特厚煤层综放面区段煤柱合理尺寸研究

根据金庄矿8203特厚煤层综放面实际,采用理论分析、数值模拟以及现场实测相结合的方法确定了区段煤柱合理宽度。理论研究了煤层厚度、应力集中系数、煤层强度对煤柱宽度的影响,确定区段煤柱宽度应大于23 m。采用FLAC3D模拟了煤柱宽度为16 m、20 m和24 m时,其两侧工作面开采过程中煤柱内塑性区和应力分布及变化规律,模拟结果表明煤柱宽度为16 m、20 m时,在两侧工作面回采的过程中,塑性区将会贯通煤柱;当煤柱宽度增加到24 m时,塑性区没有贯穿整个煤柱,煤柱内部存在8 m宽的弹性区。现场实测表明左侧工作面回采过程中煤柱破坏宽度为5 m左右,右侧工作面回采阶段煤柱破坏宽度为15 m,故首采工作面采用30 m宽的煤柱尺寸偏大,同理本研究也为后续工作面选择合理的区段煤柱尺寸提供了指导。     

孤岛煤柱条件下冲击危险工作面终采线位置优化设计

针对姚桥煤矿采区下山孤岛保护煤柱,工作面回采末期微震释放总能量、频次持续上升,现场冲击危险性增强的现象;基于理论分析和数值模拟分析了孤岛煤柱区应力分布形态及工作面开采前后煤柱区应力分布特征;结合工作面开采条件,优化了工作面终采线位置。研究表明:工作面回采前采区孤岛煤柱应力分布特征呈"马鞍形"分布,当工作面走向开采尺度大于920m时,煤柱区支承应力曲线由"马鞍型"逐渐向"单峰型"过渡,煤柱区应力集中系数从2.20升高到2.56。现场实践表明:工作面走向实际回采尺度900 m,比原设计停采线提前30 m停止回采,该工作面区段保护煤柱宽度由175 m增加至205 m,煤柱区应力呈"马鞍形"分布,有效保障了工作面安全生产,降低了采区保护煤柱区应力集中度,为后续工作面开采创造了有利条件。     

煤柱下煤层巷道围岩变形破坏机理

针对寨崖底矿煤柱下回采巷道失稳问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测等方法,分析了寨崖底矿煤柱下煤层巷道的破坏机理。得出了上煤层工作面回采后,遗留煤柱底板应力分布规律。发现煤柱下煤层高应力集中区围岩受工作面采动动载高应力扰动出现垂直应力峰值增大、应力集中区范围增加、非对称应力场,是此类巷道大变形破坏的根本原因,且预测采动影响范围为工作面前方60 m至后方130 m。     

浅埋薄煤层钻采煤柱稳定性与破坏机理研究

对埋深50 m薄煤层采用螺旋钻开采的FLAC3D数值模拟,从采场和煤柱的应力分布、塑性区分布规律入手,探究了煤柱宽度尺寸改变时采场和煤柱的稳定性和破坏形式。研究表明:采场和煤柱受水平应力影响极小,主要为竖直方向应力且破坏形式主要为剪切破坏,煤柱内应力弹性核区随煤柱宽度减小而减小,弹性核区内应力峰值逐渐增大直到临界失稳时增幅不大,煤柱宽度尺寸对其稳定性影响很大。     

煤柱下开切巷应力分布分析及治理研究

为了消除宽沟煤矿B4煤层回采后遗留煤柱对下部煤层的影响，通过理论计算及数值模拟分析相结合的研究方法，对上煤层W1145工作面回采后所遗留的煤柱应力在底板传递的规律和下部煤层W1123工作面回采过程工作面应力分布状况进行研究，研究结果表明：B4煤层回采后煤柱应力变形集中区为13.12m|在煤柱铅直应力作用下，下部煤层距离煤柱60m处时，煤岩体内应力明显升高，距离剩20m左右位置时达到峰值|进入采空区后，煤岩体应力快速的降低，在远离煤柱35m后恢复至开采前的应力水平，影响走向范围可达140m。研究采用超前预裂爆破、两回采巷道侧向切顶方式综合处理顶板，以实现消除煤柱应力影响。     

