基于元胞自动机的房式煤柱稳定性研究

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。(2)Ⅱ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。     

房式采空区集中煤柱下动载矿压灾害防治技术

针对神东矿区石圪台煤矿31201工作面出上覆房式采空区集中煤柱期间的动载矿压问题,通过现场实测及理论分析方法,结合动载矿压发生机理,研究了相应的灾害防治技术。结果表明:出集中煤柱回采期间,超前支承压力使具有有效支撑作用的集中煤柱及前方大面积小煤柱失稳,失稳煤柱覆岩运动使工作面覆岩受到动载荷作用,破坏了工作面覆岩断裂岩块间形成结构的稳定性,从而导致了动载矿压灾害的发生。据此认为,避免工作面覆岩受到动载荷作用是防治该类动载矿压灾害的关键,因此提出了以阻止、促进房式采空区覆岩运动为思路的动载矿压灾害防治措施,以及各措施的现场实施技术要求,并研究了各措施现场实施效果评价方式,现场应用后效果显著。     

房式采空区集中煤柱诱发动载矿压机理及防治

针对神东矿区石圪台煤矿31201工作面出上覆房式采空区集中煤柱回采动载矿压问题,利用现场实测和理论分析方法,通过分析超前支承压力作用下小煤柱保持稳定时的临界弹性核宽度、动载荷作用下工作面覆岩结构及支架载荷,对动载矿压的发生机理及防治措施进行了研究。结果表明：出集中煤柱期间,下煤层工作面覆岩的回转运动使上覆集中煤柱支撑宽度减小,若超前支承压力导致该部分集中煤柱及前方大面积小煤柱失稳,超前失稳煤柱覆岩的运动将使工作面覆岩受到动载荷作用,破坏工作面覆岩承载结构的稳定性,从而诱发动载矿压;提出了提前爆破集中煤柱的防治措施,并确定了爆破时工作面与集中煤柱间应满足的安全距离,在现场应用效果显著。     

房式采空区失稳煤柱下回采异常矿压发生机理

针对神东矿区石圪台煤矿31201工作面在上覆房式采空区失稳煤柱下回采期间矿压显现异常问题,利用现场实测和理论分析方法,对失稳煤柱下回采矿压显现异常的机理进行了研究。结果表明:失稳煤柱下回采期间,上煤层失稳煤柱冒落覆岩断裂岩块间不能形成铰接结构,且工作面上方冒落覆岩上覆岩层断裂岩块与其前方岩层共同向下运动,从而增加了下煤层顶板受力,使工作面呈现来压步距减小、来压强度增大的特征;由于失稳煤柱覆岩对煤层间岩层的作用力相比出集中煤柱期间小,因此未发生动载矿压灾害;煤层间岩层厚度的增加将减小下煤层顶板受力,进而减小失稳煤柱下回采矿压显现强度;提出在上煤层房式采空区失稳煤柱覆岩运动较充分后再进行下煤层开采的控制措施。     

浅埋煤层房式开采遗留煤柱突变失稳机理研究

神东煤田浅埋煤层存在大量房式遗留煤柱,受下方煤层采动影响可能突然失稳垮落,造成冲击式动力灾害,遗留煤柱稳定性对下方煤层安全开采具有重要影响.针对乌兰集团石圪台煤矿地质生产条件,基于突变理论建立了房式煤柱稳定性尖点突变模型,分析了浅埋煤层房式开采遗留煤柱突变失稳规律.结果表明煤柱发生突变失稳的必要条件为煤柱单侧屈服带宽度介于煤柱宽度的0.33～0.43倍时将发生突变失稳,现场观测验证了计算结果.     

