长壁面膏体充填采场覆岩结构及其运动演化规律

采用相似材料模拟方法,研究了长壁工作面膏体充填采场覆岩结构演化和覆岩移动规律,研究结果表明:充填采场覆岩结构演化和覆岩移动有别于常规采场,充填采场覆岩结构主要是以拱的形式进行演化,而不是铰接岩梁的形式;覆岩移动则主要是以离层的形式由下向上逐渐发展,并且上位岩层的离层是在下位岩层离层闭合的基础上产生的。     

特厚煤层综放采场覆岩结构及矿压规律研究

华兴能源有限责任公司唐家会煤矿首采F61101工作面埋深超过500m,邻近矿井综放采场顶板周期来压期间出现支架安全阀频繁开启现象。为了保证类似条件下工作面安全高效开采,以唐家会煤矿F61101工作面为研究对象,对采场围岩应力演化规律、覆岩结构特征及矿压显现规律进行分析。针对特厚煤层综放采场开采条件,综合数值模拟、理论分析及现场工程实践,研究了综放采场围岩应力演化规律、覆岩结构特征、矿压显现规律等。结果表明：综放采场初次来压及周期来压步距分别为37.6m、9.9m,现场实测超前应力集中系数为1.8,采场超前应力集中区在工作面前方7～10.5m|采用应力拱理论分析了采场矿压总体上呈现动压小、静压大的原因,并计算了拱高及支架承受的理论静载荷,计算结果与现场实测相符。     

急倾斜中厚煤层伪俯斜采场覆岩运移规律研究

急倾斜煤层由于在倾角-重力场效应的影响下,采场覆岩运移及应力分布均较水平煤层更加复杂,且采场围岩的稳定性控制难度较大。以逢春煤矿N2821工作面为工程背景,综合采用物理相似模拟实验、数值模拟和理论分析方法,研究了急倾斜中厚煤层顶板垮落充填、应力演化特征及覆岩运移规律。结果表明,急倾斜中厚煤层伪俯斜采场顶板破断呈明显的时序性特征,顶板呈非对称破断,且垮落轮廓呈空间梯阶状“残垣”形状。采场围岩应力在空间上形成非对称“壳体”,顶底板应力释放区域呈拱形,工作面两端出现应力集中,随着采场持续推进及垮落顶板的逐渐充填,倾斜下部顶板会再次出现应力集中,同时“壳体”下拱脚位置会随着充填体的增多而逐渐上移,但整体形状在不断演化后最终趋于稳定。     

东风煤矿43002工作面覆岩规律的数值分析

根据东风煤矿地质及生产条件,通过RFPA2D软件,建立了43002工作面采场模型,模拟分析煤层采出后覆岩应力演化规律、塑性区扩展规律、顶板破断垮落规律;分析了倾斜薄煤层开采覆岩断裂机理。     

粉煤灰膏体充填置换条带煤柱强度研究

针对过去"三下"开采遗留的大量保护煤柱,因地制宜地提出了粉煤灰充填体整体置换回采条带煤柱的方法。依据采场上方"裂断拱"时空演化规律并结合裂断拱内岩石自重计算充填条带初期强度应大于0.49MPa,后期强度应大于4.42MPa。为了获得充填体的最优配比,设计了正交试验,分析了石灰含量、石膏含量和水泥含量对不同龄期强度的影响程度。结果表明:水泥含量是影响膏体前期1,3,7d抗压强度的主要因素;石灰含量是影响膏体后期28d抗压强度的主要因素。综合多种因素考虑,最终选择粉煤灰∶生石灰∶石膏∶水泥为68%∶15%∶12%∶5%的配比为最优配比。     

浅埋坚硬覆岩下开采地表塌陷机理研究

对浅埋坚硬覆岩下开采地表塌陷机理进行了数值模拟.结果表明，采场上方存在高应力束组成的“复合应力拱”，“外应力拱”承担覆岩及地表土的自重并将其传递至采场两侧实体煤内，“内应力拱”主要承担悬空顶板的重量并传递至煤柱.“复合应力拱”形态随时间推移而不断演化，“内应力拱”不断合并抬升直至与“外应力拱”重合，最终拱肩处岩体受拉压复合应力作用而首先开裂，从而破坏了“复合应力拱”成拱机制而导致采场上方覆岩断裂、地表塌陷.     

高位硬厚岩层下采场覆岩运动规律及采动应力演化规律

针对工作面上覆巨厚坚硬岩浆岩条件,运用相似模拟试验和数值模拟方法,分别研究了硬厚岩层下采场覆岩运动和采动应力演化规律。研究结果表明,工作面上覆岩浆岩时,覆岩破断的关键阶段分别为直接顶破断、基本顶初次破断、基本顸周期破断、岩浆岩初次破断和岩浆岩周期破断(裂隙沟通地表);硬厚岩浆岩破断前,随着工作面的不断推进,煤体支承压力不断增加;硬厚岩浆岩破断后,采场支承压力要小于破断前。     

