巷道矸石充填控制覆岩变形的力学机理研究.pdf

第3 7 卷第6 期中国矿业大学学报v 0 1 ．3 7N o ．6 2 0 0 8 年11 月J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y 、 N o v ．2 0 0 8 巷道矸石充填控制覆岩变形的力学机理研究 李强，茅献彪，b 万奎，马占国 中国矿业大学理学院，江苏徐州2 2 1 1 1 6 摘要建立了巷道矸石充填的力学模型，并应用R i t z 法求解了煤柱位移场的弹性解．根据弹性一 黏弹性对应原理，通过引入M a x w e l l 体流变模型，求解了煤柱位移场的黏弹性解．得到了煤柱的 压缩变形、侧向变形等随时间及充填体材料特性的变化规律，由此可确定充填巷采煤柱的变形特 征，并估计了煤柱最终变形量及变形稳定时间等．将研究结果与某矿区充填开采实测变形规律比 较，两者具有较好的吻合． ‘ 关键词煤柱；矸石；充填开采；力学分析 中图分类号iT D3 2 2文献标识码A文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 8 0 6 0 7 4 5 0 6 M e c h a n i s mo fU s i n gW a s t e F i l l i n gi nR o a d w a y t oC o n t r 0 1t h eD e f o r m a t i o no fC o v e r e dR o c kS t r a t a L IQ i a n g ，M A OX i a n - b i a o ，B UW a n k u i ，M AZ h a n - g u o S c h o o lo fS c i e n c e s ，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ，X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 1 1 6 ，C h i n a A b s t r a c t M e c h a n i c a lm o d e lo fw a s t e - f i l l i n gi nr o a d w a yw a sf o u n d e da n de l a s t i cs o l u t i o no fd i s p l a c e m e n to fc o a lp i l l a rw a sf o u n do u tb yd i n t o fR i t zm e t h o d ．B a s e do nE l a s t i c - V i s c o e l a s t i c C o r r e s p o n d e n c eP r i n c i p l e ，v i s c o e l a s t i cs o l u t i o no fd i s p l a c e m e n to fc o a lp i l l a rw a sf o u n do u tb y i m p o r t i n gM a x w e l lm o d e l ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h er u l e so ft h ec o m p r e s s i o na n dt h el a t e r a l d e f o r m a t i o no ft h ec o a lp i l l a rc h a n g ew i t ht i m ea n dm a t e r i a lc h a r a c t e r i s t i c so fb a c k f i l l ．T h e r e f o r e ，t h ed e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o a lp i l l a ri nr o a d w a yw h e r eu s i n gt h ew a s t e - f i l l i n g c a nb ed e t e r m i n e d ，a n dt h ep e r m a n e n td e f o r m a t i o nv a l u eo fc o a lp i l l a ra n dt h ed e f o r m a t i o n s t a b l et i m ec a r lb ee s t i m a t e d ．