房柱式采煤法煤柱的稳定性分析
柱式体系采煤法
柱式体系采煤法 It was last revised on January 2, 2021柱式体系采煤法柱式体系采煤法可分为房式和房柱式采煤法，有时房式采煤法也称为巷柱式采煤法。
在煤层内开掘一系列称为煤房的巷道，煤房左右用联络巷相连，这样就形成一定尺寸的煤柱。
煤柱可留下不采，用以支撑顶板，或在煤房采完后，再将煤柱按要求尽可能采出，前者称为房式采煤法，后者称为房柱式采煤法。
按装备不同，柱式体系采煤法可分为传统的钻眼爆破工艺和高度机械化的连续采煤机采煤工艺两大类。
传统的爆破落煤工艺与煤巷钻眼爆破掘进基本相同，高度机械化的柱式体系采煤法主要在美国、澳大利亚、加拿大、印度和南非等国应用。
我国地方煤矿，特别是乡镇煤矿应用机械化水平低的柱式体系采煤法较多。
近年来我国部分大型现代化矿井也引进了连续采煤机等配套设备，提高了机械化程度。
部分矿井用于回收边角煤柱或地质破坏带煤柱。
第一节房式采煤法房式采煤法的特点是只采煤房不回收煤柱，用房间煤柱支撑上覆岩层。
煤房宽度取决于采高、采深、顶底板稳定性及设备。
采用连续采煤机开采时的煤房宽度多为5～7 m，钻眼爆破开采时的煤房宽度多小于4 m。
以下只对高度机械化的房式采煤法进行介绍。
一、盘区巷道布置及主要技术参数1．盘区巷道布置示例美国某矿采用房式采煤方法的巷道布置如图9—1所示，主巷5条，盘区准备巷道3条，在盘区巷两侧布置煤房，形成区段。
区段内6个煤房同时推进。
房宽7 m，煤柱尺寸为8 m×8 m。
区段间煤柱宽度为8 m，因受地质构造影响，煤房长约220 m。
2．房式采煤法技术参数(1)平巷数目根据运输、行人、工作面推进速度、顶板管理方式及通风能力综合确定平巷数目，因为掘进和采煤合一，因而多条巷道并列布置对生产及通风更有利。
通常主副平巷为5～8条，一般中间数条进风，两侧回风，区段平巷为3～5条。
由于通风和安全的要求，还需同时开掘横向联络巷贯通每条平巷。
：(2)煤柱尺寸煤柱尺寸由上覆岩层厚度、煤层和底板强度确定，常留设8～20 m宽的煤柱。
第一章 房柱式采煤法的基本特点及应用情况
第三节 房柱式采煤法的 主要优缺点及使用条件
与长壁相比房柱式采煤法的主要优点
1．设备投资少 一套短壁采煤设备的价格为长壁综采的1/5~l/6．而其单产一般为长 壁的1/2~1/3左右。因此建设一个规模相同的矿井，短壁采煤法的设备投 资较低。 2．采掘合一，建设期短，出煤快 由于采、掘使用同一类型的机械设备，采掘基本合一，多巷(房)掘进 即为采煤，矿井开拓及准备工作量很小，建井期短，出煤快。特别对于用 平峒开拓的中、小型矿井，在一年左右或更短的时间内即可很快投入生产。 3. 设备运转灵活，搬迁快 由于利用煤柱来维护顶板，采场压力小，支护较简单，这就为设备搬迁 创造了有利条件。美国的采煤设备多用履带或胶轮，可自行行走，移动十 分方便灵活，提高了搬迁、折、装效率。因此可以在不规则地带、综采不 宜连续推进的条 件下采用。
使用条件
1．开采深度较浅，一般不宜超过300～500m； 2．近水平薄及中厚煤层； 3．顶板中等稳定以上； 4．底板较平整，不太软，且保持干燥； 5．煤质较硬,无积水； 6，瓦斯含量小，为低瓦斯矿井或高瓦斯矿井的低
沼气煤层； 7．煤层不易自燃； 8. 非近距煤层群。
柱式体系采煤法中的美国短壁法(short wall system)是不同于房柱式采煤法(room and pillar system)的一· 种短工作面采煤法。这种 采煤方法的巷道布置、通风系统和工作面液 压支架等均与长壁式采煤法相似，不同的是 工作面短(30～75m)，采煤设备采用房柱式采 煤法使用的连续采煤机，有时也使用梭车。 因此，这种方法实质是柱式与壁式体系相结 合的一种采煤方法。由于这种方法在美国使 用较少，下面将着重介绍与房柱式采煤法开 采技术有关的问题.
房柱式开采
房柱式采矿法在井下采矿的应用
房柱式采矿法在井下采矿的应用房柱式采矿法是一种常用的采矿方法，应用广泛，能够有效地提高井下采矿的效率和安全性。
本文将介绍房柱式采矿法在井下采矿中的应用，并探讨其优缺点。
1. 房柱式采矿法的原理和流程房柱式采矿法是一种支柱式采矿法，其原理是在矿井中开凿出一系列大小不等的房间，然后在房间之间留下一些柱子作为支撑，将煤炭从房间侧壁中切割出来，然后进行运输和加工。
具体流程如下：（1）开拓房间：首先需要在煤矿床的顶部和底部开掘出水平的房间。
根据矿井地质条件的不同，房间的大小和形状可以进行适当的调整。
（2）布设支撑柱：在房间之间留下一些柱子，作为支撑，防止房间坍塌。
支撑柱的尺寸、种类和间距由矿井地质条件所决定。
（3）采煤：在房间侧壁中，使用切割机将煤炭切割出来，并运输到地面进行处理。
2. 房柱式采矿法的优点房柱式采矿法相比于其他采矿方法具有以下优点：（1）适用范围广：房柱式采矿法适用于各种类型的煤炭矿床。
由于其灵活性，可以根据不同的地质条件进行调整，因此能够应对更多的采矿环境。
（2）采煤效率高：采煤时不需要移动支撑柱，便于操作，也不会损坏矿井结构，因此能够保证高效率的采煤。
（3）安全性较高：支撑柱的设置能够有效地防止矿井坍塌，提高了操作人员的安全保障。
（4）节能环保：由于其采煤效率高，运输及加工的过程也较为简单，因此采用这种采煤方法会减少能源消耗，同时也能够减少对环境的污染。
3. 房柱式采矿法的缺点房柱式采矿法虽然有诸多优点，但也存在一些缺点：（1）支撑柱较多：为了保障采煤安全，采用房柱式采矿法必然需要布设支撑柱，这样就会导致采煤的空间受到限制。
（2）难以对采煤顺序进行控制：柱子的设置难以调整，因此会限制采煤的顺序，不能按需求进行控制。
（3）难以充分利用煤炭资源：由于支撑柱的设置，采煤的空间受到限制，这样会导致煤炭的利用率降低。
4. 总结房柱式采矿法是一种常用的采矿方法，具有适用范围广、采煤效率高、安全性较高和节能环保等优点。
房柱式采矿法矿柱的力学特征分析
房柱式采矿法矿柱的力学特征分析作者：丁杨题正义来源：《硅谷》2008年第15期[摘要]为了最大限度回收矿柱资源，缓解矿井接续紧张，延长矿井服务年限，对房柱式采矿法矿柱的力学特性进行分析，着重从矿柱的应力分布、矿柱的受力和变形的一般规律、矿柱上的载荷计算、影响矿柱强度的因素、矿柱的破坏的形式等方面进行分析，为矿柱合理回收提供理论依据。
[关键词]矿柱载荷变形中图分类号：TD5 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0810077－02矿柱对维护矿房的稳定性来讲，是起主要作用的。
有些矿山使用房柱法开采时由于矿柱尺寸过小，造成了大范围的顶板冒落和岩移，是安全和生产都受到很大危害。
另一种情况是由于缺乏科学依据，有些矿山又把矿柱的尺寸选得过大，使矿石的回收率极低。
因此合理的矿柱尺寸对于加强回采工作的安全和提高技术经济指标具有重大的意义。
房柱式开采的关键技术是矿柱回收。
研究矿柱的回收问题，首先要研究矿柱的各种力学特性，矿柱作为采场的主体部分，在矿柱与顶底板相互作用的过程中，矿柱的力学性质起了至关重要的作用。
因此我们要对单个矿柱力学方面的性质进行研究，为矿柱的合理回收打下基础。
