大倾角煤层长壁大采高采场煤壁片帮机制

煤壁片帮是大采高采场普遍性开采技术难题,而大倾角条件下大采高采场煤壁片帮特征及其发生机理更为复杂,为弄清该类采场煤壁片帮机制,采用现场实测、数值计算及理论分析法,对大倾角煤层大采高采场煤壁片帮特征、影响因素、片帮机制进行研究。结果表明:大倾角大采高采场煤壁片帮具有交替演变,不同区域形式不同,片滑、回转外片等特征;采高、伪斜角、煤体力学特性与煤壁稳定性密切相关,采高、伪斜角一定范围内越大,煤体强度越低,煤壁片帮几率及程度随之增加,而25221工作面煤壁强度低、含夹矸、高度大,自稳性差,采高及伪斜角大且不断变化,导致顶压作用强度增加,加之重复性动态荷载扰动,复合因素叠加作用促使大倾角大采高采场煤壁发生片帮。     

松软厚煤层大采高仰采工作面煤壁片帮机理研究

针对松软厚煤层仰采工作面煤壁易于片帮的问题,为揭示松软厚煤层大倾角仰采工作面煤壁片帮机理,并提出有效防止煤壁片帮方法,采用解析方法分析了松软厚煤层大倾角仰采工作面煤壁片帮力学机制,并通过数值模拟方法研究了仰采角度和采高对煤壁片帮的影响。研究结果表明:随着煤层仰采角度增大,煤壁发生剪切破坏进而导致片帮概率增大,在一定地质条件下,煤层倾角超过10°后片帮变得十分严重;在仰采角度一定的条件下,随着采高增加,片帮深度增加,但合理采高有一临界值,超过临界采高时,煤壁内部的破坏深度会随着采高的增加而急剧增大。     

大倾角采场合理采长的数值模拟研究

以平煤集团香山矿戊9-0-22090工作面的地质条件为依据,应用RFPA2D及FLAC3D数值模拟软件,对大倾角采场应力场分布随采长变化的规律进行了数值模拟分析,为大倾角煤层合理增加采长提供了一定理论依据.     

张村矿大倾角综采工作面矿压活动规律分析

以张村矿二-11081大倾角综采工作面为例,通过现场矿压实测、相关理论分析、实验室数值模拟,对大倾角综采工作面采场矿压活动规律进行了研究分析。为类似条件下煤层顶板控制提供理论参考。     

大采高大倾角工作面煤壁片帮机理分析

为研究大倾角大采高工作面煤壁片帮机理,控制煤壁片帮。建立大采高大倾角条件下的煤壁片帮模型,利用压杆失稳理论解释煤壁片帮现象。通过理论计算得出了大采高大倾角工作面煤壁片帮临界力以及片帮最易发生的位置,分析了倾角、采高与片帮临界力和片帮位置的关系。结果表明：煤壁片帮临界力与采高和煤体自身刚度有关,与煤层倾角无关。采高越大,煤壁片帮临界力越小,煤壁抗弯刚度越大,煤壁片帮的临界力越大。煤壁片帮发生的位置受煤壁自身刚度、顶板压力、煤层倾角、采高的影响,但主要由采高决定,煤壁最易片帮位置距离顶板约0.398倍采高处。此外,现场观测了攀枝花煤矿11073大采高大倾角工作面的煤壁片帮现象,现场观测与理论分析结果一致。现场采用提高支架工作阻力等措施,有效地控制了煤壁片帮现象。     

赵固二矿厚煤层工作面合理采高确定研究

片帮冒顶是影响大采高工作面生产的重要因素,采用煤层注水、调整工作面采高可有效控制片帮现象。通过理论分析工作面片帮的机理,推导出煤壁片帮破坏时安全采高的公式,以赵固二矿11011工作面为研究对象,利用理论分析和数值模拟相结合的方法对赵固二矿工作面采高进行优化,确定得出赵固二矿的安全采高在5 m左右。     

大倾角双斜工作面岩移规律数值模拟研究

为研究大倾角双斜开采工作面的采场应力分布与围岩变形破坏特征,根据新集二矿E1108工作面地质条件,采用UDEC2D3.1数值模拟软件分别对大倾角双斜工作面俯采与仰采时的岩移规律进行了模拟计算,并对现场相关实测结果进行了分析.结果表明,大倾角双斜工作面俯采及仰采时采场围岩应力分布及覆岩变形破坏特征均呈现与近水平或缓倾斜煤层不同的特殊规律.数值模拟分析与现场实测结果基本一致.     