Ag o o da c c o r d a n c eb e t w e e nt h er e s u l t so ft h es t u d ya n dt h er e s u l t s o fi n d u s t r i a lt e s t sf r o mo n ec o a lm i n i n ga r e ai Ss h o w n 。w h i c hi n d i c a t e st h er a t i o n a l i t yo ft h e s t u d y ． K e yw o r d s c o a lp i l l a r ；w a s t er o c k ；b a c k f i l l i n gm i n i n g ；m e c h a n i c a la n a l y s i s 煤矿开采造成矸石堆积，不仅占用大量土地， 工艺的设计与改进、矸石的压实特性以及经济效益 引起地表沉陷，而且污染环境．煤矿井下矸石充填和社会效益分析等方面．对于单个煤柱稳定性的研 技术有效地解决了矸石的处理和利用问题．同时，究前人已做了大量工作，而且得出了许多有效的稳 该技术也是“绿色开采【1 ] ”技术的重要组成部分．定性理论与研究方法‘6 ‘引，但是对于煤柱和矸石充 2 0 0 4 年，煤矿井下矸石充填技术首次在邢东填体耦合作用控制覆岩变形的理论研究工作尚欠 煤矿试验成功．近年来，该项技术得到大力推广，国缺．本文建立了充填开采的力学模型，考虑煤柱流 内外煤炭行业专家及单位对该项技术开展了卓有变特性，分析煤柱与充填体在上覆岩层压力的作用 成效的探讨与研究[ 2 ‘5 ] ，研究成果主要集中在充填下变形的时间效应以及变形量与煤岩性质之间的 ●- - ●_ _ _ ●_ _ _ - _ ●。_ ●I - _ - ●- 一 收稿日期2 0 0 7 1 2 1 7 ’ 基金项目国家自然科学基金重点项目 5 0 6 3 4 0 5 0 l 国家重点基础研究发展计划 9 7 3 项l q 2 0 0 7 C B 2 0 9 4 0 0 作者简介李强 1 9 7 9 ． ，男，河北省廊坊市人．助教．博士研究生，从事采动岩体力学与工程方面的研究． E - m a i l l i q i a n 9 9 8 2 1 1 2 6 ．C O mT e l l0 5 1 6 8 3 8 8 5 7 5 7 万方数据 7 4 6 中国矿业大学学报 第3 7 卷 关系，得出了一系列有价值的结论． 1 条带煤柱与充填体耦合作用机理 1 ．1 力学模型的建立 根据关键层理论[ 9 ] ，覆岩主关键层控制其上覆 直至地表所有岩层的运动，一旦主关键层破断，将 引起地表的急剧下沉．在条带开采条件下，煤柱与 上覆关键层及底板围岩相互作用，主要取决于煤体 与围岩之间的结合力．煤柱是一个很长的柱形体， 它的支撑情况不沿长度变化，在柱面上受有平行于 横截面而且不沿长度变化的面力，同时，体力也平 行于横截面而且不沿长度变化，煤柱所有点的位移 矢量都平行于其横截面，不会有轴向位移，因此，条 带开采下的煤柱问题可视为平面应变问题．同理， 条带充填开采下的煤柱与充填体耦合问题亦可视 为平面应变问题，对于所研究的煤柱和充填体做出 基本假设1 煤柱和充填体均为连续、均匀、各向 同性的弹性体；2 煤柱和充填体内不存在弱面； 3 煤层按全厚开采，煤层和充填体与顶 底 板界 面具有结合力． 进行理论分析时，考虑到边界条件和载荷的对 称性，取煤柱的右上方四分之一部分和充填体的左 上方四分之一部分进行分析，煤柱和充填体的宽度 和高度均为n ，如图1 所示． 图1 煤柱与矸石充填体耦合作用力学模型 F i g ．1 M e c h a n i c a lm o d e lo fc o u p l e di n t e r a c t i o no fc o a lp i l l a ra n df i l l i n g 根据对称性，煤柱的左边和充填体的右边为水 平简支约束，下部边界为铅直简支约束，而上部边 界考虑到由于煤柱和充填体与顶板接触面的压力 和摩擦力限制了该处的水平位移，在水平方向施加 链杆约束．