浅埋煤层房式采空区下开采煤柱稳定性研究

房式采空区煤柱留设状况复杂,房柱及隔离煤柱结构的失稳对下位煤层回采工作面造成严重影响,为掌握浅埋煤层房式采空区下开采的矿压显现特征,确保煤矿安全生产,以石圪台矿2~#、3~#煤层为工程背景,通过理论分析和数值模拟方法,揭示了2~#煤层6 m×8 m房柱和20 m隔离煤柱带的应力场分布特征以及下位回采工作面过房式采空区的围岩应力特征和塑性区演化规律。结果表明:在2~#煤层房式采空区6 m×8 m房柱失稳结构下,3~#煤层应力处于卸压状态,应力降低16%;3~#煤层在开采过程中,超前支承压力最大峰值均处于2~#煤层留设20 m隔离煤柱及房柱失稳区域下方。     

西部矿区覆岩-煤柱群失稳临界时间节点研究

为分析覆岩-煤柱群回收前的稳定性,采用数值模拟软件Flac3D分析了煤柱蠕变期间塑性区发育及内部应力分布形式的演化特征,发现：蠕变过程分为快速变形、缓慢变形及加速失稳3个阶段,并总结出了不同阶段塑性区发育和内部应力分布形式的对应关系;在分析覆岩和煤柱相互作用的基础上,建立了弹性地基薄板模型,推导出了顶板变形、煤柱受力与煤柱塑性区发育范围之间的计算方程组,揭示了覆岩-煤柱群减弱至失稳的动态变化特征;给出了覆岩-煤柱群体系失稳临界时间节点判据和方法,并结合工程算例进行了分析。     

浅埋工作面上方集中煤柱预爆破效果微震监测研究

石圪台煤矿31201综采工作面过上方房式采空区集中煤柱后,上覆岩层的大范围运动造成下煤层综采面大量支架压死。基于岩体力学理论,分析了深孔爆破对上方集中煤柱的破坏机制,破坏煤柱完整性使房柱采空区上覆岩层超前破坏;探讨了实现房柱采空区大范围上覆岩层缓慢释放能量及渐进破坏的机理。基于微震监测结果,对比分析了集中煤柱爆破后覆岩破坏特征,探讨了集中煤柱爆破效果。结果表明,基于微震监测结果的爆破效果评价方法是合理的,符合现场实际情况。     

房式采空区下近距离煤层开采支架工作阻力研究

为研究房式采空区下近距离煤层开采支架合理支护阻力,基于石圪台煤矿实际地质条件,构建了房式采空区下关键层初次破断与周期性破断力学模型,得到了初次来压和周期来压步距表达式,并构建了对应的"支架-围岩"相互作用力学模型,获得了支架工作阻力的计算式。研究结果表明:房式采空区下煤层开采关键层破断步距主要特点有2个:①关键层初次破断及周期性破断步距与上覆留设煤柱应力集中程度密切相关;②破断步距大小受关键层前次破断位置影响较大。理论计算31201综采工作面关键层初次来压步距为40.1 m,前3次周期来压步距分别为20.4、18.9、20.8 m。与均布载荷条件下相比,房式采空区下支架支护阻力的主要影响因素有2个,即关键层受上覆岩层集中力的位置和关键层初次破断结构形态。理论计算获得该工作面初次来压和前3次周期来压合理工作阻力分别为17 372、11 722、15 252、15 206 kN。结合工程实例,验证了理论推导的合理性,研究成果为房式采空区下近距离煤层开采液压支架选型提供了指导。     

掏底槽拉架炮眼角度优化设计

房式采空区下工作面推进过程中,由于基本顶周期来压并伴随工作面上覆房式采空区煤柱失稳,常导致压架事故发生。结合乌兰集团石圪台煤矿131201工作面出现支架压死的情况,建立了高能应力波传播的简化模型,以及支架下底板的简化模型,分别研究了不同炮眼角度下条形装药对底板的破坏效果,提出最优炮眼角度为高能应力波覆盖整个支架底座的最大炮眼角度的1/2。在现场应用中,该优化方案取得较好效果。     

矿柱稳定性对矿柱回收的影响

在对辽阳石膏矿-385水平矿房岩样采集和物理力学性质测定的基础上,运用面积承载理论确定出各矿柱回收方案的最大安全开采深度。通过对矿柱的数值模拟,得出了矿柱应力分布状态和破坏规律。根据对矿柱的实际状态分析,提出了"伪稳定"和"超稳定"的概念。     