一、矿柱的应力分布分析一个矿柱的受载荷情况，既应考虑它的总载荷，也应考虑由此载荷所引起的应力分布，其中尤应首先考虑应力分布这一因素。
（a）理论分布图（b）实际的分布图在图1中，并排的两个矿房形成了一个宽度为Bp的矿柱。
当这两个矿房十分靠近时，可以认为矿柱的应力是其中每一个矿房所产生的应力集中相互作用的结果（应力叠加）。
因而在矿房壁面上（即在矿柱的壁面上）的最大切向应力会大于两个矿房所产生的最大切向应力。
矿柱内的轴向应力，在大多数情况下，也会大于原来的轴向应力[图1（a）]。
事实上绝大多数矿柱内的应力分布[图1（b）]与理论上推断的弹性应力分布有所不同。
由于爆破或解除约束而在表层岩石内所引起的应力松弛或局部破坏，将产生一个一般为0.6～1.8米厚的低应力区，从而使最大应力集中点移入矿柱的内部。
02-大理岩矿体房柱式采场稳定性分析
大理岩矿体房柱式采场稳定性分析孙万明1，2（1.煤炭科学研究总院开采设计分院，北京100013； 2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013）［摘要］根据某大理岩矿体房柱式采场工程技术条件，结合矿柱、顶板失稳机理，分别采用极限强度理论和分载面积法、厚跨比法和结构力学法等理论计算方法对矿柱和顶板的稳定性进行分析。
结果表明，该大理岩矿体及顶板强度高、完整性好，采用采10m 、留8m 的采留尺寸能够保证采场的长期稳定。
［关键词］大理岩矿；房柱式；采场稳定性；矿柱；顶板［中图分类号］TD823.5［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2018）03-0083-04Stability Analysis of Ｒoom and Pillar Stope of Marber Ore BodySUN Wan-ming 1，2（1.Mining Institute ，China Coal Ｒesearch Institute ，Beijing 100013，China ；2.Coal Mining ＆Designing Department ，Tiandi Science ＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China ）Abstract ：According engineering technology of room and pillar stope of one marber ore body ，with pillar and roof instability mecha-nism ，and then the stability of pillar and roof were analyzed by some theoretical calculation ，which include ultimate strength theory ，partial load area method ，thickness span ratio method and structural mechanics and so on.The results showed that the marber ore body was fully integrity and with highly strength ，so the size that mining 10m and remain 8m could ensured secular stability.Key words ：marber ore body ；room and pillar ；stope stability ；pillar ；roof［收稿日期］2018－03－16［DOI ］10.13532/11－3677/td.2018.03.021［作者简介］孙万明（1985－），男，山东聊城人，助理研究员，硕士，研究方向为建筑物下采煤与充填开采技术。
顶板-煤柱组合体稳定性研究综述
顶板-煤柱组合体稳定性研究综述刘付俊;岳尊彩;白麦营;钱恒昌;杜廷斌;尹大伟【摘要】With the gradual increase of coal mining intensity, a large number of safety coal pillars are left in the stope. The stability of these coal pillars and their overlying strata determines the safety of the whole stope, overlying rock and even the surface. Once the overall failure and instability of the composite system occurs, it will lead to many disastrous consequences. In this paper, the theoretical model research and mechanical behavior of roof pillar combination at home and abroad are summarized and reviewed, and some new opinions on the stability of the combination are proposed.%随着煤炭开采强度逐步加大,大量保安煤柱被遗留在采场中,这些煤柱及其上覆岩层组合系统体的稳定性决定了整个采场及覆岩乃至地表的安全,一旦组合系统体发生整体性破坏失稳,将导致许多灾难性后果.为此针对国内外顶板-煤柱组合体在理论模型研究及力学行为上的研究进行了归纳总结与评述,并对组合体稳定性能研究提出了一些新见解.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)008【总页数】4页(P209-212)【关键词】顶板-煤柱;组合体;围岩稳定性;理论模型;力学行为【作者】刘付俊;岳尊彩;白麦营;钱恒昌;杜廷斌;尹大伟【作者单位】兖矿集团有限公司,山东邹城 273500;兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院分公司,山东济南 250031;兖矿集团有限公司,山东邹城 273500;兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院分公司,山东济南 250031;兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院分公司,山东济南 250031;山东科技大学,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TD325为保障煤炭资源的安全、高效开采，大量煤柱需要留设在采场周围[1]，如条带煤柱、区段煤柱、防水煤柱、断层保护煤柱等。
柱式采空区煤柱稳定性分析与蹬空开采可行性研究_李登屹
