坚硬复合顶板煤层开采RFPA~(2D)数值模拟

根据大安山矿地质构造条件、围岩特征和煤层赋存特点,通过RFPA2D数值模拟的方法,对坚硬复合顶板煤层开采进行了研究。实现了对顶板移动规律、初次来压步距、周期来压步距和矿压显现规律的定量描述。为确定合理的工作面顶板管理、支护参数确定和预报回采时顶板危险的地点和程度提供依据。     

泉头煤矿坚硬顶板大采高采场矿压显现规律研究

针对坚硬顶板大采高工作面顶板控制困难的问题,研究了工作面矿压显现规律。通过现场调研、力学分析建立了工作面上方坚硬顶板的"悬臂梁-砌体梁"结构的简化模型。力学分析表明工作面矿压显现主要受悬臂梁的影响,高位砌体梁对回采空间矿压显现影响不大。通过材料力学的计算原理得到晋城泉头煤矿15301工作面初次来压步距为47.76m,周期来压步距为19.43m。通过数值模拟得到工作面初次来压步距约为42.35m,周期来压步距约为17.28m,矿压实测周期来压步距平均16.19m。结果表明:理论计算和数值模拟结果与矿压实测周期来压步距接近,力学模型可以解释该矿顶板破断规律。     

特厚煤层综采工作面矿压显现规律研究

为了研究特厚煤层综采工作面矿压显现规律,以小庄煤矿40201工作面为背景,采用数值模拟研究了开采工作面顶板破坏特征。通过现场监测分析了工作面沿倾向和走向液压支架工作阻力,同时与经验公式计算结果进行对比确定了支架工作阻力。结果表明：40201工作面初次来压步距在33.6～46m之间波动,周期来压步距平均21.0m,采动影响系数平均1.42|基于经验公式确定的工作面顶板荷载为0.94MPa,小于支架工作支护强度1.28MPa|40201工作面选用的ZF13000/21/40支架满足生产需求。     

松散表土薄基岩浅埋煤层矿压显现规律数值分析

为了分析松散表土薄基岩浅埋煤层首采工作面上覆岩层的运动规律,尤其是顶板初次来压和周期来压步距,运用UDEC软件对神木汇森凉水井煤矿首采面上覆岩层矿压显现规律进行了数值模拟,在此基础上进行了现场实测。结果表明,首采面初次来压步距的计算值为40.0 m,实测值32.8 m;周期来压步距的计算值为20 m,实测周期来压步距为16.5～22.0 m,平均为19.5 m;强制放顶距为20 m时能减小初次来压强度;强制放顶能有效地削弱和减小顶板初次来压的强度和规模,保证强制放顶效果的关键是提高强制放顶爆破作业的质量。     

坚硬顶板条件下综采工作面来压步距的确定

采用数值模拟和物理模拟的手段,分析了莒山煤矿坚硬顶板综采工作面来压步距。研究表明,数值计算结果和物理模拟结果相一致,并得出该工作面老顶初次来压步距为66.4 m,周期来压步距为31.2 m,垮落角度为63°,且周期来压步距约为初次来压步距的一半,其结果和现场观测较吻合,并给出了顶板放顶预爆长度。研究结果为该工作面的正常生产提供了技术指导。     

22116综采工作面基本顶来压步距规律

以山西潞安集团潞宁煤业22116综采工作面为研究背景,采用理论分析、现场实测、数值模拟等方法对工作面来压步距规律进行研究.现场实测数据显示,周期来压步距范围为18～24 m;数值计算显示,工作面顶板初次来压步距范围为40～50 m,周期来压步距范围为20～30 m;理论计算显示,初次破断距为47 m,周期破断距为23 m.实测数据及模拟研究与理论计算结果较吻合,可以为工作面来压预报提供依据.     

综放工作面矿压规律数值模拟研究

采用UDEC数值模拟软件,以工作面为原型,建立数值计算模型,分别模拟不同开挖步距时的矿山压力显现情况,得出了综放工作面采动过程中老顶的初次来压步距、周期来压步距、超前应力影响范围和应力集中系数、工作面开采过程中煤层最大支承应力值随开挖空间的加大而变大等结论。所得结论在S5-6综放工作面生产过程中得到验证,这对于加强顶板管理,保证安全高效生产具有重要意义。     

综采面坚硬顶板活动规律观测与控制

为了确保坚硬顶板综采面的安全生产,基于黑龙江某矿煤层的地质与开采条件,对工作面支架工作阻力随工作面推进的变化进行观测,得到综采工作面顶板矿压活动规律。数据分析显示:坚硬顶板来压强烈;工作面下部基本顶来压步距大于工作面中、上部的来压步距,工作面上、中部来压步距相差不大,工作面中部周期来压较工作面上、下部频繁,但整个顶板来压强度比较均匀;工作面液压支架支护强度一般可以达到控制顶板的要求,但初撑力往往偏低。最后针对顶板矿压活动规律和支架运行特性,提出矿压显现时工作面顶板的防控措施。     