端帮开采煤柱应力分布动态演化过程研究

为了解决目前露天煤矿端帮探入式开采工艺中，留设煤柱应力随时间和空间位置不同，分布特征与规律不明确的问题，以源通长富露天煤矿为研究对象，采用理论研究与FLAC3D数值模拟相结合的研究方法，分析采深与煤柱宽度对临界载荷影响、单侧煤壁与支撑煤柱的应力动态分布、区段内煤柱应力分布特征与永久煤柱的应力分布特征，得出相关规律。研究结果表明：随采深的增加，临界载荷呈类似于幂函数逐步降低，初采50m以内减弱较为迅速|随着煤柱宽度的增加，临界载荷呈类似于指数型函数关系增加|单侧煤壁处于工作面侧向支承压力增高区内|支撑煤柱前方出现应力集中，应力分布呈现“驼峰”型|区段开采结束后，区段间内的煤柱应力随采深的增加，应力呈逐渐减低|永久煤柱在开采过程中应力分布呈现“峰型”趋势，煤柱中部存在弹性核区。     

特厚煤层预掘回撤通道稳定性分析

鉴于特厚煤层预掘回撤通道围岩应力分布状态复杂的问题,采用数值模拟计算的方式分析了特厚煤层综放工作面预掘回撤通道采动应力场演化规律:回撤通道同回采工作面间煤柱中的应力呈动态增加态势,并且在净煤柱宽度为35 m左右时,回撤通道侧煤柱应力受到工作面显著影响;末采段煤柱的应力变化同煤柱稳定性有很大的关系,当末采段煤柱宽度为5 m时,应力达到最大值,导致煤柱完全屈服破坏。现场应用结果表明,回撤通道在净煤柱为40 m时变形量开始逐渐增加,当末采段煤柱为7 m左右时,回撤通道两帮的收缩量达到最大,煤柱失稳破坏,现场巷道变形监测结果同数值计算结果具有相同趋势。     

不同采留比条带开采底板应力特征研究

为了预测条带开采工作面底板突水和煤柱尺寸合理留设情况,建立了底板应力计算模型,并以淄博矿区埠村煤矿为例,应用解析法对条带开采条件下煤柱底板岩层应力应变规律的分布进行研究,改进了开采方案,结果表明:不同采留比条件下煤层底板采动变形破坏程度存在明显差异,采20 m留20 m的开采工艺较安全,回采率可提高7%。     

巨厚煤层大断面临空煤巷综放矿压规律模拟研究

为了掌握巨厚煤层大断面临空煤巷综放开采过程中的矿压分布规律,以塔山矿5203巷为研究对象,利用数值模拟的手段再现了煤炭开采的全过程,并对围岩位移、锚杆锚索轴力以及围岩应力等矿压显现进行了监测,研究表明：采动对矿压显现的影响可以分为无影响、微影响和强影响三个阶段,距工作面的距离分别为：大于120m、120m～50m和小于50m;随着工作面的临近,锚杆、锚索轴力逐渐增加,但当距工作面距离小于14m后,上述轴力迅速降低,且采动对煤柱侧锚杆的影响较实体煤侧大,而对锚索的影响较为均匀;巷道开挖后,有效的支护限制了围岩的破坏,使巷道周围集中应力达到17MPa;煤层回采后,煤体被超前支承压力破坏而使其应力得到释放,在煤柱或煤体内出现多个应力峰值。     

兴隆庄煤矿煤层底板破坏特征研究

以兴隆庄煤矿10302综放工作面开采实际为背景,采用数值模拟和现场超声成像测试相互验证的方法,对采动条件下煤层底板破坏特征进行综合对比研究。数值模拟研究表明,工作面垂直应力呈"马鞍形"分布,剪应力大致呈"蝶状"分布;现场超声成像探测表明,10302综放工作面煤层底板下16 m范围内裂隙发育较为明显,但16 m以后裂隙发育相对较少;综合分析得出该面采动底板变形破坏深度为16 m,研究结果为兴隆庄煤矿煤炭资源安全开采及矿井水害防治提供参考依据。     

白芨沟煤矿区段煤柱内沿空掘巷窄煤柱留设尺寸研究

为了解决区段煤柱内沿空布置瓦斯通排巷时合理确定留设煤柱尺寸的问题,以白芨沟煤矿布置010203工作面瓦斯通排巷为工程背景,通过采用内应力场理论计算、现场实测与FLAC3D数值模拟相结合的方法,对区段煤柱内窄煤柱留设尺寸展开研究。研究结果表明:由现场实测及理论分析可知,内应力场分布范围距采空区0～7m,在该范围内煤体处于应力相对较低的状态;由数值模拟结果可知,留设不同尺寸窄煤柱下区段煤柱内应力的分布特征,随窄煤柱宽度增加窄煤柱内垂直应力呈增大趋势,且瓦斯巷受工作面采动影响越显著;根据各采掘阶段内巷道变形规律得出留设不同尺寸煤柱下煤柱内部破坏特征,在留设5m煤柱时,虽然掘巷期间窄煤柱帮可能变形显著,但在各分层回采完毕后巷道变形量远远小于其他情况。最终结合该矿实际情况确定窄煤柱留设合理尺寸应为5m,为相似地质条件下的窄煤柱留设尺寸的选取提供借鉴。     