层间距应大于下部煤层开采所形成的垮落带的高
度［1］。即最小层间距 Hb 为：
Hb=
M K- 1
+h
（1）
式中，M 为下煤层采高，m；K 为岩石碎胀系
数，取 1.3；h 为平衡岩层本身高度，m。
根据 8#、11# 煤层间岩性特征，11# 煤层顶板上
方厚 11.55 m 的粗砂岩可作为平衡岩层，故 h 取
11.55 m。代入计算得 Hb 的值为 22.78 m，而 8#、11# 煤层实际层间距为 23.81~42.15 m，平均 37.65 m，
可知 8# 煤层位于 11# 煤层采空区平衡岩层之上，
上覆岩（煤）层不会发生台阶错动，说明 8# 煤层可
以进行蹬空开采。
2.2 蹬空开采可行性的初步判定
此处分别利用采动影响倍数法、“三带”判别
+
θ 2
tanθ
（9）
式中，θ 为 7# 煤层底板岩体的内摩擦角，为
2011 年第 6 期 李登屹 柱式采空区煤柱稳定性分析与蹬空开采可行性研究
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40.32°。经计算，hm=1.41 m。 可见，在 7# 煤层开采引起的支承压力作用
对 11# 煤层采空区上覆岩层的稳定性影响较小。
11# 煤层煤柱的稳定性较好，刀柱的边缘可能已经
破坏，但刀柱的中心核区还具有承载能力，8# 煤开
采后，刀柱破坏的可能性比较大，护巷煤柱的承载
能力高，稳定性相对较好。
4 7# 煤层开采下伏岩层破坏特征及煤柱 稳定性
4.1 7# 煤采空区煤柱变形破坏分析［4－5］ 4.1.1 煤柱受力分析
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doi:10.3969/j.issn.1672- 9943.2011.06.020
我国条带煤柱稳定性研究现状及存在问题
第 卷第 期 年 月采矿与安全工程学报收稿日期!基金项目!教育部新世纪优秀人才支持计划 河南理工大学青年自然科学基金项目 作者简介!邹友峰 男 湖北省天门市人 教授 博士生导师 博士 从事矿山开采沉陷 岩层移动和 三下 采煤等方面的研究文章编号!我国条带煤柱稳定性研究现状及存在问题邹友峰!柴华彬河南理工大学测绘与国土信息工程学院 河南焦作摘要!为了揭示条带煤柱动力系统失稳的机理!丰富和发展条带开采优化设计理论!在综合分析大量文献的基础上!从煤柱的栽荷和强度"煤柱的尺寸设计"煤柱的稳定性分析等方面对条带煤柱的稳定性研究现状进行了论述 研究指出目前条带煤柱缺少在长期稳定性和动力稳定性方面的理论研究!通过深入系统地研究条带煤柱非线性动力系统稳定性的主要影响因素!应用非线性动力学理论!建立条带开采煤柱变形"破坏"滑动等非线性动力系统稳定性模型和稳定性的判定准则和分析方法!找出影响系统稳定性的控制变量!研究控制变量的变化规律!用调整系统控制变量的方法来防治系统失稳关键词!条带开采#煤柱#稳定性#非线性动力系统#研究现状中图分类号! 文献标识码!条带开采由于能有效地控制上覆岩层和地表沉陷 保护地面建 构 筑物和生态环境 在我国煤矿被广泛采用目前已成为我国铁路下 建筑物下及水体下压煤开采的有效技术途径 同时也是煤矿 绿色开采技术 体系中的重要内容之一鉴于条带开采在解放 三下 采煤中的重要作用 国内外学者对条带开采技术进行了大量的研究 特别是在条带开采地表移动的机理和规律。
条带开采地采矿与安全工程学报第卷表移动和变形预计条带煤柱载荷和强度的计算、条带开采尺寸设计条带煤柱稳定性的分析方法等方面取得了大量的研究成果条带开采煤柱的稳定与否是条带开采成败的关键煤柱稳定性是指在一定时间内在一定地质力和工程力的作用下因开采后煤柱内应力重新分布而出现弹塑性变形或裂隙但不产生破坏性的垮落和滑动煤柱作为顶板煤柱底板整体开采系统中的一部分由顶底板的失稳或者由于开采引起煤岩体中应力的变化当应力增加时煤柱边缘开始屈服或垮落都可能导致煤柱缓慢或突变性的失稳目前我国条带开采煤柱稳定性的研究主要包括煤柱的载荷和强度包括瞬时强度和长时强度理论煤柱的尺寸设计煤柱稳定性分析等方面我国条带煤往稳定性的研究现状煤往的载荷按照极限强度理论当煤柱所承受的载荷超过煤柱的强度时煤柱就要破坏此时的煤柱是不稳定的如果煤柱所承受的载荷小于煤柱的强度煤柱就是稳定的因此正确估算煤柱所承受的载荷是煤柱设计的关键步骤之一计算煤柱所承受的载荷主要有有效区域理论压力拱理论和两区约束理论等有效区域理论有效区域理论假定各煤柱支撑着它上部及与其相邻煤柱平分的采空区上部覆岩的重量煤柱的工作载荷是在煤柱影响区域内的固定载荷大多数条带开采中采出条带宽度较小采空区内除直接顶冒落外基本顶一般不冒落冒落歼石不接顶所以采空区歼石不承载因此可认为采出宽度上覆岩层的重量全部转移到所留煤柱宽度上条带煤柱上的载荷可由下式计算式中为煤柱平均载荷分别为留设煤柱宽度和采出宽度为覆岩平均密度为平均开采深度由于煤柱边缘的破裂和松动引起的煤柱有效承载面积的减少煤柱应力系数应增加为应力系数是条带煤柱在规定最小围岩压力状态下的应力与围岩实际工作压力状态下的应力之比是个无量纲参数当采出宽度比较大采空区冒落歼石直接接顶时可利用提出的方法计算采空区歼石承载能力认为当煤体一侧未采另一侧无限开采时采空区内距煤壁处歼石承载的载荷为且该处与煤壁间的应力按线性分布据此假设对有限采动情况进行叠加可以得到采空区内歼石承载情况下条带煤柱载荷的计算公式为压力拱理论由于采空区上方压力拱的形成上覆岩层的负载只有很少一部分即开采层面与拱周边之间构成的岩层重量作用到直接顶板上其它部分的覆岩重量会向采面两侧的实体煤区拱脚转移最大压力拱的形状被认为是椭圆形其高度在采面上下方分别约为采面宽度的借压力拱的内宽主要受上覆岩层厚度的影响压力拱的外宽则受覆岩内部组合的影响亦即与托板控制岩层的位置及几何力学特性有关如果采宽大于压力拱的内宽则负载分布会变得很复杂即一个拱脚在边侧实体煤上另一个拱脚在采空区上此时压力拱不稳定有可能崩溃并伴随大量的覆岩沉陷即使对于采宽小于压力拱内宽的条件其稳定性也会随时间而发生变化因此拱脚煤柱一定要有足够的强度两区约束理论认为采空区承担的载荷与采空区内各点顶底板闭合量有关采空区内各点的垂直应力与距煤壁的距离成正比当该距离达到时采空区内各点的垂直应力恢复至原始载荷我国学者在研究了煤柱设计公式后认为经验公式存在因简化而带来的问题即将煤体的内摩擦角取固定值简化了煤体极限强度的计算式而煤体内摩擦角对极限强度的影响很大不应该用一个定值简化计算等文献通过实验分析对屈服带宽度表达式以及宽厚条带煤柱的稳定性计算公式进行了改进煤往强度理论煤柱强度是指每单位煤柱面积上能承受的最大载荷它是煤柱稳定性分析的基础众所周知岩石的强度与其尺寸形状边界条件和加载方式有关煤柱强度不仅与煤块的强度有关且取决于煤柱尺寸煤柱内部地质构造煤柱的自由表面煤柱与顶底板的接触和轴结力围岩岩性煤柱侧向力开采方式及载荷的时间演化等诸多因素瞬时强度主要有核区强度不等理论罗布拉尔把煤柱核区强度与实际应力联系在一起从而确定核区内不同位置的强度提出了用于长条煤第期邹友峰等我国条带煤柱稳定性研究现状及存在问题柱破坏包络面计算的通用公式格罗布拉尔法在某种程度上与的两区约束理论极为相似但由于建立的常