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孤岛工作面保护煤柱合理尺寸留设研究
汇报人：
2024-02-06
目录
研究背景与意义
煤柱稳定性影响因素分析
保护煤柱合理尺寸留设原则与方法
目录
保护煤柱合理尺寸确定与优化
现场应用与效果评价
结论与展望
01
研究背景与意义
保护煤柱定义
01
保护煤柱是指在煤矿开采过程中，为保留一部分煤炭资源而留设的煤柱，其作用是支撑上覆岩层，减少或避免地表移动和变形。
保护煤柱作用
02
保护煤柱在孤岛工作面开采过程中起到支撑顶板、隔离采空区、防止瓦斯涌出等作用，对于保障煤矿安全生产具有重要意义。
保护煤柱重要性
03
合理留设保护煤柱能够减少煤炭资源浪费，提高资源回收率，同时能够降低巷道维护成本，延长巷道使用寿命，对于提高煤矿经济效益和社会效益具有重要意义。
指导煤矿生产实践
通过研究孤岛工作面保护煤柱合理尺寸留设，可以为煤矿生产实践提供理论指导和技术支持，提高煤矿开采的科学性和安全性。
推动煤炭行业技术进步
保护煤柱合理尺寸留设研究涉及煤炭开采、岩层控制、瓦斯治理等多个领域，其研究成果可以推动煤炭行业技术进步和产业升级。
促进资源节约与环境保护
合理留设保护煤柱能够减少煤炭资源浪费和地表破坏，有利于资源节约和环境保护，符合可持续发展的要求。
02
煤柱稳定性影响因素分析
煤层厚度和倾角
煤层厚度和倾角的变化会影响煤柱的受力状态和稳定性。一般来说，煤层越厚、倾角越大，煤柱承受的压力和变形就越大，稳定性就越差。
顶板岩性
顶板岩性的好坏直接关系到煤柱上覆岩层的稳定性和运动规律。坚硬、完整的顶板能够提供较好的支撑作用，有利于煤柱的稳定；而软弱、破碎的顶板则容易导致煤柱失稳。
地质构造
地质构造的复杂程度对煤柱稳定性也有重要影响。断层、褶皱等地质构造会破坏煤层的连续性和完整性，降低煤柱的承载能力，增加失稳的风险。
不同的采煤方法对煤柱的稳定性和尺寸留设有不同的要求。例如，长壁采煤法需要留设较宽的煤柱以支撑顶板，而房柱式采煤法则可以留设较小的煤柱。
采煤方法
开采顺序会影响煤柱的应力分布和变形规律。合理的开采顺序能够减轻煤柱的承载压力，提高其稳定性。
开采顺序
开采强度越大，对煤柱的扰动和破坏就越严重，煤柱的稳定性就越差。因此，在确定煤柱尺寸时，需要充分考虑开采强度的影响。
开采强度
煤柱尺寸
煤柱的尺寸是影响其稳定性的重要因素。一般来说，煤柱越宽，其承载能力就越强，稳定性就越好。但是，过宽的煤柱会造成资源浪费，因此需要合理确定煤柱尺寸。
煤柱形状
煤柱的形状也会影响其稳定性。规则形状的煤柱受力均匀，稳定性较好；而不规则形状的煤柱则容易产生应力集中和变形，稳定性较差。
煤的物理力学性质
煤的物理力学性质如强度、硬度、韧性等都会影响煤柱的稳定性。一般来说，强度高、硬度大、韧性好的煤能够形成更稳定的煤柱。
03
保护煤柱合理尺寸留设原则与方法
保护煤柱的尺寸应首先满足工作面的安全需求，确保采空区和工作面之间的稳定隔离。
安全性原则
经济性原则
稳定性原则
在保障安全的前提下，应尽量减少煤柱的留设尺寸，以提高煤炭资源的采出率。
煤柱应具有足够的强度和稳定性，能够承受采空区的压力，防止顶板冒落和地表沉陷。
03
02
01
基于极限平衡理论，通过计算煤柱的承载能力和稳定性，确定合理的煤柱尺寸。
极限平衡理论
根据类似地质条件和采矿方法的经验公式，估算保护煤柱的尺寸。
经验公式法
通过建立力学模型，利用解析解法求解煤柱的应力和变形，从而确定合理的煤柱尺寸。
解析解法
利用有限元软件建立工作面模型，模拟不同煤柱尺寸下的应力和变形分布，优化煤柱尺寸。
有限元法
通过离散元软件模拟煤岩体的破裂和移动过程，分析煤柱的稳定性。
离散元法
利用边界元法模拟工作面的开挖过程，研究煤柱的承载能力和变形规律。
边界元法
A
B
D
C
应力监测
在工作面和煤柱内布置应力传感器，实时监测煤柱的应力变化，判断煤柱的稳定性。
变形监测
通过测量煤柱和工作面的变形量，分析煤柱的承载能力和变形规律。
声发射监测
利用声发射技术监测煤岩体的破裂过程，判断煤柱的破裂程度和稳定性。
微震监测
通过微震监测系统实时监测采空区和工作面的微震活动，分析煤柱的受力状态和稳定性。
04
保护煤柱合理尺寸确定与优化
收集孤岛工作面的地质资料，包括煤层厚度、倾角、断层等，进行综合分析。
地质资料收集与分析
采用数值模拟软件，模拟不同尺寸的保护煤柱在开采过程中的应力分布、变形情况等，以确定合理的煤柱尺寸。
数值模拟实验
在实际开采过程中，对预留的保护煤柱进行现场观测，验证数值模拟结果的准确性。
现场观测与验证
综合数值模拟和现场观测结果，得出孤岛工作面保护煤柱的合理尺寸范围。
结果分析
03
优化方案的具体实施步骤
明确优化方案的具体实施步骤和时间节点，确保方案能够顺利实施。
01
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