减小,这表明顶板越坚硬,刚度越大,而煤柱流变性差,则煤柱稳定性越差;反之,顶板越软,刚度越小,煤柱流变性大,则煤柱稳定性越好.这也说明了坚硬岩板下较硬煤柱容易失稳的原因.因此,在短壁开采过程中,应针对不同顶层的物理力学特征,合理设计保留煤柱的尺寸,即使在坚硬顶板下的煤柱具有较长的稳定时间.例如对于给定采高合理增大保留煤柱的宽度,使用一定的工程技术手段减小煤柱的软化系数,从而达到增大煤柱稳定时间的目的.
图3 煤柱稳定时间t与λ,η和顶板刚度的关系曲线
Fig.3 Therelationshipcurvesofthestabilitytimetofcoalpillarandλ,ηandstiffnessoffloor
3.3 煤柱几何尺寸的影响
由图4(a)可知,随煤柱高度的增加,煤柱的稳定性越差,稳定时间越短.煤体的流变性表现在,
图4 煤柱稳定时间与煤柱高度和煤柱面积的关系曲线
Fig.4 Therelationshipcurvesofthestabilitytimeofcoalpillar,itsheightanditsarea
第4期徐金海等:煤柱稳定性的时间相关性分析437随黏滞系数的减小,煤柱的稳定时间减小.因此,在一定的条件下,煤体一定的流变性有助于煤柱的稳定.由图4(b)可知,随煤柱面积的增加,煤柱的稳定性越好,稳定时间越长.鉴于此,在控制采出率的前提下,可适当增大保留煤柱的宽度,相对减少煤柱高度对煤柱稳定的影响,煤体的流变性表现在,随黏滞系数的减小,煤柱的稳定时间减小.因此,在一定的条件下,煤体一定的流变性有助于煤柱的稳定
.4 工程应用
如图5所示,根据五阳煤矿短壁开采设备性能和工
艺要求,采硐长度12～15m,则每个条采的宽度应为
21.5～25.7m.根据理论分析与开采经验,确定保护煤
柱30m,采宽24m.五阳矿按此参数进行了村庄下短
壁开采试验.试验结果如图6所示.实测结果表明,在
经历18个月时间,煤柱变形量达100mm左右时,煤柱
及其上方顶板基本稳定.这与理论分析结果(煤柱变形
量110mm、时间20个月左右)基本相符.图5 村庄下短壁开采工作面的布置Fig.5 Thelayoutofshort-wallminingfaceundervillagesa———保护煤柱宽度;L———开采宽度;d———开采煤柱宽度;
D———采硐宽度;α———采硐与支巷夹角
5 结 论
煤柱的时间稳定性与煤体的蠕变延迟时间成正比
,
图6 实测结果
Fig.6 Themeasureresult
在一定的条件下,煤体的流变可增长煤柱的长期稳定时间.顶板刚度、煤柱高度与煤柱的稳定时间成反比,而煤柱的横截面积与煤柱的稳定时间成正比.理论和实践均表明,可以通过一定的工程技术手段,改变煤柱及顶板力学性质,使煤柱能保持长期稳定.理论分析的预测结果与工程现场实测具有较好的一致性,据此可对短壁开采煤柱留设设计、防止地表二次沉陷进行某种程度上的定性和定量分析.
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