工作面老顶来压步距的数值模拟

为了对老顶来压步距进行预测,以工作面为原型建立数值计算模型,分别模拟不同推进距离对老顶初次来压步距和周期来压步距的影响,得出采动过程中老顶的初次来压步距和周期来压步距。运用数值模拟方法,可以较为全面地揭示采动条件下老顶变形破坏特征及破坏范围,有利于选择和优化设计方案,同时减少试验时间,提高矿井的经济效益与社会效益。     

朔南矿区特厚煤层超长综放工作面矿压显现规律研究

特厚煤层超长工作面综放开采引起的矿压显现规律与传统的岩层移动特征有明显的差异。为研究超长工作面矿压显现规律,以麻家梁矿14201首采工作面为工程背景,采用固支梁和悬臂梁理论、3DEC数值模拟以及现场观测的方法对顶板的破断失稳特征开展研究。结果表明:理论计算基本顶的初次来压步距为62.5 m,周期来压步距为25.54 m;数值模拟初次来压步距约为60～70 m,周期来压步距约为25 m,与理论计算结果基本一致;同时根据现场监测液压支架工作阻力数据,进一步验证了研究结果。     

大倾角三软厚煤层大采高综采面矿压特征及支架适应性研究

为研究大倾角三软厚煤层大采高工作面矿压显现规律、液压支架合理工作阻力及其适应性,针对13030工作面开采的实际情况,应用数值模拟法分析了工作面应力分布规律,并对工作面的矿压显现及液压支架工作阻力进行了现场观测。结果表明:随着工作面的推进,超前支承压力峰值呈现先增大后减小变化规律,两侧支承压力呈不对称分布。支架压力变化趋势基本一致,沿工作面倾向方向呈现出明显的不均匀性,整体分布呈中间大、两端小趋势。基本顶周期来压步距在10.0～14.53 m,动载系数为1.49～1.75,来压比较强烈,循环末阻力占额定工作阻力的52.6％～78.8％,具有较大的富余系数,对工作面适应性良好,能够满足工作面顶板控制的生产要求。     

综采工作面上覆岩层运移破坏规律研究

根据火烧铺矿2632综采工作面概况，首先理论分析了该工作面来压步距，并采用UDEC^2D数值模拟软件对2632综采工作面上覆岩层运移破坏规律进行了研究，主要研究了2632综采工作面塑性区分布、工作面超前支承压力分布规律以及不同基载比条件下基本顶破坏特征分析。研究为综采工作面支护设计提供了理论基础。     

基于FLAC3D的大采高工作面过向斜构造的矿压显现规律

为了深入了解大采高工作面围岩与支架的关系，采用FLAC^3D数值模拟，研究了工作面不同开采阶段，不同工作面推进下垂直应力场分布、垂直位移场以及塑性破坏场。研究而得出:当工作面初采阶段时，在工作面5~15 m，应力易产生集中，并随着工作面的继续推进，应力集中程度也逐渐增大，采场顶板的下沉量与围岩破坏范围也逐渐增大。工作面过向斜构造阶段:煤壁前方的垂直应力、垂直位移以及塑性区破坏范围都发生了明显的变化，矿压显现剧烈，煤壁片帮，直接顶冒落现象严重。上述研究为控制采场围岩稳定提供了技术基础。     

浅埋复合顶板沿空留巷矿压显现规律数值模拟研究

为研究浅埋复合顶板沿空留巷矿压显现特征,以哈拉沟煤矿12201综采面沿空巷道为研究对象,基于FLAC3D有限元数值模拟软件,分别模拟了顶板切缝对沿空巷道矿压显现规律的影响以及随工作面推进沿空巷道围岩体的变形特征。研究表明,对巷道顶板进行切缝,能够有效阻断采空区积聚应力向巷道传递的进程,减小煤体内部应力集中现象,随着回采工作面的推进,应力集中区域逐渐向煤体深处转移,在工作面后方0~30m范围内,沿空巷道垂直应力与垂直位移的峰值随距工作面距离增加逐渐增大,且增幅较快,工作面后方30~45m范围内,沿空巷道垂直应力峰值与垂直位移变化量增幅开始减小,并呈现出逐渐稳定的趋势。     

大倾角炮采工作面矿压显现规律研究

以富山煤业21051工作面为背景,对大倾角工作面矿压显现规律进行了实测研究,并对顶板周期来压进行了预测。结果表明,在工作面倾斜方向上顶板周期来压不同步,工作面两端来压步距大于工作面中部,平均来压步距6.73 m。根据顶板来压时单体支柱工作阻力的增阻情况,评价了工作面支柱的支护适应性,并提出提高工作面单体液压支柱初撑力或加强循环补液力度等措施,来改善工作面支柱的支护适应性。结合研究得出的工作面矿压显现规律,对工作面顶板周期来压进行了预测,预测结果得到了现场实际情况的验证,为矿井安全生产提供指导。     

