基于半平面体理论的煤柱底板应力传递规律

为了对煤柱底板应力传递规律进行深入研究,根据弹塑性力学中半平面体理论,建立了煤柱底板传递力学模型,结合应力叠加原理得到煤柱底板应力分布计算公式,并利用Math CAD得到了煤柱底板的垂直应力和水平应力云图。以大同矿区侏罗系煤层为例,分析了不同类型煤柱底板的垂直应力和水平应力的分布特征。分析得到:煤柱的垂直应力的应力量值和影响范围最大,在应力传递的过程中起到了主导作用;边界煤柱底板的垂直应力集中区影响深度范围最大,大区段煤柱(20 m)次之,小区段煤柱(10 m)最小。对煤柱的不同布置方式的底板垂直应力进行了分析,煤柱重叠布置使得底板应力集中区的深度和范围增加。以大同侏罗系煤层群开采为实例,重叠煤柱综合作用下,3-5#煤垂直应力为12.4~17.3 MPa,较无煤柱条件下提高了1.3~6.2MPa。在125~280 m对应的区域垂直应力升高明显,建议3-5#煤层工作面回采巷道布置尽量避开该区域。