动静载作用下区段煤柱能量响应特征及动力失稳机制

作     者：王方田 王文林 牛滕冲 魏学谦 WANG Fangtian;WANG Wenlin;NIU Tengchong;WEI Xueqian

作者机构：中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116 陕西华彬煤业股份有限公司陕西咸阳713500 中赟国际工程有限公司河南郑州450007 

出 版 物：《采矿与安全工程学报》 (Journal of Mining & Safety Engineering)

年 卷 期：2024年第41卷第2期

页      面：221-231页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51974297) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(2023ZDPY03) 

主　　题：动静载 煤柱 能量响应 动力失稳 安全高效开采 

摘      要：针对综放工作面回采过程中高静载及强动载扰动下区段煤柱动力失稳问题,以陕西蒋家河煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟、实验测试及现场实测等方法研究区段煤柱失稳能量判据、极限能量解析解、静载作用下区段煤柱应力、极限能量演化规律及动力能量响应特征,从能量角度阐明区段煤柱动力失稳机制,并对煤柱动力失稳危险区进行精准预测。结果表明:煤柱动力失稳应满足煤体单位时间内释放能量煤体耗散能量,静态失稳则满足煤体单位时间内释放能量≤煤体耗散能量。区段煤柱极限能量与最小主应力呈二次正相关关系,煤体损伤的加深会降低煤体极限能量。动静载组合影响下区段煤柱应力、弹性能均增大,超前采动应力影响范围约为工作面前方80 m,塑性区范围内区段煤柱弹性能极限能量,验证了理论分析的正确性。以弹性能与极限能量负向差值表征煤柱动力失稳危险性,负差值越大,动力失稳危险性越高。动载荷作用下,区段煤柱竖向应力峰值由41.87 MPa增至43.02 MPa、弹性能峰值由0.22 MJ/m^(3)增至0.24 MJ/m^(3)、塑性区逐渐延伸以至贯通,最大负能量差约为0.02 MJ/m^(3),其所在区域主要位于煤柱顶端及两帮,其中超前段区段煤柱采动侧距离巷道帮部约3.0 m处达到负能量差峰值,是煤柱动力失稳的高危区域,通过对照工作面月度微震能量事件,验证了煤柱动力失稳机制研究的合理性。