煤柱和充填体上部承受上覆岩层的重 量，可简化为均布载荷g ，其计算式为 q 脚， 式中 ，为煤柱上覆岩层平均容重，N ／m 3 ；H 为采 深，m ． 在上覆岩层的作用下，煤柱和充填体产生同步 的向．下位移，煤柱承受的均布压力q l 撬， 充填体承受的均布压力q z E 煞，其中E l ，E z 分别为煤和充填体的弹性模量．在煤柱与充填体的 接触面 z 一口 上，煤柱和充填体的位移是连续 的． 1 ．2 煤柱与充填体耦合作用的弹性解 对于图1 所示煤柱的力学模型，边界条件为 巳I ，；o ．．州．。 一口l ， 1 qI ，；，2 。，y 。。 一口2 ， 2 “I ，一o 缸l ，；2 4 “I ，；． 0 ， 3 t ，l ，．o 0 ， 4 “Iza 一 “I ；。l ， 5 口l ，I - 翟I ，。4 ， 6 吒l - g4 一 吒I 。．，， 7 岛1 2a 一 bI ．，， 8 式中五，口分别为水平和铅垂方向的位移． 体力分量近似地取为零，由煤柱位移边界条件 取位移场表达式 l “ z ，y S i n 丢兀 y 一口 2 ．{ A l A 2 z A S X 2 ， 9 【。 z ，y 一B y ， 式中A ，，A 。，A 。，B 为待定系数． 显然式 9 满足充填后煤柱的位移边界条件， 用瑞兹 R i t z 法求解．对于平面应变问题，煤柱与 充填体的形变势能为 u 志_ f f [ 南 髦 考 2 恶 2 西o q v 2 撕1O z v 圳O u 、2 d x d y 志髓[ 尚 凳 面o q v 2 髦 2 考 2 虿1I 五3 v 十五3 u 2 d x d y ， 。 式中E 。，E 2 分别为煤和充填体的弹性模量；卢。，户。 分别为煤和充填体的泊松比． 将U 对A 。，A z ’，A s ，B 求偏导数，对于体力为零 的情形，则R i t s 法方程为 万方数据 第6 期李强等巷道矸石充填控制覆岩变形的力学机理研究7 4 7 署．flaA 瓢。如 一 Ⅱ，‘l s ‘ 1 J ⋯”一 祟f 瓢。“ a A 2 J 。‘‘‘2 。‘。’ 1 1 a 罴A 阻汕， 3 J ‘‘一5 ⋯． 罂f Y O d 硒2J 越- y 一口 2 s i n 麦兀 ； “z 一 y - - a 儿s i n 麦丌 ； 1 2 “z y 一∥九i n 麦兀 ； 口2Y - 由煤柱的边界条件，有 ．． 一1 8 7 c 2 2 4 0 4 8 0 P l 1 8 ／1 17 c 2 E 1 a 4 ． 确2 弋订丽又二再函万历广一十 1 ．1 1 2 2 IX u ld x 0 ， IX 越2 d x 0 ， I 1 3 IX “3 d z 一0 ， I ％如 ～2 驴2 联立式 1 1 和 1 3 得到决定A 。，A ，A 。，B 的 方程组 f 优l A l m 2 A 2 m 3 A 3 m 4 B 0 ， 憾rosA,m。6Az-t-ra⋯TA3A m AAZ m 等B 美0 ’⋯， m 8l 92 m l o3 { 口2 ， 【m 4 A 1 优4 a A2 m 4 a 2 A 3 m l l B 一2 a 2 q ， 式中m j i 一1 ，2 ，⋯，1 1 和N 均为包含E 。，E 2 ， 卢。，／．t ，a 各参量的表达式，即 ～1 8 n 2 2 4 0 4 8 0 p 2 1 8 卢27 【2 E 2 口4 弋r 再万F T 再磊可丽一’ 一1 5 6 u 2 9 p 1 一 2 7 6 丌2 户l 一4 8 0 9 6 0 9 l 一9 一 n 5 E l 1 户1 一1 2 户1 7 2 0 7 c 2 ． 一3 2 4 n 2 2 7 , a 27 c 4 6 8 4 n 2 声2 4 8 0 9 6 0 J ￡1 2 2 7 7 c 4 口5 E 2 万i 历i 了干瓦了丽万一’ 弛一业虻等器餐等等篆掣盟盟 一2 8 8 0 2 2 1 4 4 0 1 0 1 2 P 27 r 2 4 2 丌{ p 2 4 2 一一4 5 2 u 2 口6 E 2 可再百页j 了瓦河面万一’ 优‘2 7 ，1 5 仇62 ，珏7 一E l a 3 P lE z n 3 户2 页玎i 河面而十玎玎i 了瓦两’ 一1 8 兀6 3 1 2 一一9 6 0 7 c 2 1 9 2 0 P 1 ，c 2 5 5 2 户l7 c 4 1 8 n 6 ∥1 口5 E 1 一 1 户1 一1 2 ∥1 1 4 4 0 n 4 一5 4 u 6 6 4 8 n 4 9 6 0 【2 1 9 2 0 P 27 r 2 1 3 6 8 卢z 一 5 4 n 6 ．