大倾角煤层群长壁开采承载拱与间隔岩层采动应力演化特征

大倾角煤层群开采过程中，受重复采动影响，采动应力在间隔岩层中的演化规律复杂，揭示间隔岩层采动应力传递与三向应力状态演化特征是实现该类煤层群绿色高效开发的核心。采用物理相似材料模拟实验研究了大倾角煤层群长壁开采围岩变形破坏的演化特征，采用数值模拟分析了围岩采动应力传递演化规律，揭示了间隔岩层三向应力状态演化特征，量化表征了第1主应力大小渐变、方向偏转的演变规律。研究结果表明：大倾角煤层群开采过程中，间隔岩层历经了“原岩应力状态-上煤层开采卸压-矸石非均衡约束-下煤层开采卸压”的扰动历程，最终产生非对称变形破坏。间隔岩层的破断失稳将使得上、下工作面开采过程中各自形成的承载拱演化成包络2个工作面在内的“大范围”承载拱，其承载拱上拱脚位于下工作面回风巷，下拱脚位于上工作面的运输巷，控制岩层变形破断内在的“大范围”应力传递拱壳亦呈现出类似的演化特征。低位间隔岩层受采动影响程度剧烈，应力释放程度较大；中位岩层压、拉状态发生改变的位置较低位向倾向下部偏移；高位岩层压、拉状态产生改变的位置位于上层煤底板临空面位置处，岩层由三向受压状态转化为单、双向受压状态。间隔岩层沿工作面倾向自下而上可分为上层煤增压...     

浅埋薄基岩厚煤层覆岩移动演化规律数值模拟研究

 本文应用RFPA2D岩石破断过程分析系统对神府煤田柠条塔煤矿浅埋薄基岩厚煤层N1201首采工作面开采过程中覆岩移动演化规律进行数值模拟分析。模拟研究了煤层采动后其上覆岩层破断发展过程,揭示了工作面推进过程中采场岩层的破断机理和来压特点以及煤层顶板支承压力的变化规律,并与井下现场实测来压步距进行对比分析,为今后开采神府矿区相似工作面的顶板管理及矿压控制提供了重要的参考价值。     

大倾角煤层俯斜开采覆岩运动规律相似模拟

以大倾角煤层俯采采场为研究对象,采用相似材料模拟和理论分析的方法研究了采场覆岩垮落规律以及空间结构动态演化规律,以此为基础建立了覆岩空间结构力学模型。结果表明:俯斜开采顶板来压步距较长,基本顶初次来压步距约50 m,周期来压步距约25 m;采场覆岩空间结构是不断演化的,最终将形成多个不同层位的基本顶岩梁结构和1个横贯整个采场的"非对称裂隙拱结构",采场中上部原下位基本顶岩梁会转化为冒落带,基本顶岩梁呈"阶梯状"沿倾向向上位岩层发展。采场下部区域,拱脚支承位置低,约束程度强,但容易产生煤壁片帮和架前冒顶,需加强"支架-围岩"系统的稳定性控制。     

鸡笼山金矿过采区高应力下采场稳定性分析研究

鸡笼山金矿尚有大量"过采区"和"高应力"状态下的低品位矿体未进行开采,为了提高矿山资源利用率,延长矿山服务年限,对这些矿体进行了采矿方法研究与现场试验。结合鸡笼山金矿的矿岩物理力学性质,建立了鸡笼山金矿区的三维模型,运用有限差分元分析软件FLAC~(3D)进行数值分析计算,模拟了试验采场原始地应力分布状况,并分别就矩形开采断面、椭圆形开采断面、蝶拱形开采断面对采场稳定性的影响进行了模拟分析。分析结果表明:在矿体回采过程中,无论采用何种水平回采断面,在矿体上下盘及间柱均会出现应力增加,但相对来说蝶拱形断面开采应力增加幅度以及分布区域更低,有利于采场的稳定。研究结果为现场的安全生产提供了理论依据。     

新城金矿深部采场结构参数和开采顺序优化研究

采用有限元数值模拟计算方法,对新城金矿深部采场的4种结构参数和2种开采顺序等6个方案进行了不同开采时期的优化分析和比较,获得了深部采场的最佳结构参数,研究中采用“品”字形连续开采的工作面布置方式可形成免压拱效应,有利于采场的稳定性。     

采场巷道进路断面形状和尺寸参数数值模拟与优化

运用数值模拟、试验采场现场监测对小官庄铁矿上向进路充填采矿方法的断面形状和进路尺寸参数进行了研究。对矩形、半圆拱、三心拱、六边形等4种典型断面进行了应力应变模拟计算,从进路周围塑性区分布、主应力差分布以及位移变形分布3方面进行分析,结合试验采场位移监测数据,认为合理的断面为六边形;针对进路尺寸参数的高度、宽度、长度3个因素对采场的影响,通过最大主应力、最小主应力、竖直方向位移正交数据表的分析,得出最优的参数为进路宽度3.5 m、进路高度3.5 m、进路长度60 m,该参数在现场得到了成功的应用。研究成果对小官庄铁矿的充填采矿方法结构设计提供了理论指导,并对类似矿山具有借鉴意义。     

Similar material simulation research on movement law of roof over-lying strata in stope of fully mechanized caving face with large mining height

