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榆神府矿区近二十年的开采实践表明,在指导生产实践时不能完全套用传统的矿压理论,榆神府矿区有着自身的矿压特点。本文利用现场调研、理论分析、相似材料模拟中数值模拟等方式,针对榆神府矿区短壁开采(以旺格维利采煤法为例)隔离煤柱及厚覆盖层长壁区段煤柱在开采过程中遇到的稳定性问题进行了分析,对影响榆神府矿区煤柱稳定性的煤柱尺寸-形态效应、煤岩的流变性、顶板岩梁厚度与跨度、埋深、煤柱长度五大主要因素进行探讨,总结了煤柱受载及变形规律,以相似材料模拟实验中煤柱上方覆岩垮落形态为依据,推导出了合理煤柱宽度计算公式,并应用煤柱极限强度和屈服区宽度对不同情况下的煤柱稳定性进行校核。
根据旺格维利采煤法不同采空区跨度及覆盖层厚度的情况下隔离煤柱合理宽度进行了两个平面相似材料模拟实验,并以补连塔煤矿厚覆盖层区(埋深250m)区段煤柱为原型设计并进行了一个准立体实验。通过开发的智能数据采集系统对相似模拟实验中各煤柱尺寸应力分布及采空区覆岩垮落瞬间煤柱动态载荷的变化情况进行了监测,得出了煤柱随着开采的推进至覆岩的垮落整个过程煤柱应力的分布情况,并应用煤柱极限强度进行核定,同时通过对覆岩及地表位移的量测得出了不同情况下覆岩及地表运动规律。
应用FLAC-3D程序以三个物理相似材料模拟实验地质条件为原型分别进行了数值模拟分析,弥补了相似材料平面模型的不足,得出了煤柱应力及屈服区分布情况,进一步验证了相似材料模拟及理论计算结果的合理性。