数复杂降低了其实用性大板裂隙理论白矛将采空区沿走向剖面视为边界作用均布载荷的无限大板中一个很扁的椭圆孔口利用弹性断裂理论推导出孔口端部煤柱距煤壁任一距离点的应力计算公式极限平衡理论阿尔拉麦夫侯朝炯和马念杰研究了承载矿柱与顶底板的接触面上有整体内聚力条件下的任意三边尺寸比值的矿柱应力状态并得到规则矿柱的顶面和中性面所受垂直应力的分布状态长时强度条带煤柱是一种在长期载荷作用下的受力结构体由于蠕变造成的应变能否趋于稳定取决于上覆岩层作用于煤柱上载荷的大小以及煤柱能使这种蠕变量保持稳定的临界载荷值的大小如果条带煤柱承受的恒定载荷小于这个临界值那么煤柱即使产生蠕变也只能是稳定蠕变不会造成条带煤柱的破坏失稳反之将出现不稳定蠕变这样在长期载荷的作用下蠕变量可能超过允许值最终导致条带煤柱的破坏失稳由于流变作用的影响条带煤柱的强度随上覆岩层作用的时间延长而降低其最低值就是时间趋于无限长时的强度该值是煤柱蠕变破坏的最低应力值即条带煤柱的长时强度煤柱的长时强度是一个很重要的流变力学指标在指标范围内煤柱可以长期受载其蠕变变形将趋于某一定值在煤柱设计时若仅参照煤柱的瞬时强度而不考虑煤柱的长时强度就不能确保条带煤柱的长期稳定性因此在进行煤柱强度计算时应以煤柱长时强度作为强度的计算指标文献认为岩石长时强度约为瞬时强度的煤往尺寸设计在条带开采尺寸设计研究方面一般认为有个基本准则一是条带煤柱有足够的强度和稳定性从而能长期有效支撑上覆岩层的载荷二是条带采宽应限制在不使地表出现波浪下沉盆地而呈现单一平缓的下沉盆地通常条带煤柱尺寸根据采深采厚采宽以及煤层和上覆岩层的力学性质等因素确定采宽根据采深和上覆岩层的岩性确定根据条带开采的经验条带采宽应不使地表出现波浪下沉盆地而呈现单一平缓的下沉盆地采出条带宽度一般为为采深当煤层顶板坚硬煤柱尺寸按单向受力状态计算采宽尺寸可按压力拱曲线理论计算单向应力法留设条带开采尺寸的基本原理为煤柱的单向抗压强度应大于矿体实际承受的荷载矿体实际承受的荷载可按有效区域理论确定煤层开采后采空区若被冒落歼石密实充填或充填法管理顶板时煤柱尺寸应按三向受力状态计算等在相同采出率的条件下增大采出条带的宽度可提高条带开采的效率文献将开采沉陷学与工程岩体力学弹塑性力学流变学相结合论述了条带开采采宽留宽优化设计原则和方法此外还有将岩层控制的关键层理论专家系统连续介质力学理论等用于条带开采设计煤往稳定性分析在煤柱稳定性分析方面的主要研究成果胡炳南从煤柱强度分析出发导出了任意方向弱面剪力强度安全系数计算式谢和平等提出了煤柱的破坏失稳是典型的非线性过程崔希民缨协兴应用从属面积法分析原理得出倾斜煤层条带煤柱应力表达式认为剪应力对煤柱强度和稳定性有影响高纬通过极限平衡法分析了煤层倾角对煤柱稳定性的影响邓喀中给出了含节理弱面煤层在单向和三向受力状态下条带煤柱的留设方法郭文兵采用模糊数学理论分析了条带煤柱的稳定性吴立新王金庄分析了煤柱屈服带宽度及其影响因素提出了条带煤柱屈服区极限平衡理论及煤柱屈服带宽度的变化规律和计算方法等上述所有方法未考虑煤层倾角煤柱剥落煤柱蠕变煤柱内瓦斯抽放水和湿度采区工作面几何形状对煤柱的影响解决的方法是通过加大煤柱设计宽度增大安全系数此外由于很难定量估计各种影响因素致使煤矿工程设计难度较大近年来非线性科学理论在矿业工程领域得到了越来越广泛的应用如神经网络理论已用于岩体力学参数的预测地表沉陷及其建筑物损害程度的预测等方面突变理论是用来研究不连续现象的一门新兴非线性科学在采矿工程等学科也得到广泛的应用条带煤往稳定性研究存在的问题尽管条带煤柱在煤柱载荷煤柱强度煤柱稳定性分析及其尺寸设计等方面取得了丰富的理论和实践经验但是在条带煤柱长期稳定性和条带煤柱动力稳定性方面的理论研究却很能少条带煤往长期稳定性条带开采能否取得成功其关键是要确保其条带开采工程岩体处于长期稳定煤柱的长期稳定性采矿与安全工程学报第卷是一大问题美国早期的房柱式开采在开采后几十年上百年后由于煤柱失稳曾引起地面突然沉降从而导致巨大危害因此采用煤柱支撑法时应考虑煤柱的长期稳定性大量的工程实践和理论研究表明矿山岩体采掘以后附近围岩中的应力重新分布而产生围岩的变形最初能够保持稳定的岩体但由于变形随时间推移而不断发展岩体可能最终发生失稳破坏即围岩体变形与时间因素密切相关所有岩体特别是中软弱岩体在载荷的长期作用下都具有其变形随时间延长而增大岩体强度随时间延长而降低的流变性质这一性质对于分析岩体工程的长期稳定性问题具有十分重要的意义然而在现有的条带开采稳定性的研究中大多未考虑时间因素条带煤往动力稳定性条带煤柱的失稳与破坏是典型的远离平衡态的非线性过程条带开采岩体动力稳定性是指煤柱上覆或下伏岩层力学系统在外力作用下在随时间流逝的过程中能否保持原来的平衡或运动状态和内部结构功能的性质如果在外界某种因素的扰动下岩层力学系统能够保持原来的平衡或运动状态则系统是稳定的平衡或运动状态同时系统保持了原有的内部结构功能如果岩层力学系统不能够保持原来的平衡或运动状态则系统是非稳定的平衡或运动状态从稳定的平衡或运动状态过渡到非稳定的平衡或运动状态的临界点就是系统的临界状态条带开采岩层失稳就是在外界的干扰下平衡状态或运动状态的突然改变过程在失稳过程中系统一般要释放大量的能量同时可能造成巨大的灾害并且系统失去原有的内部结构功能因此条带煤柱稳定性方面的研究有必要对其动力系统稳定性进行分析结论开采沉陷研究的主体就是采动岩体地下开采导致的覆岩移动破坏是非常复杂的非线性动态移动过程条带开采煤柱动力系统为一开放体系与其自身及其环境有着力学的能量的等各种耦合作用其失稳与破坏是典型的远离平衡态的非线性过程条带煤柱动力系统的演化总要趋向于一种吸引子态在不稳定的吸引子态一经外部触发系统的状态就要发生失稳这是条带开采煤柱运动破坏的规律结合非线性动力学理论系统深入研究条带开采煤柱动力稳定性的主要影响因素建立条带开采煤柱变形破坏滑动等稳定性模型和稳定性的判定准则和分析方法找出影响条带煤柱动力系统稳定性的控制变量并研究控制变量的变化规律用调整系统控制变量的方法来防治系统失稳条带开采煤柱动力系统稳定性研究对揭示条带开采岩体失稳的机理丰富和发展条带开采优化设计理论促进条带开采技术在三下采煤中的应用和发展提高地下煤炭资源采出率保护地表建筑物和生态环境实现煤炭工业的可持续发展具有重要的理论和实际意义参考文献!郭文兵邓喀中邹友峰岩层与地表移动控制技术的研究现状及展望中国安全科学学报钱鸣高许家林缨协兴等煤矿绿色开采技术中国矿业大学学报郭文兵邓喀中邹友峰我国条带开采的研究现状与主要问题煤炭科学技术邹友峰马伟民条带开采的主控因素矿山压力与顶板管理胡炳南袁亮条带开采沉陷主控因素分析及设计对策煤矿开采高纬条带开采岩层移动机理浅析矿山压力与顶板管理邹友峰何满潮条带开采地表沉陷预计的新理论水文地质工程地质第期邹友峰等我国条带煤柱稳定性研究现状及存在问题邹友峰马伟民何满朝等条采沉陷计算的空间分层介质力学法焦作矿业学院学报邹友峰邓喀中马伟民矿山开采沉陷工程徐州中国矿业大学出版社郭增长极不充分开采地表移动预计方法及建筑物深部压煤开采技术的研究北京中国矿业大学资源与安全工程学院吴立新王金庄郭增长煤柱设计与监测基础徐州中国矿业大学出版社王旭春黄福昌张怀新等威尔逊煤柱设计公式探讨及改进煤炭学报崔希民缨协兴条带煤柱中的应力分析与沉陷曲线形态研究中国矿业大学学报侯朝炯马念杰煤层巷道两帮煤体应力和极限平衡区的探讨煤炭学报刘沐宇徐长佑硬石膏的流变特性及其长期强度的确定中国矿业李世平岩石力学简明教程徐州中国矿业大学出版社邓广哲朱维申蠕变裂隙扩展与岩石长时强度效应实验研究实验力学胡炳南煤层群条带开采优化设计原则煤矿设计钱鸣高缨协兴许家林等岩层控制的关键层理论徐州中国矿业大学出版社张连贵黄福昌郭广礼等克州矿区综放开采地表移动盆地特征分析矿山测量胡炳南条带开采煤柱稳定性分析煤炭学报谢和平段发兵周宏伟等条带煤柱稳定性理论与分析方法研究进展中国矿业高纬倾斜煤柱稳定性的弹塑性分析力学与实践于广明地层沉陷中的突变现象及其研究进展辽宁工程技术大学学报王来贵何峰刘向峰等岩石试件非线性蠕变模型及其稳定性分析岩石力学与工程学报郭文兵邓喀中邹友峰走向条带煤柱破坏失稳的尖点突变模型岩石力学与工程学报!