煤炭科学技术

作者：李昊城, 宋选民, 朱德福,

关键词：元胞自动机, 房式煤柱, 煤柱稳定性, 多煤层开采,

西部矿区浅埋煤层遗留大面积房式采空区，煤柱作为采空区内唯一的承载系统，其稳定性决定了整个采空区的稳定性，从而影响着下组煤层的安全开采。为了研究浅埋房式采空区煤柱破坏失稳演化规律，采用元胞自动机理论建立了浅埋房式采空区煤柱8Moore元胞自动机模型，并结合围压对煤岩单元储能极限的影响将煤柱元胞分为4个等级，以此定义了煤柱二维元胞模型储能极限分布规律，从各元胞间能量传递的角度分析了房式煤柱破坏失稳的演化规律；以石圪台煤矿3-1-1号煤层房式采空区煤柱为工程背景，通过数值模拟及现场揭露试验对提出的理论模型进行验证。研究结果表明：①煤柱的破坏失稳有2种演化模式，Ⅰ型演化模式下煤柱的弹性核区特征近似呈矩形，而Ⅱ型演化模式下煤柱的弹性核区近似呈四周凸起的多边形。②Ⅱ型演化模式中由于“等效元胞”的存在，其整体元胞储能极限高于Ⅰ型演化模式，在同样演化规则及外部施加相同广义能量的条件下，Ⅱ型演化模式的稳定性相对较好。③数值模拟结果表明，石圪台煤矿3-1-1号煤层房式采空区煤柱破坏演化规律与元胞模型Ⅱ型演化特征一致，计算平衡后的弹性核区形态特征也呈四周凸起的多边形。④现场揭露试验表明煤柱水平截面弹性核区形态特征与Ⅱ型演化结果一致，验证了房式煤柱元胞演化模型的正确性。

来源：2021年第8期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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