大采高工作面煤壁片帮机理数值模拟

以赵固一矿15018工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟的方法对12011工作面的煤壁片帮深度机理进行研究和分析,对在支承压力作用下的煤壁片帮形式进行了压杆理论模型分析,得到了在不同采高和采深下煤壁片帮的变化情况,即随工作面采高和采深的增加煤壁片帮也会相应的增大。通过对在不同采高和采深煤壁的垂直位移、水平位移、煤壁塑性区的模拟,分析了大采高煤壁片帮的诱发机理,对于煤壁片帮较严重的大采高工作面的安全生产和支护设计都有一定的指导意义。     

大采高综采工作面采场应力分布规律研究

以某矿首采工作面为工程背景,利用FLAC~(3D)数值模拟软件对大采高开采的采场应力分布规律特征进行了研究。通过对不同采高下首采工作面的开采分析,得出了不同采高下采场支承压力的峰值点应力集中系数和影响范围的分布特征。得到了在大采高条件下工作面不断推进时工作面周围岩体的塑形破坏规律。     

大采高工作面煤壁片帮深度机理研究。

以赵固一矿12011工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟的方法对12011工作面的煤壁片帮深度机理进行研究和分析,对在支承压力作用下的煤壁片帮形式进行了分类（压剪式、滑落式或横拱式）,得到了在不同采高和采深下煤壁片帮深度的变化情况,即随工作面采高及采深的增加煤壁片帮深度也会相应地增大。这一研究结论对于煤壁片帮较严重的大采高工作面的安全生产和支护设计有一定的指导意义。     

大倾角大采高综采面倾向长度尺度效应分析

以大倾角大采高综采为背景,通过理论分析、相似模拟和现场实测,对大倾角大采高综采基于工作面倾向长度尺寸效应导致的围岩灾变机理进行了分析,研究认为大倾角煤层直接顶和基本顶运动的不协调性使得控顶难度加大,工作面直接顶沿倾向可分为充填稳定段、易溃屈段和滑移段结构,相应矿压显现特征则呈现典型的“弱-强-弱”分布,即溃屈段为矿压显现最强烈区域,也是影响矿压显现的主控因素,对于特定赋存条件大倾角煤层,其工作面长度存在“临界尺寸”,工作面支护强度的确定除满足直接顶岩层岩法向方向的自重和部分基本顶载荷外,还需满足上部直接顶滑移产生的附加载荷,其中阻止溃屈段顶板的离层是支护强度确定的主要依据。     

基于FLAC3D的二步采场结构参数优化及工程应用

为了保证三山岛金矿二步采场的生产能力和开采安全性, 采用三维有限元方法对不同结构参数的二步采场开采稳定性进行分析,优选安全合理的采场参数。通过计算和分析不同结构参数的二步采场在开采过程中顶板和上盘围岩的应力、位移变化特征,得出不同参数的采场稳定情况。结果表明：当采场高度为12 m时,顶板和上盘围岩的拉应力和位移都较大,采场的稳定性较差;当采场宽度大于10 m时,顶板和上盘围岩的拉应力和位移的变化率呈增长趋势,采场稳定性逐渐变差。因此,建议二步采场宽度为10 m,高度10 m。将优化结果应用于工程实践,表明该参数安全合理,保证了矿山安全高效开采。     

急倾斜复杂矿体采场结构参数优化研究

根据龙山金锑矿复杂矿体的赋存条件和浅孔落矿采矿方法, 选取人工假壁、上盘回采分层高度、下盘回采分层高度和矿房长度为主要因素建立正交试验方案, 以采场应力集中系数和岩层位移量为评价指标建立目标函数, 进行了采场结构参数优化研究。研究发现: 急倾斜中厚矿体破碎围岩矿房开采过程中采场应力集中系数变化较小, 岩层位移量变化较大; 结构优化后, 围岩最大位移可降低46%。优化后的最佳参数为人工护壁厚度3 m, 上盘矿体分层高度2 m, 下盘矿体分层高度3 m, 矿房长度50 m。     

千米深井大采高采场围岩应力分布规律数值分析

煤矿深部开采的应力集中异常突出,以唐口煤矿1305工作面为例,利用FLAC3D有限差分软件对千米深井大采高采场围岩应力分布规律进行数值分析。模拟结果表明:1305工作面回采时,在采空区四周煤体内形成对称的"双肺"状支承压力影响区;随着工作面推进,采场支承压力峰值及采空区上覆岩层破坏高度逐渐增大,工作面见方后,采空区顶板破坏高度与超前支承压力峰值变化趋于稳定,支承压力最大峰值约为72MPa,应力集中系数k为3.0;工作面煤壁前方与采空区两侧煤体内支承压力峰值随工作面推进向深部转移,且支承压力影响范围逐渐增大,压力峰值与工作面煤壁之间的距离基本保持在8~15m范围内。     