下WX Y"采矿与安全工程学报第卷参考文献!张晓春胡光伟杨挺青岩石板梁结构时间相关变形的稳定性分析武汉交通科技大学学报李云鹏王芝银单边自由的固支岩板轴弹性行为分析及其应用力学与实践刘宝深矿山岩体力学概论长沙湖南科技出版社余贤斌谢强李心一等岩石直接拉伸与压缩变形的循环加载实验与双模量本构模型岩土工程学报阿姆巴尔楚米扬不同模量弹性理论邹瑞锋张允译北京中国铁道出版社姚文娟叶志明不同模量横力弯曲梁的解析解应用数学和力学高潮刘相斌吕显强用拉压不同模量理论分析弯曲板计算力学学报陈志伟何江达张小平顺坡向单层岩体板裂结构模型轴弹塑性弯曲稳定分析四川大学学报工程科学版杨挺青罗文波徐平等轴弹性理论与应用北京科学出版社!上接第页"王来贵黄润秋岩石力学系统运动稳定性理论及其应用北京地质出版社郑颖人刘兴华近代非线性科学与岩石力学问题岩土工程学报。
煤柱稳定性计算
非煤：矿柱稳定性分析矿柱稳定性分析和评价矿柱不仅用于维护矿房的稳定，也用于隔离大面积空场与保护井巷、地表及建筑物的安全，矿柱形状及尺寸的选择既关系到采场的稳定性又关系到矿石回收率的高低，在实际工作中必须兼顾这两方面的因素，既能维护采场的稳定性，又能使矿石回收率最高。
从维护采场稳定性方面考虑，矿柱间距应小于极限跨度，矿柱横断面尺寸应满足强度要求。
如果个别矿柱尺寸过小，一旦被压跨，势必使采场实际跨度过大而导致冒顶，与此同时覆岩压力转移到其它相邻矿柱上也可能迫使这些矿柱破坏，引起连锁反应。
在矿体采矿引起了应力重新分布和矿柱荷载的增加，如图所示。
如果矿柱中的应力状态低于原岩强度，则矿柱保持完整。
当矿柱发生破裂时，采矿所关心的通常是矿柱峰值承载能力上。
其次关心的是矿柱峰值后，或是最终的荷载位移特性。
图矿柱轴线方向应力分量随着采场采矿的重分布矿柱对采矿所引起荷载的整体响应取决于该矿柱的绝对或相对大小。
矿柱岩体的地质构造和围岩对矿柱所施加的表面约束特性，图为矿柱变形性状的主要模式。
图矿柱变形性状的主要模式值得指出的是，矿柱在外载荷达极限值虽可能出现破裂，但并未立即丧失全部承载能力，其发展结果有两种：（1）破坏不再发展，矿柱继续保持稳定。
若顶板载荷随其下沉变形迅速降低，则矿柱屈服后仍可依靠残余强度支承地压，即继续保持自身的稳定。
（2）矿柱的破坏继续发展直至丧失稳定若顶板载荷随顶板的下沉变化很小，矿柱屈服后的残余强度不足以支承地压，故矿柱一旦屈服或破裂，必然一直发展至完全坍塌为止。
以上分析了矿柱设计的一般性原则，本次安全评价中采用了理论计算法对XXXXX 矿柱的稳定性分析。
3.1矿柱稳定性影响因素影响矿柱稳定性的因素较多，本次矿柱稳定性分析计算所考虑的影响因素主要有如下几项：（1）矿柱受载大小；（2）矿柱的高宽比；矿柱宽高比大的矿柱稳定性好，常常以宽高比做为矿柱设计的主要指标。
（3）矿房的尺寸与矿柱尺寸；矿房尺寸与矿柱分布应相互协调，矿柱的分布及尺寸宜保持均匀一致，否则尺寸小的或支护面积大的矿柱，可能先期破坏而将载荷转嫁于相邻矿柱，造成大面积垮塌。
房柱式采煤法在井下采煤中的应用分析
当孔 距在 ３ ｍ一１ ５ ｍ时 ， 单孔 注 浆 量 随着 孔 距 的增 大而 逐渐 提升 ， 前 后 注浆 量 相 互 影 响 ， 当孔距 ８ ． ８ ５ ｍ时 ， 钻孔 单 孔 注 浆 量 基 本 稳 定 ， 表 示 此孔 距下 前后 注 浆 量 未 发 生 相 汇 。可 见 ， 浆 液 扩 散 的 半径 在 ４ ． ４ ３ ｍ时 与理 论数值 模 拟结 果更 相 似。 ３ ． ２实 际采 空 区不 同倾 角注 浆位 置的 差异 由于 该煤 层 工 作 面 易受 到 断 层 影 响 ， 开 采 时 支架 倒 塌 、 工 作面 凸显 岩 石 等 现 象 均 对 开 采 工 作 与工 作面 的推 动有 所 阻 碍 。针 对 实际 问题 提 出 以 下改 善对 策 ： 设置 浆液 的注 入位 置 以工 作 面４ ４ ｍ～ ４ ８ ｍ 最为 适宜 。在 此基 础 上 配 备 有堵 漏 与 加 强监
［ ６ ］ 张伟． 房柱 式采煤 法在井 下采煤 的应 用［ Ｊ ］ ． 中国 新技术新产品 ， ２ ０ １ ２ ， （ １ ８ ） ： ９ ６ ． （ 责任编辑 ： 陈文明 ）
企业的战略选择 ， 必须坚持 以人 为本 、 源 头 治理 、 依 法 制 突 的原 则 ， 形 成 开 采 关 系 合理 、 系统环节 可靠、 装备安全 可靠、 防治措施 有 效， 实现 人 、 机、 环 境互 动 的 安全 生产 大 环 境 ， 从 根 本上消除突出危险， 才能防止突出事故的发生， 实 现矿井本质安全生产和可持续发展。根据 以上分 析， ６下 、 ７、 １ Ｏ 、 １ ６煤 均 不 具 备 下 保 护层 开 采 的 条 件， 因此南二采区选择 突出危险性次之 的 ６中煤 作 为上 保护 层开 采 。
参考文献 ：
柱式采空区煤柱稳定性分析与蹬空开采可行性研究
＝ ￣ ； ｖＺ ／ Ｒｑ
（） ３
式 中 ，， １ 层 老顶 的厚 度 ， Ｒ， １ ｈ 为 １煤 ｍ； 为 １
围之 内 ， 层结 构会 受 到一定 程 度 的破坏 ， 要采 煤 需 取 一 定 的安全 措施 才 能保证 ８煤 层 的正常 开采 。
１ 煤层 采用 刀柱 式开采 ， １ 留设 的煤柱 主要 是
采空 区刀柱 、 巷道保护煤柱和井田边界保护煤柱。 ３２１ 煤 柱受 力分 析 ．．
式中 ， Ｐ为煤 柱上 的总 载荷 ，Ｎ； 为煤 柱 宽 ｋ
度 ， 为采空区上覆岩层垮落角 ， ｍ； 一般为 ６ 。 ５； 为上 覆岩层 平 均容重 ， Ｎｍ ； 为载荷 系数 。 ｋ ／ 由于 上 覆 岩 层 结 构 一 般 具 有 一 定 的 自承 能 力 ，覆 岩传 递下 来 的 自重 应力 只是 岩层 自重 应力 的一部分 ， 当煤柱两侧均被采空时 ， 一般取岩层载 荷 传 递系数 ：／， １３则煤 柱 上单位 面积 的载 荷 即平 均 应力 为 ：
２ １ 年第 ６期 ０ １
李登 屹
柱式 采空 区煤 柱稳 定性 分析 与蹬 空 开采 可行性 研究
４ ９
“ 带 ” 别 理 论认 为下 部 煤层 开采 后 ， 空 三 判 采
采对 层 间岩 层 的影 响 ，计 算 １ 老顶 的破 断距 煤 １
为：
