基于元胞自動機的房式煤柱穩定性研究

李昊城，宋選民，朱德福,2

(1.太原理工大學 原位改性采礦教育部重點實驗室，山西 太原 030024；2.中國礦業大學 煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇 徐州 221116)

0 引 言

西北礦區煤炭資源儲量豐富，可采煤層數量多，且層間距較小。由于早期開采技術相對落后，上組煤層多采用房式開采，遺留大面積房式采空區，據統計，僅鄂爾多斯境內的房式采空區面積就達307.61 km2[1]。房式采空區的獨特性在于其上覆巖層自重均由遺留煤柱群來承擔，煤柱的穩定性決定了整個采空區的穩定狀態。下組煤層開采過程中，煤柱上方應力重新分布，造成煤柱的最大主應力增大，當上覆載荷大于煤柱極限強度時，煤柱塑性破壞區將由四周逐漸向中心擴展，直至發生整體塑性破壞從而失去支撐頂板的能力[2]，此過程易誘發煤層頂板聯動垮落形成強礦壓致災[3]。因此，評價房式煤柱穩定性對下組煤層群安全開采具有重要的意義。房式采煤法是柱式采煤法的一種，在煤層每隔一定距離開采煤房，煤房之間留有一定寬度的煤柱支撐頂板，煤房及煤柱的尺寸設計取決于采高、埋深、煤層頂底板力學特性等[4]。房、柱分布規律分為平行分布(棋盤形)、“品”字形分布兩類，煤柱為采空區內的唯一承載結構[5-6]。影響房式采空區煤柱穩定性的因素主要有煤柱分布方式、上覆載荷及力學、幾何特性參數等[7]。Voronoi圖法、模糊理論、重整化群理論廣泛應用于不規則房式煤柱群、條帶煤柱、非煤礦柱的穩定性研究中[8-10]，認為影響煤柱群失穩的主要因素為柱群的分布形式、各柱體間尺寸及強度的均勻性。……