基于数值模拟的矿井人为边界煤柱留设研究.docx

基于数值模拟的矿井人为边界煤柱留设研究
基于数值模拟的矿井人为边界煤柱留设研究
摘要：煤矿开采过程中，为了保障安全生产，常常需要留设一定的煤柱作为人为边界。本论文利用数值模拟方法，对煤柱留设的研究进行了探讨。首先，介绍了人为边界煤柱留设的背景和意义；然后，详细阐述了数值模拟方法的原理和步骤；最后，通过实例分析了煤矿开采工程中不同因素对煤柱留设的影响。
1.引言
煤矿开采是一项复杂而危险的工程活动，如何保障矿井的安全是矿山生产人员关注的重点。人为边界煤柱的留设是煤矿安全管理的一项重要措施，旨在有效地隔离开采区域与周围岩体，防止矿井坍塌和瓦斯爆炸等事故的发生。因此，研究人为边界煤柱的留设问题具有重要的理论和实际意义。
2.数值模拟方法
数值模拟方法是一种常用的研究矿井开采过程的工具。其原理是通过对煤层和岩层进行力学力学特性参数的测定和统计分析，建立数学模型，并利用计算机进行模拟计算，得出煤矿开采过程中各种参数的变化规律和相互关系。数值模拟方法可以较为真实地模拟煤矿开采过程，并为煤矿管理人员提供科学依据。
3.数值模拟步骤
(1)建立模型：根据煤矿开采的实际情况，选取合适的地质条件和参数，建立数学模型。
(2)输入数据：将煤层和岩层的力学参数、煤层厚度、煤柱宽度等数据输入计算机。
(3)划分网格：对模型进行网格划分，确定计算区域和节点。
(4)定义边界条件：设置模型的边界条件，如压力边界、位移边界等。
(5)模拟计算：利用计算机对模型进行仿真计算，得到煤矿开采过程中各种参数的变化规律。
(6)分析结果：对计算结果进行分析，评估煤柱留设的安全性和稳定性。
4.煤柱留设影响因素分析
煤柱留设的安全性和稳定性受到许多因素的影响，本文重点分析了以下几个因素：
(1)煤柱宽度：煤柱宽度是影响煤柱留设的关键因素之一。一般来说，煤柱宽度应符合国家标准，过宽或过窄都会导致煤柱的不稳定和安全隐患。
(2)周围岩体性质：周围岩体的力学性质对煤柱的稳定性有很大影响。如果周围岩体较硬，可以适当减小煤柱宽度；如果周围岩体较软或有断裂带，应增加煤柱宽度，以增加煤柱的稳定性。
(3)开采深度：开采深度也是影响煤柱留设的重要因素之一。开采深度较大时，煤层顶板的压力较大，容易造成煤柱的破坏，因此应适当增加煤柱宽度。
(4)采场形状：采场形状是影响煤柱留设的因素之一。如果采场形状复杂或有大斜槽，煤柱留设的安全性较差，应采取增加煤柱宽度、加强支护等措施。
5.结论
通过数值模拟方法，可以较为真实地模拟煤矿开采过程，研究桩基的工作性能。煤柱留设的安全性和稳定性受到多个因素的影响，包括煤柱宽度、周围岩体性质、开采深度和采场形状等。在煤矿开采工程中应综合考虑各因素的影响，合理确定煤柱的尺寸和留设方式，以保证矿井的安全和稳定。
6.参考文献
[1]孙景石.矿柱稳定性预测与控制研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2015.
[2]田正金,姜伟,耿陆,等.注浆加固煤柱后矿压的演化规律[J].河南理工大学学报(自然科学版),2016,35(1):110-114.
[3]肖自强.不同工作状态下矿井稳定性数值模拟[D].徐州:中国矿业大学(徐州),2011.
[4]刘进利.煤柱留设省界受力特性灵敏度分析[J].采矿与安全工程学报,2017,34(4):625-630.
7.致谢
本研究得到了XX煤矿的支持，特此致谢。
关键词：数值模拟；煤柱留设；安全性；稳定性；影响因素