露天煤矿边坡下井采工作面推进方向优化研究

以平朔矿区平面露井协采工程实践为背景,采用相似材料模拟实验和数值分析相结合的方法对露井协采边坡变形破坏机理进行了研究,分析了顺坡开采和逆坡开采对边坡变形破坏影响的差异性。综合研究认为,顺坡开采方式不但能够提高煤炭资源采出率,而且在保证边坡稳定方面更加有利。研究成果为条件类似矿井露井协采时空关系优化奠定了基础。     

基于RFPA的露井协采边坡下井工开采方向优化设计

为了研究不同井工开采方向对露井协采边坡的影响规律,根据平朔矿区露井协采实例和岩土体力学参数建立数值计算模型,运用RFPA真实破裂过程模拟软件对平面条件下井工开采方向对露井协采边坡变形破坏机理进行了研究。结果表明,相对于向坡开采,背坡开采对露井协采边坡岩体扰动更加明显;井工开采对露井协采边坡的影响呈现出偏态性,开切眼侧边坡岩体受井采扰动更为严重。     

井采方向对露井协采边坡稳定影响的分析及优化

为了得出露井协采矿山中井采工作面与露天矿边坡空间相对位置的最优布置方式,结合平朔矿区露井协采工程实践,设计了3套方案对不同井采工作面布置方向时井采对露天矿边坡稳定影响规律进行研究,研究表明:在露井协采中井采工作面与露天矿边坡面倾向平行布置时,井工开采对露井协采边坡稳定及端帮运输道路的不利影响最小。在井采工作面采取上述方式布置时,对井采工作面的推进方向进行优化分析,发现井采工作面沿背坡的方向回采时,露天矿边坡岩体受井采扰动较向坡开采时严重。故在露井协采工程实践中,建议井采工作面与露天矿边坡面倾向平行布置,采用向坡方向推进,以降低井工开采对边坡稳定的不利影响,提高煤炭资源采出率。     

露井联采关键层对边坡岩体的水平应力影响研究

以平朔地区某露天矿为研究对象,应用离散元软件UDEC分别考虑有关键层和无关键层2种情况建立采动边坡岩体力学模型,深入研究露井协采条件下关键层对边坡岩体应力分布的影响。通过对边坡岩体内部水平应力的监测、分析表明:随着井工开采煤层推进,覆岩关键层发生应力集中,开切眼侧水平应力集中导致上部岩体向边坡临空面侧移动,并与露天开采的采动效应相耦合,继而影响边坡稳定。     

露-井联采下煤层倾角对边坡稳定性影响规律研究

随着我国煤矿井下支护技术和设备的快速发展,利用井工开采露天煤矿端帮呆滞煤技术也日渐完善,为了研究不同煤层倾角条件下,露-井联采叠加扰动对露天煤矿端帮边坡稳定性的变化规律,依据煤层赋存条件及开采方式将端帮边坡下煤层倾角分为水平、水平、顺倾、逆倾3种类型,采用理论推导分析井工开采对端帮边坡的破坏原理,根据安家岭露天煤矿的岩体力学参数建立数值模型,通过数值模拟方法从端帮边坡的高应力区分布、变形破坏程度和破坏范围3个方面进行研究,得出露天煤矿端帮相同开采工艺、不同煤层倾角条件下边坡稳定性变化规律。结果表明:煤层倾角越大,工作面两侧高应力区影响范围越大,合理控制开切眼位置与边坡面的距离,可避免井采高应力区对边坡稳定性的影响;端帮下煤层倾角越大,井工开采后边坡的破坏范围越大;煤层为顺倾赋存状态时的对边坡的破坏程度大于水平赋存状态,而逆倾赋存状态破坏程度小于水平赋存状态;端帮下煤层顺倾状态不利于边坡稳定,煤层逆倾状态有利于边坡稳定。     

开采边坡在逆坡开采条件下的稳定性分析

以黑岱沟露天矿边坡在逆坡开采条件下的稳定性为研究对象,采用传统文字方法和相似模拟实验,对该露天矿在逆坡开采下位于采空区上部的各顶板跨落状况及边坡体沉降等一系列问题进行研究。结果表明:当采掘工作面推进至40 cm(80 m)时,直接顶初次垮落,形成初次来压现象,来压步距40 cm(80 m),周期性垮落步距约为25 cm(50 m);当采掘终止之后,工作面煤壁位置的垮落角约为56°,开切眼位置的垮落角约为63°,最终工作面采掘长度280 cm(560m);当采掘终止之后,最大水平位移为1.01 cm(2.02 m),最大垂直沉降为4.43 cm(8.86 m)。     