￡上2 n 5 E 2 一 1 f 两 一1 干历。 1 4 4 矿’ 一1 2 7 c 6 9 6 0 7 c 2 1 9 2 0 u 2 户I 一3 7 6 一 1 2 肛I c 6 5 3 6 户l 一 口6 E 1 ． 1 P 1 一1 2 P 1 1 4 4 0 n 4 一8 4 7 c 6 2 8 8 0 n 2 5 7 6 0 7 c 2 卢2 一1 0 4 8 7 c 4 8 4 卢2 矿 2 1 6 8 p 27 c 4 口6E 2 1 _ 干瓦了F 订巧i 汀瓜丽一’ 旦 拦 壁 二 Q 壁 二 旦壁 璺 墨 1 户1 一1 2 产1 1 4 4 0 u 4 一1 4 5 4 4 卢27 c 2 7 3 4 4 n 2 3 4 9 2 卢2 丌‘一1 6 9 2 尢4 5 7 6 0 1 3 5 H z7 c 6 1 3 5 , r 6 1 1 5 2 0 ．f 上2 口7 E 2 T 再瓦页二订瓦西可丽r 一’ 优s 盟业蔓型器鼎等鬻赢竽止堂 一4 5 2 0 7 c 4 4 2 0 u 6 4 2 0 卢2 c 6 2 8 8 0 0 户2 一 1 0 1 2 0 p 2 一 1 4 4 0 0 7 【2 口6 E 2 可再瓦可 再i 而瓦丽丁一’ 刀1 9 一7 9 2 0 丁c 2 4 5 7 c 6 1 8 6 0 7 【4 2 8 8 0 0 4 5 P l 兀6 2 4 6 0 户1 丌| 1 5 1 2 0 P l 7 c 2 5 7 6 0 0 2 1 口7 E l 1 P 1 一1 2 户1 7 2 0 0 ，c ‘ 3 6 7 2 0 n 2 6 7 5 7 c 6 8 4 6 0 n ‘一2 8 8 0 0 6 7 5 卢2 c 6 1 7 4 6 0 卢2 一一7 2 7 2 0 户2 兀2 5 7 6 0 0 户2 口7 E 2 ] 丁i 币 了干瓦功面丽广一’ 万方数据 7 4 8 中国矿业大学学报第3 7 卷 m l o 2 5 2 6 4 0 F l 7 c 4 3 6 , r 6 1 1 0 4 0 耳2 3 6 F l7 c 6 1 1 5 2 0 0 户l 一2 1 6 0 兀‘ 2 0 6 4 0 F I7 r 2 5 7 6 0 0 a 8 E 1 1 户1 一1 2 户1 7 2 0 0 耳4 3 0 0 0 0 丝型二1 1 塑璺6 9 0 7 2 0 7 【2 1 1 1 6 ／／2 ／t 6 3 4 5 6 0 0 F 2 1 5 1 2 0 n ‘一1 7 7 1 2 ％兀2 1 7 2 8 0 0 a 8 E 2 仇1 12 订] 之i 灭 了雨十订_ 二i i 灭 了了忑币’ ． A 。一型坠型型丝 堕生寻型坠地型坠立塑 概口2 口， A 2 一型塑蛆竺壁堕塑坠堕 型坠 坐盟_ 塑丛2 m ∥q ， A 32 - - a “ m 2 m s m 6 a “ m , a m 2 m ．，s - - a m , m 9 m s m 9 - - m 6 m s 一2 m 4 a Z q ， L3 饷嚣兰之毫篓兰苎合竺用的黏，性分篓√＼v ／＼／◇ ＼厂三卜 取煤柱为研究对象，设E l 一1G P a ，E 。一3 0 ’ ’’’ 一 M P a ，户。 o ．2 5 ，产- o ．3 ，口一3m ’g 1 8M P a ， F i g ．2 [ 虱2 s k e M t c h a x w m a p e l l 能慧勰o d e I 篓竺兰堂煮1 数。 i1 ⋯X ⋯I O 三 据弹性一茎登堡 则M a x w e l l 体本构方程的形式为 对应原理L 10 。，首先对弹性解两边取L a p l a c e 变换得 。一。 ⋯ 卜矗誉 争宁A ㈣，即㈣≥ 函s o 2 e 虻o ．旦8 t ． {s i n f 昙三兀1 ， 1 6 州 ’一Ga ￡1 叩吣。