区上覆岩层将产生移动变形 ， 可能会形成“ 三带” ， 即垮落 带 、 隙带 和弯 曲下沉 带 。 裂 （） １ 垮落带高度的确定。 根据现场数据计算 ，
普通房柱法采矿对矿柱稳定性分析
普通房柱法采矿对矿柱稳定性分析摘要：本文通过对锡矿山闪星锑业有限责任公司南矿的开采历史、现状及地压岩移活动分析，对该矿普通房柱法采矿矿柱稳定性进行了分析。
Abstract：Through analysis of the history，current situation and ground pressure rock movement activities of south ore of Hsikwang Shan Twinkling Star Co.，Ltd.，this article analyzes the pillar stability in common home-and-pillar mining method.关键词：南矿；房柱法；地压；矿柱变形性；平均应力；临界尺寸；矿柱强度Key words：south ore；room-and-pillar method；ground pressure；pillar deformation；average stress；critical dimension；pillar strength中图分类号：TD851 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）18-0054-020 引言对于锡矿山南矿来说，主要是对飞水岩矿床进行开采。
自1897年开采飞水岩矿床以来，至今已117年，受各种因素的影响，解放前的开采方式为采富弃贫，乱采滥挖，造成大规模的空区，并且采完后没有进行任何的处理，因此频繁发生冒顶事故，矿工的生命财产安全受到严重威胁。
解放以后，采用房柱采矿法对锡矿山进行开采，使得采空区的面积逐渐增大，甚至许多采空区连成一体，引发急剧地压活动，大面积的地压活动先后层发生过三次，严重影响正常生产；因此怎样合理确定矿房与矿柱的尺寸和方式也是保证矿山安全生产的关键。
1 房柱法矿柱稳定性分析受矿体开采的影响，将会导致应力重新分布、增加矿柱荷载，如图1所示。
房柱式采空区遗留煤柱稳定性综合评价研究
［ 关键词 ］ 采空 区；煤柱 稳定 性；房柱 式采煤 法；煤柱 强度 ；煤柱载荷 ［ 中图分类号 ］Ｔ Ｄ ３ ２ ５ ． ３ ［ 文献标识码 ］Ａ ［ 文章编 号］１ ０ ０ ６ ・ ６ ２ ２ ５（ ２ ０ １ ３ ）０ ３ － ０ ０ ７ ８ － ０ ３ Ｃｏ ｍ ｐｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｅｖ ａ ｌ ｕａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｒｅ ｓ ｉ ｄｕ ａ ｌ Ｃｏ ａ ｌ － － ｐ ｉ ｌ ｌ ａ ｒ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ Ｒｏ ｏ ｍ・ － ａ ｎ ｄ－ － ｐ ｉ ｌ ｌ ａ ｒ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ
房 柱式采 煤法无 论是 作为 一种 常规 的柱式 体 系
采煤法 ，还是作为岩层及地表沉陷控制的部分开采 方法 之 一 ，在 国内外 均得 到 广 泛应 用 １ － ５ ］ ，尤其 是
在 开采边 角煤 、不 规则 块段 、 “ 三下 ” 压煤 等 条 件 下 取得 了较好 的经济 和社会 效益 。房柱 式采 煤法 在 采 空 区 内遗 留有 大量支 撑煤 柱 ，这些煤 柱对 采场 上 覆 岩层 直至 地表 的运动 起 到至关 重要 的作用 ，但 煤 柱 一旦 失稳 ，将 失去对 覆岩 的支 撑 ，易导致 采空 区
ａ ｐ ｐ ｌ ｙ ｉ ｎ ｇ ｑ ｕ ｌｉ ａ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｑ ｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｔ ｕ ｌ ａ ｅ ｘ ａ ｍｐ ｌ ｅ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｅ ｖ ｌｕ ａ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｏ ｌ— ａ ｐ ｉ ｌ ｌ ａ ｒ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｆ ｒ ｏ ｍ ｗｉ ｄ ｔ ｈ — ｔ ｏ — ｈ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ，ａ ｒｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ，ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ａ ｄ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ — ｐ ｉ ｌ ｌ ａ ｒ ． Ｅ ｖ ｌｕ ａ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｇ ｏ ｂ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ．
房柱式采空区对下煤层巷道稳定性的影响分析
江
西
煤
炭
科
技
２ｌ ０ ２年 第 １期
ＮＯ． １ ２ ２ Ｏｌ
Ｊ ＡＮＧＸＩＣ Ｉ ＯＡＬ Ｓ ＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＩ
房 柱 式 采 空 区 又 下 煤 层 蕾 追 稳 定 性 硇 影 响 分 析 Ｊ 丁
刘 树 ， 金 海 ， 徐 吴 锐 ， 士岭 张
（ 中国 矿 业 大 学 矿 业 工 程 学 院 ， 苏 徐 州 ２ １０ ） 江 ２ ０ ８
８ ３ ， 上 部 煤 层 间 距 为 ７４ ． ５Ｍｔ距 ． ９～ ２ ． ５ｍ， 均 间 距 为 １ ８ 平
１ ． ８ｍ， 煤 层 厚 度 较 薄 ， 计 中没 有 考 虑 开 采 ４ 煤 ４ ６ 因 设
１０Ｉ 。水 下 混 凝 土 浇 筑 完 毕 ， 强 ３ 后 ， 行 注 浆 封 闭 ５ ｌ Ｉ ３ 待 天 进 处 理 。先 压人 清 水 约 ５ｍ ， 进 行 注 浆 。 可 先 注 入 粘 土 一 ３再
１ 地 质 及 生 产 概 况
神 东 煤 炭 公 司 所 属 唐 公 沟 煤 矿 是 经 过 矿 井 技 改 后 投
产 的 矿 井 ， 计 生 产 能 力 为 １ ５ Ｍｔａ 目前 开 采 ３ 煤 层 ， 设 ． ／ ，
其下部 ４ 上煤 层 ， 均 煤 层 可 采 厚 度 １ ７煤 矿 的采 矿地 质条 件 ， 确 定 ４ 煤 层 煤 巷 掘 进 引起 ３ ｚ 层 房 柱 式 采 空 区 煤 柱 失 稳 拍 击 底 板 是 否 会 针 为 －煤