大采高综采工作面煤壁稳定性及控制研究

为研究大采高工作面煤壁片帮问题及其控制方法，以甘肃某煤矿大采高综采工作面条件为研究背景，采用数值模拟和力学分析相结合的研究方法，开展大采高煤壁应力、位移分布特征和煤壁片帮控制研究。由数值模拟结果可知煤壁应力集中系数为2.14,煤壁最大位移位于煤壁上部区域，距离底板3.5～4.2 m,确定煤壁片帮高度2.1 m,约0.33倍的采高。通过建立煤壁梯形滑块力学模型，分析煤壁失稳极限平衡时的受力状态，计算得到煤壁护帮强度不小于0.365 MPa。研究成果可为该矿井及相似条件矿井控制煤壁片帮提供理论指导。     

露天矿土-岩复合逆倾边坡空间形态优化

针对露天矿土-岩复合逆倾边坡到界边坡形态设计问题,结合达连河露天煤矿外排土场北帮-采场顶帮复合逆倾边坡的工程实际,基于刚体极限平衡与三维数值模拟的手段,研究了露天矿土-岩复合逆倾边坡的滑坡模式及稳定性规律,设计了最终边坡形态,确保北帮到界过程中煤炭资源回采的安全。研究结果表明：达连河露天煤外排土场北帮-采场顶帮复合逆倾边坡的滑坡模式为圆弧滑动;使外排土场北帮-采场顶帮复合逆倾边坡满足安全要求的采场边坡角为33°;露天矿土-岩复合逆倾边坡岩体的破坏形式为拉张-剪切复合型,岩体自重作用下的坡脚处应力集中造成的局部岩体破坏是整体边坡失稳的诱发因素。     

当量采深估算方法在岩爆危险性等级评价中的应用

为了研究浅部岩爆危险性定量评价方法,实现矿山采场岩爆分级评价和分类治理目标,根据应力叠加原理,建立了当量采深估算模型,提出了当量采深估算方法,并确定了估算方法的计算过程。研究表明:当量采深与实际采深成正相关,与矿柱尺寸成负相关。本文以山东某矿浅部岩爆现象为工程背景,由于巷道开挖和构造应力造成采场围岩应力集中,没有达到岩爆深度的浅部开采水平,却出现岩爆预兆现象。因此,采用当量采深估算方法对该矿浅部450中段采场进行岩爆分级评价,共划分48个矿柱单元,形成1个高度危险区,9个中等危险区,4个一般危险区,34个安全区,并对不同区域采取岩爆分级防治措施,达到了良好的岩爆防治目的,提高了矿山回采安全性和经济性。     

薄基岩厚松散层深部采场裂隙带几何特征及矿压分布的工作面效应

针对薄基岩厚松散层深部长工作面矿压显现规律状况,在压力拱假说、应力壳理论和普氏理论基础上建立采场裂隙带几何模型,推导出工作面覆岩裂隙带计算公式,结合数值模拟对几何模型及工作面覆岩裂隙带公式进行验证,并对工作面覆岩裂隙带高度及矿压显现程度的影响因素进行分析。结果表明:采场裂隙带几何模型较为合理,与采场上覆岩层裂隙带空间分布特征相一致;工作面覆岩裂隙带公式具有一定的适用性,可解释工作面方向上"抛物线"状的矿压显现规律;工作面覆岩裂隙带高度和矿压的比例系数最小值及变化率与工作面长度呈负相关,与采高及采深基本不相关;工作面覆岩裂隙带高度及矿压,强线性相关于采高、岩层硬度系数,弱相关于工作面长度和采深。     

深井难采矿体开采与通风控制技术研究

深井矿山开采面临埋深大、原岩应力高、地温高及岩爆倾向性强等问题,尤其在深部缓倾斜中厚难采矿体中,深部矿体开采和通风问题都是亟待解决的问题。针对冬瓜山铜矿西翼矿体兼有深井矿山和缓倾斜中厚难采矿体的特点,设计采取"大盘区、小分段"的设计思路,采用两步骤回采的分段空场嗣后充填法,很好地解决了采场高地应力和落矿重力运搬等问题;同时根据"按需通风"的供风原理,以采场需风为核心,对进风—采场—回风系统进行优化和仿真,较好地解决了冬瓜山铜矿采场通风困难问题,研究表明,该采矿方案具有很好的实用性和推广性。     

超大采高工作面液压支架与围岩耦合作用关系

针对金鸡滩煤矿坚硬厚煤层赋存条件,提出了8.2 m超大采高一次采全厚开采方法,分析了超大采高工作面液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合关系及控制方法,研制了ZY21000/38/82D型超大采高液压支架及新结构。基于液压支架与围岩耦合作用关系,采用理论分析与数值模拟方法研究了超大采高液压支架合理工作阻力确定的“双因素”控制法;通过建立脆性坚硬厚煤层煤壁片帮的“拉裂-滑移”力学模型,得出了控制煤壁片帮发生滑移失稳的液压支架临界护帮力;分析了销轴铰接间隙对超大采高液压支架稳定性的影响及控制方法。通过创新研制大缸径抗冲击双伸缩立柱、三级协动护帮装置等新结构,保证了超大采高液压支架与围岩系统的稳定性控制。