井工开采扰动对露天矿边坡稳定性影响研究

为充分回收露天煤矿端帮煤炭资源,在端帮边坡下采用井工开采具有重要意义。通过研究井工开采过程中岩体变化特征,分别分析了逆坡开采和顺坡开采过程中端帮岩体变形及移动特点,分析了保护煤柱对露天矿端帮井工开采过程的重要性,并给出了露井联合开采条件下边坡稳定性计算公式。采用有限元数值模拟方法,分别分析了顺坡开采和逆坡开采时端帮边坡稳定性及岩层顶板沉降量,经过分析确定:顺坡开采比逆坡开采对边坡稳定性影响较小,且预留保护煤柱在一定程度上能控制顶板变形。     

地表下沉盆地偏态形成的机理分析

通过建立煤层开采后顶板初次垮落前后的力学模型,分析了偏态垮落的机理,并推导出开切眼侧与开采侧垮落角的比较式,说明在开切眼侧的垮落角大于开采侧的垮落角,从而在理论上证明了偏态垮落的存在,并揭示了偏态垮落是导致地表下沉盆地偏态的根本原因．     

近距离煤层下位煤层顶板弱化处理技术

为了解决工作面初次来压垮落步距过大问题,针对平朔井工二矿11号煤层赋存情况及开采技术条件,通过利用基本顶固支岩梁力学模型,对该矿11号煤层首采工作面基本顶初次垮落步距进行了分析和计算,提出了在工作面开切眼中采用顶板深孔预裂爆破弱化的方法,减小工作面初次来压的垮落步距。现场矿压监测与分析结果表明,顶板经过弱化处理后初次来压步距仅为15.6 m,从而减小了采空区顶板悬露面积,有效防止了该工作面顶板大面积来压的发生,保证了近距离煤层开采中下位煤层首采工作面初采期间的安全回采。     

复合采动条件下采动边坡变形破坏研究

随着矿山开采逐步发展,井工开采会对边坡原有平衡状态造成破坏,从而使边坡稳定性降低,在此基础上采用相似模拟试验对复合采动下采动边坡变形破坏进行研究。研究结果表明:在井工开采掘进情况下,4~#矿层的初步来压步距、垮落高度、垮落角,还有9~#矿层的初步来压步距、垮落高度、垮落角,符合实际工程状况;随着4~#矿层采掘长度的加大,坡体内部覆岩在不同作用力下沉降也在不断加大;随着9~#矿层采掘长度的不断加大,坡体沉降和塌陷也在不断加大。     

潘一东矿近距离煤层上行开采围岩裂隙演化规律模拟研究

结合潘一东矿深部煤层开采的具体工程地质条件,运用相似模拟、数值模拟相结合的方法,分析研究了深部煤层上行开采过程中,岩层破坏断裂、裂隙演化及下沉变形特征,进一步分析了岩层下沉变形曲线与岩层断裂、裂隙发育和受力状态的关系。研究表明:下煤层和上煤层开采过程中,岩层裂隙富集区主要分布在切眼向采空区内一定距离斜向上一定距离范围内和煤壁向采空区内一定距离斜向上一定距离范围内的岩层中;采空区正上方岩层经历一个裂隙产生、扩展、闭合的演变过程;下煤层开采时,煤壁处岩层断裂角小于切眼处;上煤层开采时,煤壁处岩层断裂角随两煤层工作面位置不同,经历一个先增大后减小的过程;岩层整体下沉曲线斜率不同区域与岩层裂隙发育情况及受力破坏状态是有密切联系的。     

露井协采边坡变形破坏规律与失稳机理研究

基于现有关键层理论,提出了控制露井协采边坡稳定性的"关键岩层"概念,以平朔矿区露井协采为例,研究了露井协采边坡的变形破坏规律及岩层移动规律;采用物理模拟和数值分析相结合的方法对理论分析结果进行了验证。研究结果表明:在"关键岩层"耦合作用下,露井协采边坡各平盘主要表现为沉降滑移破坏和潜在滑移破坏2种变形破坏模式,露井协采边坡的稳定性取决于关键硬岩层提供的滑动力和关键弱层提供的抗滑力之间的抗衡关系,物理模拟、数值分析结果与理论研究结果基本吻合。     