导 致 ４ 。 巷 失 稳 ， 用 Ａｂ ｑ ｓ 行 数 值 模 拟 ， 出 顶 板 大 面 积 垮 落 拍 击 底 板 的 冲 击 载 荷 不 会 对 煤 巷 造 成 巨 大 冲 击 影 ｔ 煤 利 ａｕ 进 得 响 ， 会 击 穿 巷 道 ， 工程 实践 提供 了重 要 的 指 导 意 见 。 不 为
采场超前煤柱稳定性以及可控性分析
的失稳准则一般采用极限强度理论。 在回收煤柱的 过程 中， 当遇到比较小的煤柱的时候， 一定要加强 支护或采取其它措施。以 免煤柱被压坏。 ３影响煤柱回收因素分析 影响煤柱回收因素中除了煤柱的稳定性之外 ， 还有以下几个方面的因素 ： ３ 上覆 岩层 的组成 ． １ 上覆岩层的组成不仅关系到煤柱尺寸的确定 、 设备选型、顶板管理方式以 及开采工艺的选择等 ， 而且还影响到矿井的经济效益。 房柱式开采法要求 煤层上覆岩层具备在合理尺寸的煤柱和临时支护 的控制 ， 开拓准备且 一 程能安全的完成 ， 而在煤 柱被后退 回收后叉易于垮落 的条件 。顶板岩层松 软， 煤柱回收时， 顶板管理困难 ， 易发生事故 ， 且为 了支护松软的顶板 ， 需要留设较大的煤柱， 煤炭损 失大， 不经济； 顶板十分坚硬， 煤柱回收后 ， 可能形成 大面积悬顶 ， 将导致残 留煤柱上的压力集中， 会形 成大面积的冒 顶事故 ， 造成人员伤亡和遗弃大量的 煤炭 ， 而为了防止大面积的冒顶事故 ， 则需实行强 迫放顶 ， 增加了成本， 也不经济。 ３ ＿ ２底板岩石的组成 由于底板在过高的顶板压力作用下会发生塑 性流变 ， 引起煤柱钻底。因而， 在确定煤柱尺寸、 开 采方法和煤柱回收的时候 ， 必须考虑底板的岩石状 况担 由于顶板高压力引起的底板轻微上鼓都可使 两帮煤柱显出顶板的应力得到卸载 ， 可提高顶板的 稳定性。理想的开采条件是有坚硬的页岩底板 ， 并 且顶、 底板和煤柱有足够的让压能力。 ３ ． ３地质构 造 异常的地质构造影响着开采方法的选择。 煤 当 被侵蚀 ， 出现顶板下沉、 或底板上鼓 ， 形成煤层尖灭 区， 或煤层中出现夹层及岩床或粘土岩脉时， 由于 存在一些滑移面 ，因而采用后退式开采法是危险 的。煤层中 存在着小到几毫米 ， 大到几米的硫铁矿 结核， 会妨碍开采作业 ， 使煤柱的回收速度放慢。 而 当岩层中存在不同于岩枕的 ， 老树干、 由 化石树干、 矿物或动物骨骼等形成的零星岩块时 ， 由于其与煤 或顶板岩层胶结很差 ， 可能突然的掉下来 ， 因而在 回 采煤柱遇到这类情况时， 必须采取特殊的控制措
浅埋房柱式采空区煤柱稳定性及控制研究
浅埋房柱式采空区煤柱稳定性及控制研究
刘欣欣;齐学元;耿俊俊
【期刊名称】《采矿与岩层控制工程学报》
【年(卷),期】2024(6)2
【摘要】老采空区受矿区早期采煤方法的限制,具有较强的隐匿性,很难得到有效治理,为其地表构筑物建设带来巨大挑战。
以昌盛煤矿房柱式老采空区治理为工程背景,采用理论分析、钻孔勘探、数值模拟以及现场瞬变电磁勘查等方法,分析了房柱式采空区覆岩裂隙特征;判别了房柱式采空区上地表的稳定性,数值模拟进一步分析得出,在新的单位载荷作用下,采场中央遗留煤柱将发生活化失稳,引起采场所有煤柱发生多米诺骨牌式破坏,进而导致房柱式采空区地表发生失稳。
基于对房柱式采空区稳定特征及浆液在房柱式采空区流动的特性提出了散点式注浆充填方案,给出了浆液配比及注浆工艺。
现场瞬变电磁勘查结果表明,散点式注浆充填法能有效实现老采空区的充分均匀充填,注浆效果整体良好,同时该方法可为对类似老采空区地表治理提供参考。
【总页数】10页(P100-109)
【作者】刘欣欣;齐学元;耿俊俊
【作者单位】内蒙古工业大学资源与环境工程学院;内蒙古工业大学地质技术与岩土工程内蒙古自治区工程研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TD325.3
【相关文献】
1.房柱式采空区遗留煤柱稳定性综合评价研究
2.浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱稳定性研究
3.上行开采房柱式采空区煤柱稳定性及顶板运动规律研究
4.房柱式采空区遗留煤柱稳定性的评价与研究
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房柱式开采煤柱稳定性数值模拟研究
鄂 尔 多斯 矿 区煤炭 赋存 的特 点是 埋 藏浅 、基 岩
薄 ，一 般上 覆 为厚松 散 风积 沙层 ，具 有典 型 的浅埋
柱 尺 寸 留设 为 ８ ×８ ｍ ｍ，开 采 煤 房 尺 寸 也 为 ８ × ｍ ８ 。回采过 程 中煤 柱 稳 定 性 良好 ，与邻 近 矿 井 相 ｎ ｉ 比 ，煤柱 尺 寸偏大 ，造 成一 定 的煤炭 资源 浪费 。如 煤柱 尺 寸 留设 过小 ，稳 定性 难 以保证 ，附近矿井 曾 发生 过 因煤柱 留设 过小 ，引起 大 面积顶 板 突然坍 塌 的严 重事 故 。因此 ，如何 合 理 的确 定煤 柱尺 寸 ，是 需要认 真 研究 的 问题 。 泰丰煤 矿 主要 开 采 ６ ２煤 层 ，井 田内该 煤 层 厚 度在 ４５—５３ ｍ 之 间 ，平 均 厚 ５０ ｍ，该 煤 层赋 ． ．４ ．２ 存 稳定 ，结构 简单 。其顶 板 岩性 以粉砂 岩 、砂 质 泥 岩 为 主 ，底 板岩性 主要为砂 质 泥岩 、粉砂 岩 ，局部
为细粒 砂岩 。 ２ 数值 模拟 实验 及计 算模 型
煤 层特 征 ¨ 。开采 经验 表 明 ，煤 层 埋 藏浅 ，矿压 Ｊ 不 一定 小 ，矿压 显现 也不 一定 ］ 目前 除神 华 集 团 的部 。
分现代化矿井采用长壁开采方法外 ，其他大多数矿
留设合理时 ，其 中间存在 弹性 区，能够 支撑 顶板。 目前泰丰煤矿 的煤柱尺寸 留设 过大，适 当减少 尺寸
是 合理 的 。
［ 关键 词 ］ 房柱 式开采 ；煤柱 稳定 性；数值 模拟 ；煤柱尺寸 ；浅埋煤层
［ 中图分类号 ］Ｔ ８ ３ ５ Ｄ ２ ．
【 文献标识码 ］Ａ
［ 文章编号 ］１０ －２ ５ （０ ８ ６０ １ －３ ０ ６ ２ ２０ ）０ － ７０ ６ ０
房柱法开采石膏矿采空区失稳机理及稳定性研究
房柱法开采石膏矿采空区失稳机理及稳定性研究摘要：近几年来，随着我国国民经济的不断增展，我国社会的建设也加快了步伐，经济建设的增长对石膏等非金属需要量不断扩大，我国石膏的年开采量一般以10%的速度向上增长。
目前，大多数石膏矿山采用房柱开采法开采石膏，开采后的采空区对人们的生命安全造成了严重的影响，严重威胁着矿区的安全。
近年来，随着安全事故的发生率越来越高，采空区稳定性研究具有越来越重要的作用，文章对房柱法开采石膏矿区采空区的失稳机理进行研究。
关键词：房柱法石膏矿采空区失稳机理在我国，石膏矿区的采矿方式普遍采用房柱法进行开采，然而，房柱法开采的方式会导致矿区出现许多采空区，随着我国对石膏用量的不断增加，采空区越来越多，在矿区开采的过程中，不少矿区的稳定性严重不足导致采空区的安全事故越来越多，对人们的生命安全造成了严重的影响。
据有关研究表明，采空区的稳定性主要由矿柱和顶板决定，因此，在保证采空区稳定性方面，要更加注重矿柱和顶板的稳定与安全。