深井宽条带开采煤柱稳定性及地表移动特征研究

采用现场实测、三维相似材料模拟、数值模拟和理论分析,对深井宽条带法开采煤柱稳定性及地表移动特征进行研究。研究表明:深井开采其煤柱塑性区的宽度明显增大,条带煤柱承载应力分布为明显马鞍形;煤柱横向变形主要集中在边缘9.5 m内,且呈现非连续、阶跃式、突变形态。随着煤柱留设宽度的变小,煤柱塑性区宽度显著增加,条带群开采地表下沉达到了该地质采矿条件的极值,下沉系数为0.22,下沉盆地面积大,但平缓且较均匀,移动变形连续且周期长,在下沉盆地外边缘出现了地表反弹轻微抬高的现象。针对深井宽条带法开采的特点,提出了深井宽条带法开采煤柱尺寸的计算设计方法。     

板模胶结矿柱与注浆胶结矿柱充填工艺对比试验

通过工业试验对比,对模板胶结充填工艺与注浆胶结矿柱充填工艺在上向水平分层采矿法矿山中的应用进行了试验与研究,主要针对工艺施工质量、施工效率和施工难度进行了比较论证,从而得出模板胶结矿柱充填工艺具有工艺便利、效率相对高、施工质量高、分层回采工艺周期相对短、贫化和损失率指标低等优势,对于上向水平分层采矿法的矿山而言,其具有明显的施工优势,是值得推广的工艺。     

无煤柱开采工艺实践

0 前言 鸡东县保合煤矿开采鸡西群城子河组23#煤层.工作面布置一般留设20 m宽护巷煤柱,造成大量的煤炭资源损失,使煤炭回收率降低.为此,1994年2月学习借鉴杏花矿西采23#煤层无煤柱开采实践经验,在右十路回采中采用无煤柱开采工艺.取得成功,获得了良好的经济和社会效益.     

Key technology study on pillar mining under the system of room and pillar mining

Taken taifeng coal mine in Mongolia for example, discussed the stability and controllability about advance pillars which locate at the front of working face and makes simulation on pillar with the software UDEC3.1. The failure styles of advance pillars are shear failure and compression failure through analyzing the stability of advance pillars. The paper concludes that can protect advance pillars from shear failure by controlling coefficient of volumetric expansion of mining field rock and supports＇ working resistance and can also protect it from compression failure by advance supporting, increasing setting pressure and working resistance. Two advance pillars are influenced and the main failure form is compression failure through the numerical simulation.     

深部板状矿体走向稳定矿柱和保护矿柱设计指南

本文概述了黄金矿山深部开采采用走向稳定矿柱和保护矿柱作为区域支护方法的研究工作。关于矿柱设计最重要的事实是,第一,在很岁情况下,迄今采用的矿柱设计准则通常不会获得满意的结果;第二,每个矿柱自身的环境独特,因此不适合于普遍的设计准则。本文提出的走向稳定矿柱和保护矿柱设计方法考虑了这些情况。     

深部条带开采采留宽尺寸及地表变形预计研究

针对井下条带煤柱受力特点,分析了不同采留宽尺寸对条带煤柱顶板下沉的影响,研究表明:条带煤柱的顶板下沉量与留设的煤柱尺寸成反比,留设的煤柱尺寸越小,则顶板下沉量越大;反之,则顶板下沉量越小;在此基础上,运用概率积分法对其引起的地表变形进行预计对比分析,从而综合确定了合理的深部条带开采方案。     

村庄保护煤柱开采实践

淄博矿业集团公司许厂煤矿在 130 3工作面回采过程中 ,结合该矿实测地表岩移资料 ,综合分析工作面的采矿地质条件及地面建筑物的保护等级 ,通过充分的理论计算 ,对村庄保护煤柱进行合理留设 ,达到了尽可能回收煤炭资源 ,又对村庄建筑物影响控制在保护等级以内的目的 ,取得了可观的社会经济效益     

煤柱回收可行性分析

目前,我国内蒙古地区许多煤矿利用房式开采工艺,只采煤房不采煤柱,这必然留有大量的煤柱、顶煤及边角煤,不但使优质的煤炭资源浪费,还造成残煤自燃、地表突然塌陷等自然灾害.针对围岩条件和房式开采结果不同,提出了煤柱回收工艺及回收基本方法:以履带支架支护煤房顶板,逐排回收煤柱和顶板,然后推进支架,强迫顶板垮落,然后回收下一排煤柱.设计开发了煤柱回收的成套设备,包括连续采煤机、梭车和履带行走式液压支架.经分析指出,煤柱回收成套设备应用于煤柱回收工艺是可行的.