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摘要
遗留煤柱群链式失稳的科学评价是保障柱式采空区长期稳定性的关键科学问题之一。通过将采矿工程领域中“遗留煤柱群的链式失稳”与土木工程领域中“建筑结构的连续倒塌”交叉、对比与分析，运用关键柱理论，提出一种评价遗留煤柱群链式失稳的新方法，并确定该方法的技术流程；结合元宝湾煤矿柱式采空区蹬空遗煤的赋存特征，采用上述方法模拟分析上行采动影响过程中遗留煤柱群链式失稳的响应特征，评估上行采动影响下遗留煤柱群链式失稳的风险。结果表明，采矿工程领域中“遗留煤柱群的链式失稳”与土木工程领域中“建筑结构的连续倒塌”具有一定的相似性，借鉴土木工程领域中建筑结构抗连续倒塌设计的方法，提出基于拆除构件法评价遗留煤柱群链式失稳的新方法。遗留煤柱群链式失稳评价新方法的技术流程为：首先，判别柱式采空区待研究范围内遗留煤柱群体系中的“关键柱”。其次，将遗留煤柱群体系中的关键柱确定为拆除对象，分析关键柱拆除以后邻近剩余遗留煤柱的稳定性；如果拆除关键柱后邻近剩余遗留煤柱群的稳定性均良好，则可以判定遗留煤柱群不存在链式失稳的风险；如果关键柱拆除以后最邻近遗留煤柱发生失稳，则遗留煤柱群存在链式失稳的风险；将该邻近失稳煤柱也拆除，进一步分析剩余煤柱群的整体稳定性。然后，按照同样的方法分析遗留煤柱群体系是否会发生链式失稳，并评价其发生链式失稳的风险。基于拆除构件法的遗留煤柱群链式失稳评价新方法可以应用于蹬空煤层开采中，当上行采动影响下“关键柱”拆除以后，会产生显著的链动失稳效应，使得其右侧的遗留煤柱快速依次发生链式失稳，并影响蹬空遗煤的高效开采；因此，采取柱旁充填等技术措施来减小链式失稳的风险。遗留煤柱群链式失稳评价新方法的研究有助于为柱式采空区邻近煤层安全高效开采提供理论指导，并有望应用于充填群柱链式失稳评估、合理尺寸设计和长期稳定性评价等方面。
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