下面对石膏矿区的采空区的失稳机理和采空区的稳定性进行详细的阐述。
一、采空区稳定性的类型随着我国社会发展和经济增长步伐的不断加快，我国对石膏的需求量越来越大，到目前为止，我国石膏矿区的主要采矿方式是房柱法，房柱法的开采方式主要以矿柱为核心，房柱法的开采方式使得矿区出现许多采空区，采空区的稳定性主要有矿柱和顶板所决定，据有关研究表明，我国房柱法开采石膏矿区的采空区的稳定性主要有以下几种类型：一是矿柱和矿房的稳定性状态，由于矿区从上覆岩层到地表的稳定性均属于弹性变形的状态下，而地表下沉部分的稳定性则是由覆岩的弹性、矿柱的弹塑性和顶板的压入量共同构成。
二是在矿柱稳定的情况下，矿房中的顶板岩层部分的稳定性，顶板岩层的稳定性是由于在矿房顶板岩层中具有平衡的拱结构，而矿房的地表下沉部分则是仍有具有弹性的岩层变形所导致的，顶板的变形又会对地表的下沉造成巨大的影响。
三是在矿房顶板稳定的情况下，矿柱的稳定性遭到破坏，这主要是由于矿柱上的载荷量超过了矿柱本身所能够承载的负荷量，从而导致矿柱坍塌，使得地表出现大范围的塌陷情况。
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５ 结 语 合 理地 确定 煤房 和煤 柱尺 寸 、 道 的布置 方式 ， 巷
对 于安 全高 效 的房柱式 开 采意义 重 大 。确 定煤 房 的
宽 度应 充分 考虑 顶 板 岩梁 是 否 稳 定 、 备 运行 所 需 设 要 的最 大宽度 ； 定 煤 柱 的 尺寸 应 充 分 考 虑地 质 条 确
一
杨
青 （９ ３ ） 男 ，３ ０ １安徽省合 肥市宣城路 ８ 号 。 １ ８一 ， ２ ０ ０ １
南 ｐ Ｌ 一面 了
杨 青 ： 柱 式采煤 法煤 柱 的稳 定性分 析 房
２１ 年 １ ０１ ０月第 １ ０期
由计算结 果 知道 ， 回收房式 开采 煤柱 时 ， 全 系 安 数 为 １８ ， ．７ 开采 引起 的应力 集 中不会 对 煤 柱造 成 破
该煤 矿 房式 开 采 的相 关参 数 ： ］＝ ６ＭＰ ； ［ ３ ａｇ
＝
８８１；＿ ． ａ ． ｆ ４ ７ｎ。代入上式 ， ３ ３ 得 ＝ ５２Ｍ ａ ３ ． Ｐ 。 房柱 式 规格 为 ８ ８ｍ ｘ８ ８ ｍ ×４ ７ｍ， ． ． ． 因此 煤
Ｆ ＝卢 Ｓ ＝２ ３×１ ｋ ． ７ ０ Ｎ
６ 。 Ｎ
’
其稳定性分析［ ］． Ｊ 煤炭学报 ，０ １２ （ ２ ０ ，６ 增刊） ７ －５ ：１７ ．
［ ２］ 赵 国旭 ， 和 平 ，马 伟 民 ．宽 厚 煤 柱 的 稳 定 性 研 究 ［ ］ 辽 宁 谢 Ｊ． 工 程 技 术 大 学学 报 ， ０ ４， ３ １ ：８４ ． ２０ ２ （ ） ３ －０ ［ ］ 翟 所 业 ，张 开 智．煤 柱 中部 弹 性 区 的 临界 宽 度 ［ ］ ３ Ｊ ．矿 山压 力 与 顶 板 管 理 ， ０ ３ ９ ４ １—６ ２０ ，１ （ ）：４１ ．
■
图 １ 从 属 面积 几 何 要 素
总 载荷 计算 ：
Ｐ ＝（ ｄ＋ｇ （ ） ｄ＋ｈ ｒ ． ）Ｈ 平 均应 力 ：
』 Ｐ ＝ Ｂ＝ Ｌ
，
中， 运到运输顺槽 ， 卸到刮板输送 机内， 与短壁 工作 面运输 顺槽 内的可 伸 缩 胶 带 输 送 机 对 接 ， 原 煤 运 把
输 到东 翼胶 带 机 中 ， 最终 运 到地 面 。
２ 煤柱的强度计算
煤 柱 强度 计算 公式 ：
０４ ６
＝
■ ■
ＭＰａ ．
式 中， ｄ为煤 房 宽度 ， ｈ为煤 房 长 度 ， ｐ为岩 层 ｍ； ｍ； 容 重 ， ｍ ； 开采深 度 ， ｔ 为 ／ ｍ。 根 据该 煤 矿 的具 体 情 况 ， ｄ＝７ ３ｍ， ｇ＝８８ ． ｈ＝ ．
件 以及 开采 条件 ， 柱 的 回收效 率 也 是 所 需要 考 虑 煤
的条件 之一 。
图 ２ 顶 板 所 受 弯 矩 分 布 图
＝ 一
ｐ＿ ＿ Ｌ Ｚ ｈ
一
参
考
文
献
三 ．
［ ］ 刘长友 ， １ 万志军 ， 卫建 清． 房柱式 开采煤柱 的承载 变形规律 及
由于 ｎ＞ｔ 所 以 Ｎ ＞ 顶板 初次 破断 的条 件 ： ， ， ａ Ｎ．
３ 煤柱应 力分布计算
因为 煤 柱 内应 力 的 分 布非 常复 杂 ， 在 只考 虑 现 煤 柱所 受 到 的平 均 应 力 ， 用 从 属 面 积 法 得 出应 力 利 的大小 ， １为从属 面积 法几 何要 素 。 图
设顶 板 所受 均 布 载荷 大 小 为 ｑ则 顶 板 结 构 中 ， 线 及各 条边 界 的弯矩 分布 情况 见 图 ２ 。 初 次破 断距计 算 如下 ： 板 的长 边 、 短边 中部 边界 处 弯矩 为 ：
适 的 尺寸 。
关 键词
房 柱 式采 煤 法
煤柱
煤房
房柱 式 开采 系 统 就 是按 照设 计 原 则 开 采 煤 房 ， 再 以后退 的方式 收 回煤柱 。当开 掘煤 层形 成煤 房 以 后， 煤房 两侧 的煤 柱 支撑起 顶 板岩 层 ， 似 于梁 的构 类 造 。按 照煤 房两 边 的 煤 柱对 顶 板 岩 梁 的 限制 情 况 ，
ｍ， ． Ｐ＝２ ５×１ ｔｍ ， ０ ／ Ｌ＝１０ ｍ ． 算 得 ＝８ ３ ０ 计 ．７ 该 矿煤 柱 许 用 应 力 ［ ］＝３ ａ 安 全 系 数 ６ ＭＰ ，
式 中 ，。 为煤 柱 强度 ， ａ 卢 ］ ＭＰ ；［ 为煤 样 单轴 抗 压 强
度 ， ａ ｇ为煤 柱宽 度 ， ｆ 煤柱 高度 ， ＭＰ ； ｍ； 为 ｍ。
［ ］ ＝ ．， 。 ４ ３ 因此煤 柱 整体是 稳 定 的 。
４ 顶 板 初 次 来 压
回采 工 作 面 在推 进 过 程 中 ， 随着 顶板 悬 空 面 积
柱 的抗压 能 力 Ｆ是 ：
的增 大 ， 方 煤柱 及 液 压 支架 所 受 的压 力 将 产 生 动 前
态变 化 。
Ｓｅ ｉｌＮｏ． ０ ｒａ ５１ ０ｃｏ ｅ ． ｔｂ ｒ ２０１ ｌ
Ｍ ０ＤＥＲＮ Ｉ ＮＧ Ｍ ＮＩ
总 第 ５０ １ 期 ２ １年 １ ０ １ Ｏ月 第 １ Ｏ期
房柱 式 采煤 法煤 柱 的稳 定性 分 析
杨 青
（． １ 安徽 省 煤 炭 科 学研 究 院 ；． 国矿 业 大 学安 全 工程 学 院 ） ２中 ）
视 为简 支梁 或者 是 固定梁 。
１ 采煤 方 法
某 煤 矿 位 于 内蒙 古 自治 区赤 峰 市 宁 城县 境 内 ， 属 技术 改造 矿井 ， 生产 能力 为 ０ ３Ｍｔａ采用 连采 现 ． ／ ， 机 回收房柱 式煤 柱 。连 续 采煤 机 实 现落 煤 以后 ， 蟹 爪 式装 煤机 将连 续采 下 的原 煤装 入 ４台无 轨胶 轮 车
摘
要
基 于房柱 式采 煤 法 ， 通过 对 煤柱 的 强度 计 算分 析 ， 出煤 柱 的抗 压 能 力 ； 过 对煤 柱 得 通
应 力 分布 的计 算 ， 证 了煤柱 的整 体稳 定性 ； 据初 次 来压 的计 算 结果 ， 出回收 房式 开采 煤柱 时 ， 验 根 得
由于 开采 引起 的应 力集 中对 煤柱稳 定性 的影 响 。综合 各影 响 因素确 定煤 房合 理 的宽度 以及 煤 柱合