煤柱安全系數計算

1、煤柱強度及煤柱穩(wěn)定性研究根據煤柱設計理論，煤柱作為控制上覆巖層移動與破壞的主要手段，必須能夠保持長期的穩(wěn)定性。目前主要根據極限強度理論評價煤柱的穩(wěn)定性。極限強度理論認為，如果煤柱所受載荷達到煤柱的極限強度，則煤柱的承載力降低到零，煤柱就會破壞。一般由下式計算條帶煤柱的安全系數：式中為煤柱所承受的實際載荷；為煤柱的強度；F為安全系數，如果1.5，可認為煤柱具有長期的穩(wěn)定性。1 煤柱強度分析煤柱強度是指煤柱單位面積上所能承受的最大載荷，它是煤柱穩(wěn)定性分析的基礎。煤柱的強度不僅與煤塊的強度有關，還與煤柱的尺寸、煤柱內部的地質構造、煤柱與頂底板巖層的接觸狀況、煤柱側向受力等因素有關。準確預測煤柱強度是

2、十分困難的。長期以來，針對煤柱強度的主要影響因素,人們通過現(xiàn)場試驗和經驗總結提出了許多計算煤柱強度的經驗公式。具體說來可以分為以下兩類，即線性公式和指數公式： 式中為煤柱強度；為現(xiàn)場立方體煤柱的臨界強度；A，B，a，b為無量綱量，且有。A，B，a，b的取值如表1所示。表1 常用煤柱強度經驗公式參數A或aB或b使用條件提出者研究地點提出時間線性公式由試驗確定0.7780.222Obert、Dwvall美國1967由試驗確定0.640.36Bieniawski南非19695.36MPa0.640.36國際巖石力學會推薦澳大利亞1996指數公式由試驗確定0.51Holland、Gaddy美國1984

3、7.2MPa0.460.66Salamon南非1967目前應用較多的是Bieniawski提出的線性煤柱強度計算公式：式中為臨界尺寸時煤柱的強度，MPa，一般取5-8MPa。實際上，煤柱強度不僅與煤柱的寬高比（）有關，還與煤柱的長度有關。美國學者Mark（1997）根據式（3-11），提出了考慮煤柱長度影響的煤柱強度公式從式中可以看出，煤柱長度增加，可以提高煤柱的強度。Arther Wilson(1973)最早提出了煤柱屈服區(qū)的概念。他將煤柱視為一種復雜結構，承受不均勻的應力梯度，在煤柱中央因約束作用存在一個應力較高的核區(qū)。他認為煤柱的破壞方式是漸進的（progressive）。根據這一思想，

4、建立了一種新的煤柱強度計算公式：（1） 對于正方形煤柱：（時），（時）；（2） 對于矩形煤柱：，（時），（時）；（3） 對于無限長煤柱：，（時），（時）。盡管Wilson方法存在一定的缺陷，但是其基本思想已經被廣泛接受。2 煤柱載荷的計算方法煤柱載荷是在開采過程中煤柱所承受的最大荷載，其大小由上覆巖層剛度和煤柱剛度決定。對于房柱式開采，如果采區(qū)的寬度足夠大，且采區(qū)內煤柱尺寸比較規(guī)則，各個煤柱的剛度相同，則各煤柱分擔的上覆巖層重量相等，則煤柱載荷為該煤柱影響區(qū)上方巖層的重量。煤柱的平均應力：式中 煤柱載荷, MPa；上覆巖層平均容重，25KN/m3；H采深，m；W煤柱寬度，m；B煤房寬度，m；L煤柱長度，m。 如果采區(qū)內煤柱的尺寸不規(guī)則，則具有較大寬高比的煤柱將承受較大的載荷，這是因為它們的剛度較大，對頂板下沉具有更大的限制作用。對于條帶開采形成的長條形煤柱，條帶煤柱所承受的實際載荷由下式計算：式中為采深，為條帶煤柱寬度