煤柱安全系数计算

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1、煤柱强度及煤柱稳定性研究根据煤柱设计理论，煤柱作为控制上覆岩层移动与破坏的主要手段，必须能够保持长期的稳定性。目前主要根据极限强度理论评价煤柱的稳定性。极限强度理论认为，如果煤柱所受载荷达到煤柱的极限强度，则煤柱的承载力降低到零，煤柱就会破坏。一般由下式计算条带煤柱的安全系数：式中为煤柱所承受的实际载荷；为煤柱的强度；F为安全系数，如果≥1.5，可认为煤柱具有长期的稳定性。1煤柱强度分析煤柱强度是指煤柱单位面积上所能承受的最大载荷，它是煤柱稳定性分析的基础。煤柱的强度不仅与煤块的强度有关，还与煤柱的尺寸、煤柱内部的地质构造、煤柱与顶底板岩层的接触状况、煤柱侧向受力等因素有关。准确预测煤柱强度是

2、十分困难的。长期以来，针对煤柱强度的主要影响因素,人们通过现场试验和经验总结提出了许多计算煤柱强度的经验公式。具体说来可以分为以下两类，即线性公式和指数公式：式中为煤柱强度；为现场立方体煤柱的临界强度；A，B，a，b为无量纲量，且有。A，B，a，b的取值如表1所示。表1常用煤柱强度经验公式参数A或aB或b使用条件提出者研究地点提出时间线性公式由试验确定0.7780.222Obert、Dwvall美国1967由试验确定0.640.36Bieniawski南非19695.36MPa0.640.36国际岩石力学会推荐澳大利亚1996—3—指数公式由试验确定0.51Holland、Gaddy美国198

3、47.2MPa0.460.66Salamon南非1967目前应用较多的是Bieniawski提出的线性煤柱强度计算公式：式中为临界尺寸时煤柱的强度，MPa，一般取5-8MPa。实际上，煤柱强度不仅与煤柱的宽高比（）有关，还与煤柱的长度有关。美国学者Mark（1997）根据式（3-11），提出了考虑煤柱长度影响的煤柱强度公式从式中可以看出，煤柱长度增加，可以提高煤柱的强度。ArtherWilson(1973)最早提出了煤柱屈服区的概念。他将煤柱视为一种复杂结构，承受不均匀的应力梯度，在煤柱中央因约束作用存在一个应力较高的核区。他认为煤柱的破坏方式是渐进的（progressive）。根据这一思想，

4、建立了一种新的煤柱强度计算公式：（1）对于正方形煤柱：（时），，（时）；（2）对于矩形煤柱：，（时），，（时）；（3）对于无限长煤柱：，（时），—3—，（时）。尽管Wilson方法存在一定的缺陷，但是其基本思想已经被广泛接受。2煤柱载荷的计算方法煤柱载荷是在开采过程中煤柱所承受的最大荷载，其大小由上覆岩层刚度和煤柱刚度决定。对于房柱式开采，如果采区的宽度足够大，且采区内煤柱尺寸比较规则，各个煤柱的刚度相同，则各煤柱分担的上覆岩层重量相等，则煤柱载荷为该煤柱影响区上方岩层的重量。煤柱的平均应力：式中——煤柱载荷,MPa；——上覆岩层平均容重，25KN/m3；H——采深，m；W——煤柱宽度，m；B

5、——煤房宽度，m；L——煤柱长度，m。如果采区内煤柱的尺寸不规则，则具有较大宽高比的煤柱将承受较大的载荷，这是因为它们的刚度较大，对顶板下沉具有更大的限制作用。对于条带开采形成的长条形煤柱，条带煤柱所承受的实际载荷由下式计算：式中为采深，为条带煤柱宽度，b为采出条带的宽度，m。当条带煤柱两侧采空区的宽度不一致时，条带煤柱所承受的载荷可由下式计算：式中、分别为条带煤柱两侧工作面的宽度，m。—3—