大断面切眼支护解除对围巷稳定性影响分析

 大断面切眼锚网支护在综放工作面开切眼的应用效果良好,但由于锚杆锚索的悬吊作用造成老顶不能及时垮落,对邻近巷道稳定造成了一定的影响,本文针对这个问题运用理论分析和数值模拟的方法并结合现场观测,研究了综放开切眼锚网索联合支护解除对围岩支承压力和巷道变形的影响,结果表明：切眼锚网支护解除能使切眼顶板随工作面推进而垮落,缩短采场老顶初垮步距,使得分配到排水巷与切眼间煤柱上的支承压力明显下降,切眼后排水巷围岩变形明显减小,有利于切眼后排水巷围岩稳定。本文研究结论对指导采空区周围巷道围岩变形控制有重要的参考意义。     

关键层耦合作用下露井联采边坡滑动深度分析

通过理论分析和相似材料模拟实验,提出了控制露井联采边坡稳定的"关键层"概念,研究了"关键硬岩层"与"关键弱层"耦合作用下的露井联采边坡变形破坏机理。建立工程力学模型,推导出了关键层耦合作用下露井联采边坡滑动深度的预计公式,以平朔矿区安家岭露天矿北端帮井工开采引起的边坡滑动为工程实例,对公式的适用性进行了验证,结果表明,预计结果与相似材料模拟实验结果、现场位移监测结果三者基本吻合。通过研究,实现了露井联采边坡潜在滑移深度的合理预计,为露井联采时空关系优化、边界参数合理确定、边坡变形监测与失稳治理等工作提供了依据。     

露井平面协调开采下边坡失稳机理和防治对策研究

文章首先提出了平朔矿区独具特色的"露井平面协调开采"概念,剖析了平面协调开采下露天矿边坡的变形破坏机理和特征,分析了平朔公司针对井采扰动导致边坡失稳问题所采取防治措施的合理性。实践成果对于同类露井协采矿山有着重要的借鉴意义。     

深孔注浆加固技术在大采高工作面末采阶段的应用

为解决寺河矿5303大采高工作面在末采阶段出现的片帮、冒顶问题,通过分析大采高工作面煤壁破坏机理,提出深孔注浆加固技术。通过对末采段深孔注浆钻孔及注浆方案设计、注浆材料及设备选取,工程实践效果表明:实施深孔注浆后末采段煤柱的煤体结构强度得以增强,工作面两巷及回撤巷围岩变形速率减缓,回采期间片帮次数由每班11次降低至每班6次,最后的50 m仅用时8 d便顺利回采结束,未发生较大片帮及冒顶事故,保证末采阶段工作面的推进度,实现末采段的安全生产及回采设备的顺利回撤。     

综采面拆除过程预留切眼支护关键技术

垞城煤矿92103综采工作面已回采至既定回采线,外段运输巷与工作面呈70°夹角,随着工作面的回采,工作面倾斜长度逐渐变短,需将综采回采工艺改为炮采工艺。介绍了综采工作面拆除预留炮采面切眼支护工艺,采用锚网索梁联合支护的方法,有效解决了预留切眼的顶板支护难题。     

复采工作面通过条带式残采区覆岩稳定性特征研究

为了制定条带式残采区复采的合理开采方式,以西河煤矿3^#煤层条带式残采区为工程背景,采用三维相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究复采工作面通过条带式残采区引起的覆岩运移变形特征和稳定性演化规律。模拟结果表明:当工作面与条带式残采区斜交角度在30°以上时,采场前方覆岩破坏形成的剪切破坏区域和拉伸破坏区域呈现出独立的变化特征,工作面前方煤柱和顶板会对上覆岩层形成有效的支撑作用;旧采残煤复采过程中顶板垮落以分段、分步、局部零星的多次垮落方式为主,工作面整体的矿压显现并不十分强烈。研究表明:复采工作面通过条带式残采区时工作面与巷道呈30°夹角布置是合理可行的。