充填体-煤柱承载效应及合理开采参数研究

赵兵朝^1,2，翟迪^1,2，杨啸^1,2，郭亚欣^1,2，刘晨光^1,2,3，孙浩^1,2

1. 西安科技大学能源学院2. 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室3. 中煤科工西安研究院有限责任公司

摘 要：近年来,充填开采方法作为一种安全高产高效的绿色开采方法被广泛使用,而充填体-煤柱复合支撑体的协同承载作用是部分充填开采的关键。以某矿为研究对象构建复合支撑体结构承载及破坏力学模型,探究复合支撑体协同承载作用过程,并采用FLAC^3D模拟垮落法开采及部分充填开采下的应力变化及下沉规律。研究结果表明:（1）复合支撑体水平应力σ_x与高度呈三次函数关系,与宽度呈二次函数关系;垂直应力σ_y仅与高度呈现二次函数关系;剪应力τ_xy与高度呈二次函数关系,与宽度呈一次函数关系;（2）通过理论计算得出采22m留16m充填开采16m的合理部分充填开采参数;（3）通过数值模拟验证,理论计算结果与数值模拟结果基本吻合,复合支撑体应力集中系数减小69%,地表基本不下沉。该研究成果为部分充填开采方法提供了理论依据,对国内大面积"三下"压煤开采及矿区生态环境保护具有参考和借鉴价值。

关键词：充填开采;充填体-煤柱;协同承载作用;开采参数;