大角度俯采覆岩运动规律数值模拟

针对大倾角煤层俯采过程中覆岩运动所引发的支架倾倒、输送机下滑和顶板破碎等安全事故，以霍州煤电辛置煤矿10 428C工作面为例，运用FLAC3D数值模拟软件，分析了顶板岩层沿工作面走向和倾向采动特征。结果表明：大倾角俯采煤层顶板岩层无论沿工作面走向或倾向方向上，垂直应力等值线和位移等值线均呈现非对称拱形态。工作面下方支承压力和位移值普遍大于上方，岩层运动范围在中上部扩展较快。工作面顶板塑性破坏区向顶板发展，工作面下方顶板破坏范围明显增大。     

大倾角伪俯斜采场顶板运移规律实验研究

为研究大倾角伪俯斜采场顶板垮落运移及其与支架相互作用关系。采用大比例三维物理相似模拟实验和数值计算相结合的研究手段,深入分析了伪俯斜采场初采阶段和正常回采阶段顶板应力演化与变形破坏规律,垮落顶板充填特征以及"支架-顶板"相互作用规律。结果表明,大倾角伪俯斜采场顶板应力分布与位移具有非对称性,顶板具有非对称"O-X"破断特征,且具有明显的时序特征,其中"O"破断顺序为:采空区侧边界—采煤工作面侧边界—上部边界—下部边界;"X"破断顺序为:工作面倾斜上方基本顶先发生破坏,随后基本顶沿顺时针方向依次破断。顶板周期性来压与垮落均具有分区特性与时序性,沿走向工作面各个区域顶板的垮落位置与支架相对位置不同,其中,工作面倾斜中部支架直接受到垮落顶板的作用,具体为"砸—压—推",而倾斜上部与下部垮落顶板仅在下滑过程中对支架产生倾向向下的推力,未出现明显的砸、压现象,上部作用最弱,破断顶板使支架发生不同程度的"倒"、"扭"现象;垮落顶板对采空区的充填可分为4个阶段,各个阶段交替转化的过程对工作面中、下部支架的稳定性产生了影响,矸石堆积区最终沿走向形成充填稳定区域与动态运移区域。为大倾角煤层伪俯斜采场岩层控制提供科学依据,也丰富了大倾角煤层采场岩层控制理论。     

高应力坚硬顶板切顶沿空留巷矿压规律研究

为了解决矿井采掘接替紧张、巷道围岩控制困难等问题，以某矿21100工作面运输巷为工程背景，提出采用切顶沿空留巷技术。理论分析了沿空留巷围岩结构运动特征，对切顶沿空留巷围岩变形情况进行数值模拟分析，提出沿空留巷围岩治理措施，并在现场进行了工程应用。研究结果表明:工作面基本顶“O-X”破断、采场周期来压引起留巷巷道上方基本顶岩层失去稳定性；提出以“切、补、护、支”为主的留巷围岩控制方法；留巷段两帮移近量最大为80 mm，顶板下沉量最大为138 mm，锚索最大应力237 kN，顶板全长累计离层量32 mm。研究可为类似地质条件下的切顶沿空留巷提供参考。     

采动影响下超前巷道围岩应力及变形控制技术研究

为进一步提高回采效率,降低工人成本支出,陈四楼矿21015工作面超前巷道采用主动支护进行围岩变形控制,通过对回采前后超前巷道围岩应力场及位移场进行计算,分析围岩变形破坏规律、不同回采程度下巷道围岩变形情况、不同工作面长度条件下巷道围岩变形规律,探明影响超前巷道围岩变形影响因素。研究表明,回采次数的增加导致超前支承压力由218 MPa增大至406 MPa,工作面前方应力增大区为27~32 m。其中,顶板位移量增大300 mm左右,两帮增大175 mm左右,随着回采推进,端部处巷道顶板位移呈现增大变化,距端部前方10 m处,4次回采顶板位移分别为699、874、869、827 mm,在端部前方15 m左右处,顶板位移基本恢复至未回采阶段,且工作面长度对水平位移影响较大,采用松动圈支护理论对超前巷道进行锚杆（索）参数计算,提出4种支护方案,并运用FLAC3D模拟不同方案下支护效果,最后通过工业性试验检验测得最佳方案有效地控制了围岩变形。     

薄煤层工作面液压支架可靠性评价及围岩控制技术研究

以某矿为工程背景,通过理论分析、现场监测对工作面液压支架的可靠性进行分析,并借助现场检测、数值模拟的方法对片帮、煤柱的合理宽度进行研究。通过研究发现:该矿选择的额定工作阻力为4 000 kN的液压支架能够满足该矿回采的需要;在正常生产期间工作面煤壁片帮、漏顶现象并不严重,仅在顶板周期来压期间出现较为明显的煤壁片帮、漏顶现象,片帮深度小于等于100 mm所占的比例较大;同时通过对工作面侧向支承压力分析发现,其影响范围为工作面侧向30~35 m,剧烈影响范围为20 m左右,峰值大小约30 MPa,峰值距工作面侧向距离7~9 m,由此判断,工作面正常留设煤柱的合理尺寸为30~35 m;沿空掘巷时,留设煤柱的合理尺寸可以确定为7~9 m。