基于三维应变动态监测的大采高综采面区段煤柱留设综合试验研究 (2014年)

基于理想弹塑性力学理论计算、FLAC3D数值模拟分析与多处矿区工程实践，得到宁东试验矿井现采区段留设的40 m煤柱宽度明显偏大。采用现场综合试验，监测受工作面采动影响前后，16组空心包体三维应变的实时增量、不同煤柱宽度(10 m，20 m)试验巷道的围岩应力与变形动态变化。试验结果表明：40 m宽度煤柱内存在明显的低应力增量弹性核区，该区域是巷道布置的有利位置；试验采面侧向支承压力的超前影响范围约45 m，随着采面推进，本区段40 m煤柱内采动应力峰值逐步由侧壁向其深处传递，第一主应力增量逐渐衰减；10 ### 基于三维应变动态监测的大采高综采面区段煤柱留设综合试验研究 #### 摘要解析与核心观点 本文基于理想弹塑性力学理论计算、FLAC3D数值模拟分析及多处矿区工程实践经验，探讨了在宁东试验矿井特定采区中40米煤柱宽度的设计问题。通过一系列现场综合试验，包括对16组空心包体的三维应变实时增量监测以及不同宽度（10米和20米）煤柱试验巷道的围岩应力与变形动态变化情况的研究，得出了以下结论： 1. **40米宽煤柱内存在的低应力增量弹性核区**：研究发现，在40米宽的煤柱内部存在一个明显的低应力增量弹性核区，这一区域非常适合布置巷道，因为这里的应力水平较低，有利于提高巷道的稳定性。 2. **侧向支承压力的影响范围**：通过实验观察到，试验采面侧向支承压力的超前影响范围约为45米。这意味着在采掘过程中，这一区域内的岩石会受到显著的压力变化，这对于设计合理的煤柱宽度具有重要的参考价值。 3. **采动应力的变化规律**：随着采面的推进，40米煤柱内的采动应力峰值逐步从侧壁向其深处传递，同时第一主应力增量逐渐衰减。这一发现对于理解采动过程中的应力分布及其演化规律至关重要。 4. **不同宽度煤柱巷道的变形对比**：通过对10米和20米宽度煤柱巷道的变形情况进行对比，研究人员发现10米煤柱宽度试验巷道的平均变形小于20米煤柱巷道。这表明更窄的煤柱宽度可能有助于减少巷道的变形量。 #### 实验方法与数据分析 为了验证上述结论的有效性，研究团队采用了以下方法进行实验与数据收集： - **三维应变监测**：通过在16个空心包体内安装传感器，实时监测采动前后煤柱内部的三维应变变化情况。 - **围岩应力与变形监测**：在不同宽度（10米和20米）的煤柱试验巷道中安装相应的监测设备，记录采动前后围岩的应力变化与变形情况。 - **数值模拟**：利用FLAC3D软件进行数值模拟分析，以预测和验证现场实验结果，并进一步优化设计方案。 #### 结论与应用建议 基于上述研究成果，论文提出在宁东试验矿井特定区段，合理设计的煤柱宽度范围应在8.9-12.5米之间。这样的设计不仅能够确保巷道的安全稳定，还能有效减少煤炭资源的损失。此外，这些发现对于其他类似地质条件下的煤矿也具有重要的参考价值。 该研究通过综合运用理论计算、数值模拟和现场试验等手段，成功地探索了大采高综采面区段煤柱留设的最佳设计方案，为提高煤矿开采效率和安全性提供了有力的技术支持。