一 ‘ l 面一旦y ． 即 p 2 石1s i 1 ，西2L ～篓_ 量羔楚笆 量达式篡黧 萎2 黧 系将E - 和卢- 用体积模量K 和剪切模量G 表示设 代二 二毒到 一1 ’ ”‘一～ A 2 3 ．0 0 1 6x1 0 8s 2 0 3 2 ．5 1 0 6 5 1 1 ．6 0 8 7X1 0 1 8 s 3 1 ．9 5 3 8 1 0 1 2 s 2 6 ．7 4 1 1 0 5 s 0 ．0 5 9 9 6 4 ．8 1 5 9 1 0 3 0 一 2 ．2 1 2 3 1 0 2 4 s 3 4 ．7 6 1 4 1 0 1 7 S 2 4 ．6 8 4 3 X1 0 1 0s 3 ．9 7 8 8 1 0 3 6 ， 1 5 9 3 ’ ． 3 ．0 0 1 6 1 0 8s 2 0 3 2 ．5 1 0 6 s 1 5 ．6 8 6 6X1 0 ⋯7s 3 2 ．7 2 8 8 1 0 5 2 1 0 6 4 5 s 一0 ．0 0 3 0 1 5 6 。1 3 4 ．8 1 5 9 1 0 3 0 一 2 ．2 1 2 3 1 0 2 ‘5 3 4 ．7 6 1 4x1 0 1 7 ， 4 ．6 8 4 3 1 0 1 0 5 3 ．9 7 8 8 1 0 3 6 j 5 1 5 9 3 ’ 。 2 ．5 1 0 6s 1 一4 ．7 4 8 5 1 0 鹅一一4 ．8 0 3 2 1 0 2 2 s 3 1 ．7 2 4 3X1 0 1 6 s 2 2 ．5 9 3 1 1 0 9 s 一1 3 6 ．8 2 一 4 ．8 1 5 9 1 0 3 0 ， 2 ．2 1 2 3 1 0 2 ‘s 3 4 ．7 6 1 4 1 0 1 7 s 2 4 ．6 8 4 3 1 0 1 0 5 3 ．9 7 8 8 1 0 3 6 ， 1 5 9 3 。 将所得各系数代入式 1 6 ，求L a p l a c e 逆变换式中g - ，g ，g 。，g ．为含有时间参量t 的表达式， 得煤柱位移场黏弹性解表达式g l 0 ．0 1 9 3 ．6 2 6 1 0 q e x p - 3 ．9 9X1 0 q z {二 Z Z y y 2 尝2 冀三支m ， g l 9 2 z 9 3 2 2 ， ⋯’ 0 ．0 0 2 e x p - - 2 ．9 8 1 0 7 ￡ 一 0 ．0 0 7 e x p - - 2 ．5 1X1 0 _ 7 f 0 ．O l O e x p - - 1 ．9 3 1 0 7 ￡ 一 万方数据 第6 期李强等巷道矸石充填控制覆岩变形的力学机理研究 7 4 9 0 ．0 2 3 e x p - - 6 ．9 6 1 0 - - 8 f ， 9 2 0 ．0 0 8 2 ．5 1 4X1 0 - 8 e x p 一3 ．9 9 1 0 - 7 f 一 0 ．0 0 2 e x p - - 2 ．9 8 1 0 - 7 ￡ 0 ．0 0 7 e x p - - 2 ．5 1 1 0 - 7 ￡ 一 0 ．0 0 6 e x p - - 1 ．9 1 1 0 ．7 ￡ 一 0 ．0 0 7 e x p - - 6 ．9 6 1 0 _ 8 ￡ ， 9 3 一3 ．8 4 3 1 0 ～一1 ．0 5 2 1 0 8 e x p 一3 ．9 9 1 0 ．7 f 6 ．4 2 9 1 0 4 e x p 一2 ．9 8 1 0 一7 t 一 0 ．0 0 2 e x p - - 2 ．5 1 1 0 。￡ 6 ．2 2 6 1 0 一e x p 一1 ．9 3 1 0 _ 7 t 8 ．4 8 6 ] 0 - 4 e x p 一6 ．9 6 1 0 - 8 ￡ ， 9 4 一一0 ．0 8 6 6 ．1 7 8 1 0 qX O ．6 0 ．5 0 ．4 0 ．3 O ．2 0 ．I e x p 一3 ．9 9 1 0 _ 7 f 0 ．0 0 3 e x p - - 2 ．9 8 1 0 ’7 ￡ 0 ．0 0 6 e x p - - 2 ．5 1X1 0 q ￡ 0 ．0 0 4 e x p - - 1 ．9 3 1 0 一7z 0 ．0 4 4 e x p - - 6 ．9 6 1 0 8 ￡ ． 同理，可得到E 2 3 0M P a 时局分别为2 ，3 ， 4 ，5G P a 时的位移表达式，以及E ， 0 ．