刀柱式采空区煤柱合理承载时间分析

孙闯^1,2，徐乃忠^1,2，樊振丽^1,2，王明立^1,2

1. 煤炭科学研究总院开采研究分院2. 天地科技股份有限公司开采设计事业部

摘 要：为解决坚硬顶板工作面刀柱式采空区对上部煤层开采影响的问题,基于广义开尔文体描述煤柱的流变特性,建立煤柱-顶板系统力学模型,结合最小势能原理,得出采空区煤柱的有效承载时间计算公式,并依据公式对影响煤柱承载时间的影响因素进行了分析,最后结合工程实例进行验证。结果表明:采空区煤柱-顶板系统将随时间逐渐破坏至失稳;煤柱的有效承载时间与自身黏性系数成正线性关系、与瞬时弹性系数近似呈"抛物线"关系、与横截面积成正比例关系、与长期弹性系数、顶板刚度和煤柱高度近似呈负指数关系;建立的基于煤柱流变特性的采空区煤柱-顶板体系力学模型所推导出的煤柱有效承载时间计算公式具有一定的准确性。

关键词：刀柱式采空区;流变力学;煤柱-顶板系统;承载时间;煤柱稳定性;