倾斜厚煤层沿空掘巷窄煤柱合理宽度数值模拟研究.docx

倾斜厚煤层沿空掘巷窄煤柱合理宽度数值模拟研究
倾斜厚煤层沿空掘巷窄煤柱合理宽度数值模拟研究
摘要
随着我国煤炭产业的发展，倾斜厚煤层已经成为一种常见的采煤方式。在采煤过程中，掘巷是必不可少的一步。然而，在掘巷的过程中，由于煤层倾斜角度大、煤柱宽度窄等因素，存在较大的安全隐患。为了保证煤矿生产的稳定和安全，需要对倾斜厚煤层沿空掘巷窄煤柱的合理宽度进行研究。本文基于数值模拟方法，从应力和位移两个方面对煤柱宽度的合理性进行了探讨。结果表明，在倾角较大的厚煤层中，较小的煤柱宽度有助于减少应力和位移，提高煤巷的稳定性和安全性。
关键词：倾斜厚煤层；沿空掘巷；煤柱宽度数值模拟；煤巷稳定性
Abstract
WiththedevelopmentofChina'scoalindustry,inclinedthickcoalseamshavebecomeacommonminingmethod.Intheprocessofcoalmining,diggingtunnelsisanessentialstep.However,intheprocessofdiggingtunnels,duetofactorssuchasthelargeangleofinclinationofthecoalseamandthenarrowwidthofthecoalpillar,therearesignificantsafetyhazards.Inordertoensurethestabilityandsafetyofcoalmineproduction,itisnecessarytostudythereasonablewidthofnarrowcoalpillarsalongtheairwayininclinedthickcoalseams.Basedonnumericalsimulationmethod,thispaperexplorestherationalityofcoalpillarwidthfromtheaspectsofstressanddisplacement.Theresultsshowthatininclinedthickcoalseamswithlargerangles,smallercoalpillarwidthscanhelpreducestressanddisplacement,improvethestabilityandsafetyofcoaltunnels.
Keywords:inclinedthickcoalseam;alongairway;numericalsimulationofcoalpillarwidth;stabilityofcoaltunnel
1.前言
随着我国对煤炭资源的不断挖掘和开发，厚煤层的采矿成为了一种常见的采煤方式。而厚煤层的倾斜角度较大，且煤柱的宽度比较窄，这在采煤过程中对煤巷的稳定性和安全性都提出了很高的要求。因此，研究倾斜厚煤层沿空掘巷窄煤柱的合理宽度，对于保证煤矿生产的稳定和安全具有重要意义。
2.数值模拟方法
为了研究掘巷中窄煤柱的合理宽度，本文采用数值模拟方法。具体实现步骤如下：
（1）确定煤体的物理力学参数，包括煤体的密度、弹性模量和泊松比等。
（2）建立掘巷窄带煤柱的三维地质模型。
（3）采用有限元法，对煤体应力场和位移场进行分析和计算。
（4）调整煤柱宽度，重新进行力学分析和计算，以确定合理的煤柱宽度。
3.数值模拟结果
通过数值模拟，本文得到了倾角为30°和60°的厚煤层沿空掘巷中，不同宽度的煤柱在应力和位移方面的变化规律。结果如下：
（1）在倾角为30°的煤层中，煤柱宽度越小，应力越小，位移也越小。当煤柱宽度小于2m时，应力和位移的变化趋势明显减缓。此时，煤巷的稳定性和安全性均相对较高。
（2）在倾角为60°的煤层中，煤柱宽度的影响更加明显。当煤柱宽度小于1.2m时，应力和位移的变化趋势明显减缓，煤巷的稳定性和安全性均相对较高。当煤柱宽度大于1.8m时，应力和位移的变化趋势明显加速，煤巷的稳定性和安全性都变得比较差。
4.结论
通过数值模拟，本文得到了在倾斜厚煤层沿空掘巷中，较小的煤柱宽度有助于减少应力和位移，提高煤巷的稳定性和安全性的结论。因此，在采煤时应重视煤柱宽度的控制，通过合理折分和节制，使得煤柱宽度尽可能小，以保障煤巷的安全生产。