软弱基底内排土场支挡煤柱的力学效应

作     者：王东 李广贺 曹兰柱 白润才 宋子岭 WANG Dong;LI Guanghe;CAO Lanzhu;BAI Runcai;SONG Ziling

作者机构：辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2019年第44卷第3期

页      面：933-940页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0820[工学-石油与天然气工程] 0817[工学-化学工程与技术] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0815[工学-水利工程] 0827[工学-核科学与技术] 0813[工学-建筑学] 0802[工学-机械工程] 0703[理学-化学] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51874160 U1361211) 辽宁省高等学校创新人才支持计划资助项目(LR2016039) 

主　　题：软弱基底 内排土场 煤柱 支挡效应 等效黏聚力 等效内摩擦角 

摘      要：留设支档煤柱是提高软弱基底内排土场稳定性的重要手段之一。为了解决软弱基底内排土场支挡煤柱形态参数设计难题,实现矿山安全生产和经济效益兼顾,对软弱基底内排土场支挡煤柱的力学效应及形态设计方法进行研究。在构建软弱基底内排土场支挡煤柱力学模型的基础上,进行三维受力状态分析,将支挡煤柱视为在内排土场静止土压力及底界面剪切力双重作用下的固定梁,以摩尔-库伦准则作为失稳判据,推导获得了煤柱三维支挡效应的表达式;基于对煤柱三维支挡效应的力学成因类型及影响因素的认识,提出了煤柱支挡效应的二维等效方法,推导了底界面等效黏聚力c_d与等效内摩擦角φ_d的表达式,从理论上揭示了支挡煤柱形态参数对支挡效应的影响。将该方法在胜利东二露天煤矿内排土场支档煤柱设计中进行了应用,并采用数值模拟方法进行验证。研究结果表明:煤柱底界面的等效黏聚力c_d及等效内摩擦系数tan φ_d与其顶宽a、下底角β,ω均呈正相关反比例函数关系,与高度H呈正相关倒差函数关系,与长度d呈负相关反比例函数关系;胜利东二露天煤矿内排土场边坡稳定系数F_s随支档煤柱顶宽a增加而增加,与煤柱高度H呈线性递增关系;煤柱的最佳尺寸为高度H=28 m,顶宽a=43 m,与传统的二维分析结果相比,可多才出原煤75 600 m^3,经济效益显著。成果可用于优化设计软弱基底内排土场支挡煤柱形态参数,弥补采用传统方法设计造成的煤炭损失过大的不足,实现经济效益最大化。