采空区及煤柱下回采巷道合理布置位置研究

针对多煤层开采上覆煤层后采空区及遗留煤柱引起底板应力变化,对寺河二号井94313综采工作面回采巷道位置进行相似模拟研究,分析上覆岩层变形破坏对下部煤层应力的影响,为下煤层回采巷道布置位置提供理论依据。结果表明:残留煤柱下9号煤层垂直应力呈单峰值分布,距离煤柱边缘30 m以外垂直应力趋于稳定。     

采动效应下条带煤柱动态受力变形特征模拟研究

根据岱庄煤矿具体的工程开采条件,利用数值模拟对动态开采中条带煤柱的受力变形进行分析。条带煤柱在动态开采中,距离煤柱边缘4 m的部位出现应力峰值且随工作面推进经历出现→消失→再出现的过程,煤柱的受力增长速度经历慢→快→慢的过程。条带煤柱的屈服破坏宽度为6 m。将条带煤柱的变形过程分为4个阶段:缓慢压缩阶段、急速扩张阶段、减速过渡阶段、平衡稳定阶段。急速扩张阶段完成总变形量的40%~60%,是条带煤柱主要变形阶段,且煤柱内的峰值应力会对横向变形产生很大影响,横向变形的变形速率出现拐点。     

综采工作面过空巷围岩稳定性的影响因素研究

为了研究不同因素对综采工作面过空巷时围岩稳定性的影响,采用ANSYS软件建立数值模型,分析不同埋深、不同采高、不同空巷宽度下的空巷顶板沉降、煤壁位移和煤柱切向应力的变化规律。研究结果表明:埋深增加对空巷顶板沉降、煤壁位移和煤柱应力都产生不利影响;采高增大对空巷顶板沉降和煤壁位移影响较小,对煤柱内应力分布影响较大;空巷宽度增加会显著破坏空巷顶板稳定性,同时增大煤柱应力,对煤壁位移影响较小;当工作面与空巷距离小于25 m时,随着工作面继续推进,空巷稳定性明显变差,巷道易失稳破坏。     

下盘向正断层开采保护煤柱受力及变形规律研究

为探明正断层附近开采的致灾规律,为断层煤柱尺寸的选择提供理论依据,采用FLAC3D软件建立数值计算模型,研究下盘向正断层开采时不同尺寸断层煤柱的支承应力和覆岩变形规律。研究表明:因断层松软破碎,阻隔了采动应力传递,断层保护煤柱尺寸越小,煤柱内支承应力峰值越大,当断层煤柱减小至15 m时,应力峰值突增,致使煤柱发生塑性破坏,释放弹性能,易诱发煤柱冲击地压;当断层煤柱大于40 m时,顶板沉降受断层影响较小,沉降曲线呈现对称"U"盆地状,当煤柱尺寸进一步减小时,顶板沉降呈现非对称性"√"盆地状,最大下沉点位于断层侧,需加强工作面超前支护,防止压架、围岩大变形等情况的发生。结果为工作面安全开采提供了参考依据。     

短壁跳采胶结充填围岩运动规律研究

针对我国"三下"压煤量大,开采成本高、工序复杂等问题,以某矿建筑物下压覆9~#煤层为工程背景,提出短壁跳采胶结充填开采方法,并对煤柱和充填体协同作用机理及围岩运动规律进行了研究。主要结论如下:工作面支巷设计宽度为5 m,长度为90 m,全厚开采;步骤一采留比1∶3,顶板变形最大14.1 mm,呈波浪形分布,底鼓不明显;步骤二采留比1∶1,顶板位移量最大30.9 mm,底鼓量2.3 mm;步骤三全采全充,顶板位移呈凹陷形分布,最大位移109.1 mm,底鼓最大10.3 mm;开采过程中煤柱应力呈阶梯状分布,呈波浪形向深部转移,充填体应力阶梯状跳跃增大;短壁全采全充后上覆岩层以弯曲下沉为主,直接顶没有发生明显的冒落;底板破坏呈现W-波浪型,矿压破坏带为0~2.2 m,煤柱两侧塑性区1.0 m。     