7 9G P a 时 E 2 分别为2 0 ，3 0 ，4 0 ，5 0 ，6 0M P a 时的位移表达 式，由于篇幅限制，在此不进行罗列． 由式 1 8 可知，工 3 ，Y 0 时煤柱水平位移 越最大，y 一3 时煤柱垂直位移v 最大，绘制充填时 煤柱最大水平位移M 。。。和最大垂直位移‰。随时 间t 的变化曲线如图3 所示． 1 盼3 0 M P a B 1 0 M P a - o - E 2 2 0 M P a 一E 2 3 0 M P a - , m - E 2 - - 4 0M P a E 2 5 0 M P a ．．- E 2 - - 6 0M P a 喜 童 』 0 ．8 O7 0 ．6 O ．5 0 ．4 O ．3 O ．2 O ．1 0I23456 0l23456 t h t } l b E I o ．7 9G P a 图3充填时煤柱变形随时间t 的变化曲线 F i g ．3 C u r v eo fd i s t o r t i o no fc o a lp i l l a rw i t htu n d e rf i l l e d 由图3 分析可得’， 1 充填时，煤柱的水平和垂直变形随时问f 的延长而增加，呈非线性变化规律．初始阶段，煤柱 变形较快，变形量和时间基本呈线性规律变化．随 着时间的延长，变形速度逐渐减小，变形量趋于稳 定，变形时间超过两年，基本上不再发生明显变化． 2 最不变，当E 。≤2G P a 时，E 。对煤柱变形 的影响较大，E l 从1G P a 变化至2G P a ，最大水平 位移和最大垂直位移分别减小了3 7 ％和4 2 ．5 ％． 当E 。 2G P a 时，E 。对煤柱变形的影响偏小，E 。 从2G P a 变化至5G P a ，平均每增加1G P a 最大水 平位移和最大垂直位移与E 。 1G P a 时相比分别 减小了1 1 ％和1 0 ．7 ％． 3 E 】不变，易从1 0M P a 变化至6 0M P a ，平 均每增加1 0M P a ，煤柱变形稳定后最大水平位移 和最大垂直位移与E 2 1 0 M P a 时相比平均减小 1 0 ．4 ％和6 ．9 ％． 2 工程实例 某煤矿矸石充填区域走向平均长4 8 0m ，倾向 平均宽3 2 8m ，面积约1 5 ．7 万I n 2 ；该区域煤层倾 向N E ，走向E S 3 0 。～N W 6 0 。；该区域煤层厚度平均 6m ，倾角约1 7 。；充填区域煤层赋存标高为一6 0 0 ～一7 0 0r n ，地面标高为1 4 7m ，埋深为一7 4 7 “ - - 一 8 4 7m ，平均埋深为8 0 0m ；整个区内构造简单，煤 层赋存稳定，但其煤层倾角较大；矸石充填采煤区 域直接顶为砂质泥岩，平均厚度为2m ，老顶为细 砂岩，平均厚度6m ；充填工艺采用条带式充填，全 厚开采，巷道尺寸为6m 6m ，煤柱宽度为6E 1 1 ． 本文根据充填区域的煤质和地质参数，取E 。 一0 ．7 9G P a ，易 3 0M P a ，∥J O ．2 5 ，胞一0 ．3 ，a 一 3r r l ，q 1 8M P a ，煤柱黏滞系数刁 1X1 0 1 5P a s ．结 合以上理论分析结果，煤柱的最大水平位移和最大 垂直位移的计算结果与实测结果所满足的曲线如 蹄器帆刮乏。斗巧 ￡￡￡E ￡ - - ． I I 一 一．～．- 暑、；‘j 暑、ij 万方数据 7 5 0 中国矿业大学学报 第3 7 卷 图4 所示． t／月t／月 图4 煤柱变形随时间t 的变化曲线对比 F i g ．4 C o n t r a s tc u r v eo fd i s t o r t i o no fc o a lp i l l a rw i t ht 由图4 可知，煤柱变形的实测值偏大于理论计 算的结果，这主要是由于煤柱内部存在节理、弱面 和裂隙等，影响了煤柱的强度，在矿压的作用下煤 柱更容易发生破坏，产生变形． 综合以上分析，用该方法分析煤柱的变形比较 合理，理论分析结果与实测结果反映规律相同，误 差在允许范围内，验证了理论的正确性． 3结论 煤柱的稳定性直接影响着煤矿井下矸石充填 技术的成功实施与否，所以从理论上分析和预测煤 柱变形特点和规律很具有必要性．