Similar material simulation test was carried out in a geological model of W_9–15101 fully mechanized caving face with large mining height in the Liuhuanggou Colliery, in Xinjiang Uigur Autonomous Region. The roof overlying strata movement law in the stope of a fully mechanized caving face with large mining height was studied and show that the roof overlying strata in the stope of a fully mechanized caving face with large mining height can be formed into a stable arch structure; the fracture rock beam is formed resembling a “bond beam”, but it has essentially the structure of “multi-span beams” under the big structure of the stable arch. The roof overlying strata movement law in the stope of a fully mechanized caving face with large mining height is similar to that of the common, fully mechanized caving stope, which is determined by the deformation and instability of the structure of “multi-span beams”. But because of the differences between the mining heights, the peak pressure in the stope of a fully mechanized caving face with large mining height is smaller while the affected area of abutment pressure is wider in the front of the working face; this is the obvious difference in abutment pressure between the stope of a fully mechanized caving face with large mining height and that of the common.     

采动影响下黄河北煤田顶板破断过程研究

为分析采动影响下黄河北煤田顶板破断过程，利用离散元数值模拟软件UDEC模拟黄河北煤田薄煤层采场顶板破断过程，得到薄煤层采场上覆岩层运动规律参数，即直接顶、基本顶初次来压步距和周期来压步距，结合相关理论进行对比分析，丰富和完善薄煤层采场上覆岩层运动规律，为采场顶板的控制设计提供依据。     

井下废石破碎系统在宝山矿深部开采中的应用

湖南宝山有色金属矿业有限责任公司深部矿体开采时建立井下废石破碎系统,采用颚式破碎机和复合破碎机在井下对废石进行两级破碎,应用脱水网格振动筛脱去一级破碎废石中的含水浆体,有效解决高含水废石破碎时堵塞复合破碎机的问题,并应用密闭或半密闭方式通风除尘系统改善破碎硐室空气粉尘问题,实现了井下废石不出窿,废石破碎骨料直接用于井下采场胶结充填。     

梅山铁矿塌落界线外残留矿体开采技术研究

针对梅山铁矿塌落界线外矿体开采技术的特点,提出了采用分段空场嗣后充填法,分析了底部结构的布置和回采工艺特点等,并结合自然平衡拱理论,采用计算机仿真模拟技术,对分段空场嗣后充填法回采过程中的围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了计算分析,揭示出顶板岩层拉应力是影响该采场稳定性至关重要的因素。将顶板岩层所受的最大拉应力作为衡量采场稳定性的指标,应用正交试验法对不同采场结构参数进行优化,得出梅山铁矿塌落界线外矿体采用矿房采场跨度14 m、矿柱采场跨度10 m和顶板厚度8 m的结构参数,能保证安全开采的需要。     

九仗沟金矿上向进路采场结构参数优化

针对九仗沟金矿采场结构参数合理性差、采矿成本偏高等问题,采用FLAC~(3D)数值模拟对采场结构参数进行优化研究,得到较优的采场跨度。在九仗沟金矿进行现场工业性试验,并在试验采场开展经济效益统计和计算工作,得到试验采场的经济效益。数值模拟结果说明九丈沟金矿上向进路采场的极限跨度为8.0m,采场破坏程度较轻。现场工业试验结果说明7.0m作为采场跨度具有较好的经济效益,保证安全生产的同时提高采矿效率。     

房柱法采场矿柱数的数值模拟优化

山东烟台鑫泰黄金矿业有限责任公司东刘家矿区矿体倾角0°～22°,平均厚度4.17 m,属于二长花岗岩型矿床,采用铲运机出矿的房柱空场嗣后充填法开采。设计采场面积2 400 m2,内有3 m×3 m矿柱14个,采场内矿柱太多给生产造成困难。经优化后,矿柱降至4个,直径增大至5 m。结果表明：矿柱的减少增大了采场作业面积,有利于采场内矿石运输,且圆形支柱比方形更优,给以后采场顶板形成拱形提供便利条件。     

缓倾斜中厚磷矿床矿柱稳定性及采场结构优化

以云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口东采区+2 150 m水平缓倾斜中厚磷矿床为研究对象,通过矿山压力平面应力相似模拟试验台,进行了房柱采矿法下矿柱稳定性及采场结构参数优化的相似模拟试验。基于试验结果,研究了沿矿体走向推进过程中采场顶板围岩与矿柱的应力、变形破断规律,同时对采场矿柱宏观失稳破坏模式和失稳机理进行了探讨分析,并对房柱法开采下采场结构参数进行了优化。结果表明：房柱法开采下采场围岩的变形破断具有明显的3个阶段特征,按照变形破坏程度,房柱法开采后,采场覆岩划分为垮落带、裂隙贯通带以及微裂隙松动带;矿体开挖结束后,对采场的个别矿柱进行回收,回采结束后矿柱会突然发生整体大规模的垮塌失稳破坏,呈现出明显的“多米诺骨牌效应”;同时建议采用矿房10 m,矿柱8 m的采场结构参数,以保证采矿安全。研究结果可为该采区深部矿体或类似条件的矿山开采提供理论和技术上的指导和建议。