.因此,若時(shí)間間隔[0,tmin]大于所允許的值,則可認(rèn)為此階段煤柱沒有失穩(wěn)危險(xiǎn).
.1 煤柱軟化系數(shù)及黏滯系數(shù)的影響
圖3(a)表明,對于同一軟化系數(shù),隨著黏滯系數(shù)η的增大,煤柱穩(wěn)定時(shí)間增長.但對于同一黏滯系數(shù),隨著煤體軟化系數(shù)的增大,保持煤柱的穩(wěn)定時(shí)間將快速減小.因此在短壁開采形成保留煤柱后,應(yīng)控制保留煤柱的軟化程度,并通過工程技術(shù)途徑加強(qiáng)煤柱的穩(wěn)定性.
3.2 頂板剛度的影響
K=Kd/(λSH/)為頂板剛度與煤柱軟化剛度比系數(shù),與頂板剛度、煤柱高度成正比,與煤柱面積成反比.由圖3(b)可知,對于同一黏滯系數(shù),煤柱的穩(wěn)定時(shí)間隨頂板剛度Kd的增大而減小,對于同一頂板剛度Kd,隨黏滯系數(shù)的減小,煤柱穩(wěn)定時(shí)間減小,這表明頂板越堅(jiān)硬,剛度越大,而煤柱流變性差,則煤柱穩(wěn)定性越差;反之,頂板越軟,剛度越小,煤柱流變性大,則煤柱穩(wěn)定性越好.這也說明了堅(jiān)硬巖板下較硬煤柱容易失穩(wěn)的原因.因此,在短壁開采過程中,應(yīng)針對不同頂層的物理力學(xué)特征,合理設(shè)計(jì)保留煤柱的尺寸,即使在堅(jiān)硬頂板下的煤柱具有較長的穩(wěn)定時(shí)間.例如對于給定采高合理增大保留煤柱的寬度,使用一定的工程技術(shù)手段減小煤柱的軟化系數(shù),從而達(dá)到增大煤柱穩(wěn)定時(shí)間的目的.
圖3 煤柱穩(wěn)定時(shí)間t與λ,η和頂板剛度的關(guān)系曲線
Fig.3 Therelationshipcurvesofthestabilitytimetofcoalpillarandλ,ηandstiffnessoffloor
3.3 煤柱幾何尺寸的影響
由圖4(a)可知,隨煤柱高度的增加,煤柱的穩(wěn)定性越差,穩(wěn)定時(shí)間越短.煤體的流變性表現(xiàn)在,
圖4 煤柱穩(wěn)定時(shí)間與煤柱高度和煤柱面積的關(guān)系曲線
Fig.4 Therelationshipcurvesofthestabilitytimeofcoalpillar,itsheightanditsarea
第4期徐金海等:煤柱穩(wěn)定性的時(shí)間相關(guān)性分析437隨黏滯系數(shù)的減小,煤柱的穩(wěn)定時(shí)間減小.因此,在一定的條件下,煤體一定的流變性有助于煤柱的穩(wěn)定.由圖4(b)可知,隨煤柱面積的增加,煤柱的穩(wěn)定性越好,穩(wěn)定時(shí)間越長.鑒于此,在控制采出率的前提下,可適當(dāng)增大保留煤柱的寬度,相對減少煤柱高度對煤柱穩(wěn)定的影響,煤體的流變性表現(xiàn)在,隨黏滯系數(shù)的減小,煤柱的穩(wěn)定時(shí)間減小.因此,在一定的條件下,煤體一定的流變性有助于煤柱的穩(wěn)定
.4 工程應(yīng)用
如圖5所示,根據(jù)五陽煤礦短壁開采設(shè)備性能和工
藝要求,采硐長度12～15m,則每個(gè)條采的寬度應(yīng)為
21.5～25.7m.根據(jù)理論分析與開采經(jīng)驗(yàn),確定保護(hù)煤
柱30m,采寬24m.五陽礦按此參數(shù)進(jìn)行了村莊下短
壁開采試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示.實(shí)測結(jié)果表明,在
經(jīng)歷18個(gè)月時(shí)間,煤柱變形量達(dá)100mm左右時(shí),煤柱
及其上方頂板基本穩(wěn)定.這與理論分析結(jié)果(煤柱變形
量110mm、時(shí)間20個(gè)月左右)基本相符.圖5 村莊下短壁開采工作面的布置Fig.5 Thelayoutofshort-wallminingfaceundervillagesa———保護(hù)煤柱寬度;L———開采寬度;d———開采煤柱寬度;
D———采硐寬度;α———采硐與支巷夾角
5 結(jié) 論
煤柱的時(shí)間穩(wěn)定性與煤體的蠕變延遲時(shí)間成正比
,
圖6 實(shí)測結(jié)果
Fig.6 Themeasureresult
在一定的條件下,煤體的流變可增長煤柱的長期穩(wěn)定時(shí)間.頂板剛度、煤柱高度與煤柱的穩(wěn)定時(shí)間成反比,而煤柱的橫截面積與煤柱的穩(wěn)定時(shí)間成正比.理論和實(shí)踐均表明,可以通過一定的工程技術(shù)手段,改變煤柱及頂板力學(xué)性質(zhì),使煤柱能保持長期穩(wěn)定.理論分析的預(yù)測結(jié)果與工程現(xiàn)場實(shí)測具有較好的一致性,據(jù)此可對短壁開采煤柱留設(shè)設(shè)計(jì)、防止地表二次沉陷進(jìn)行某種程度上的定性和定量分析.
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