大巷煤柱回收工作面覆岩破坏及应力演化规律研究

以赵家梁煤矿大巷煤柱回收为研究背景，用物理相似模拟实验和现场监测等方法，对大巷煤柱回收工作面覆岩破坏及应力演化规律进行研究。结果表明：3101工作面采空后，靠采空区侧保护煤柱应力峰值为5.12 MPa，距采空区7 m;3102工作面采空后，靠采空区侧保护煤柱应力峰值为5.2 MPa，距采空区8.5 m；大巷煤柱回收工作面回采完成后，保护煤柱上方应力分布呈马鞍形，两侧采空对大巷煤柱回收工作面影响较小。现场实测数据与物理相似模拟实验所得数据相符，验证了相似模拟实验用于类似问题研究的可行性。     

区段煤柱变形光纤光栅监测应用研究

针对近距离煤层下伏工作面过上覆遗留煤柱时,发生动静载叠加诱发强矿压显现,导致区段煤柱发生变形失稳造成人员伤亡和设备破坏。为探索基于光纤光栅实时监测区段煤柱变形发育特征,分析进、出遗留煤柱阶段矿压显现机理,将FBG、光栅应力计的光测方法相结合,结合现场实测的区段煤柱变形应力应变水平参量变化规律,研究煤柱应变空间分布规律及回采过程中工作面前方煤柱内部应变时域响应特征,验证光测方法在煤体应变水平观测的可行性。结果表明：工作面回采经过上覆遗留煤柱期间,区段煤柱顶板受集中应力影响,上部岩层块体破断并发生回转导致煤柱载荷增加,随着工作面推进覆岩断裂进一步向上传递,关键层断裂回转发生导致工作面来压,最终导致区段煤柱变形失稳。根据现场光栅应变增量幅度判断煤柱内局部变形的剧烈程度,在集中应力作用下,区段煤柱变形时发生最大应变为650×10-6,上覆岩层集中应力造成煤柱应变水平峰值位置为煤柱宽度11.5 m,沿煤柱宽度方向应变表现出先增加后减小然后趋于稳定的趋势,内部应变随采动过程中影响范围在5 m左右。综合研究工作面回采经过上覆遗留煤柱时应变对区段煤柱发生变形失稳的特点和规律,以及应变水平变化和煤柱物理...     

浅埋近距离煤层工作面过三角形斜交煤柱开采应力演化规律研究

针对浅埋近距离煤层工作面过上覆三角形遗留煤柱开采,存在顶板局部来压强烈和区段煤柱应力集中导致的巷道大变形等问题,以寸草塔二矿31109工作面为研究背景,采用现场实测、数值计算和理论分析相结合的方法,研究过三角形煤柱两次采动叠加应力的大小和范围的演化规律,揭示两次采动区段煤柱压力变化规律和相邻巷道破坏机理,明确巷道加强支护的范围和重点支护范围与时机。研究结果表明：上覆三角形斜交煤柱对其下方工作面煤层形成应力集中,最大应力位置位于斜交区段煤柱之下;当下煤层31206工作面开采后,31109区段煤柱应力上升为最大应力,应力峰值区位于与上覆斜交区段煤柱叠合区附近,峰值区宽度为240 m,对应该区域巷道变形破坏较明显。31109工作面开采过程中,在工作面煤壁与上覆斜交煤柱叠加区和工作面区段煤柱与上覆斜交煤柱叠加区存在应力峰值区,形成应力双峰;随着工作面推进,双峰应力不断升高,且煤壁应力峰值区逐步向区段煤柱方向移动,当工作面推进到区段煤柱叠加区时,双峰合并为更高的单峰应力;在工作面出斜交煤柱时区段煤柱应力达到最大,出煤柱叠加区后应力迅速减小;总体上,31109工作面开采后区段煤柱应力峰值区最大应力...     

大采高工作面煤柱扰动下巷道冲击机理及优化设计

以所研究矿井1-2,2-2煤层大采高开采工程地质条件为背景,以遗留煤柱下2-2煤层22306平巷大变形破坏为主线,通过理论分析和数值计算研究大采高工作面煤柱扰动下底板巷道冲击机理.结果表明:煤柱底板应力与煤柱所承受载荷有关,而采高是影响煤柱支承压力的主导因素,煤柱支承压力随采高的增大而增大,导致底板固定点的应力升高,对底板的影响范围和程度增加;构建煤柱效应下底板冲击理论模型,并对冲击过程进行分区,得出底板最大影响深度达到46.6 m,对2-2煤层的开采有显著影响;数值计算工作面不同采高条件下煤柱支承压力变化及其对底板的效应,并验证了数值计算与理论计算是相吻合的;综合确定了巷道的合理位置与上层煤柱错动30 m布置,得出巷道布置不仅与高、低应力区的分界线有关,还与主应力比值造成的围岩应力环境是否平衡有关.