本文通过矸石充 填巷间条带煤柱稳定性的粘弹性分析，主要得到以 下结论 ． 1 利用变分原理的相关知识得到了矸石充填 巷间条带煤柱位移场的弹性解． 2 基于M a x w e l l 体流变模型得到了矸石充填 巷间条带煤柱位移场的黏弹性解，分析了煤柱与充 填体在上覆岩层压力的作用下变形的时间效应以 及变形量与煤岩性质之间的关系． 3 根据某矿区的煤质和地质参数，求解了煤 柱变形的大小，理论研究结果与实测值反映规律相 同，误差在允许范围内，验证了理论的正确性，该理 论为类似条件下煤柱稳定性研究提供了理论依据， 对于煤矿选择支护方式、设计采煤工艺以及控制地 表沉陷等都具有重要的理论意义与应用价值． 参考文献 [ 1 ] [ 2 ] 钱鸣高，许家林，缪协兴．煤矿绿色开采技术的研究 与实践[ J ] ．能源技术与管理。2 0 0 4 4 1 - 4 ． Q I A NM i n g g a o ，X UJ i a l i n ，M I A OX i e - x i n g ．S t u d y a n da p p l i c a t i o no ft h eg r e e nm i n i n gt e c h n o l o g y [ J ] ． E n e r g yT e c h n o l o g ya n dM a n a g e m e n t ，2 0 0 4 4 1 4 ． 张吉雄，缪协兴．煤矿矸石井下处理的研究[ J ] ．中 国矿业大学学报．2 0 0 6 ，3 5 2 1 9 7 2 0 0 ． Z H A N G J i x i o n g ，M I A OX i e - 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f i l l i n gt e c h n o l o g y [ J ] ．C h i n a C o a l ，2 0 0 5 ，3 1 8 3 6 3 9 ． [ 6 ] 谢和平，段法兵，周宏伟，等．条带煤柱稳定性理论 与分析方法研究进展[ J ] ．中国矿业，1 9 9 8 ，7 5 t 3 7 4 1 ． ⅪEH e - p i n g 。D U A NF a b i n g ，Z H O UH o n g w e i ，e t a 1 ．R e c e n td e v e l o p m e n t so ft h e o r ya n da n a l y s i sm e t h o d so fs t r i pp i l l a rs t a b i l i t y [ J ] ．C h i n aM i n i n gM a g a z i n e ，1 9 9 8 ，7 5 3 7 4 1 ． [ 7 ] 郭文兵，邓喀中。邹友峰．走向条带煤柱破坏失稳的 尖点突变模型[ J ] ．岩石力学与工程学报，2 0 0 4 ，2 3 1 2 1 9 9 6 2 0 0 0 ． G U 0W e n - b i n g ，D E N GK a z h o n g 。Z O UY o t r f e n g ． C u s pc a t a s t r o p h i cm o d e lo fi n s t a b i l i t yo fs t r i pc o a l p i l l a ra l o n gs t r i k e [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo fR o c kM e c h a n i c sa n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 4 ，2 3 1 2 1 9 9 6 2 0 0 0 ． [ 8 ] 胡炳南．条带开采中煤柱稳定性分析[ J ] ．煤炭学报， 1 9 9 5 ，2 0 2 2 0 5 - 2 1 0 ． H UB i n g n a i l ．P i l l a rs t a b i l i t ya n a l y s i si ns t r i pm i n i n g [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ，1 9 9 5 ．2 0 2 2 0 5 2 1 0 ． [