急倾斜特厚煤层水平分层大采高充填膏体与煤体协调承载特性研究

为了研究窑街三矿特厚急倾斜煤层水平分层膏体充填工作面煤壁的稳定性,首先基于压杆稳定力学模型,给出最大临界力Fct计算公式,进一步导出临界应力σct与分层高度的关系曲线,并给出了挠曲方程计算公式;其次建立FLAC3D数值计算模型,通过垮落法与充填法对比分析工作面前方煤壁的支撑压力、煤壁塑性区范围以及水平位移量与推进距离的关系;最后模拟分析了随着采充平行作业的推进,不同分层高度与工作面煤壁前方的支撑压力、煤壁塑性区范围以及水平位移量的关系。结果表明,当分层高度为4,5,6 m时,煤壁分别在距离底板3.12,3.9,4.46 m位置处挠曲最大,煤壁最大位移量分别为19,24,27 mm,且煤壁发生失稳片帮的临界应力分别为6.6,4.4,2.6 MPa,根据窑街具体情况,当分层高度为5 m,膏体充填工作面前方煤壁的最大支撑应力为3 MPa,未超过临界应力,即便煤壁向采空区最大移动24 mm也不会在工作面推进过程中发生煤壁片帮,且理论分析与数值计算结果基本一致,对窑街三矿特厚急倾斜煤层水平分层膏体充填开采具有借鉴意义。