基于元胞自动机的房式煤柱稳定性研究
李昊城1
宋选民1
朱德福2
1.太原理工大学 原位改性采矿教育部重点实验室,山西 太原 0300242.太原理工大学 原位改性采矿教育部重点实验室,山西 太原 030024;中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏 徐州 221116
摘要：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.
关键词：元胞自动机房式煤柱煤柱稳定性多煤层开采
分类号：TD325(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(51904200)中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放基金(SKLCRSM19KF019)
论文发表日期：2021-08-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：7( 60-66 )
英文信息