综采工作面覆岩应力分布及运移规律分析

分析了综采工作面覆岩应力分布及运移规律，主要研究了不同工作面推进距离下上部覆岩的应力分布及上覆岩层运移规律。研究得出:随着工作面推进，产生的集中应力逐渐向煤层底板和前方扩展，支承压力的峰值点位置先增加后逐渐稳定，工作面上覆岩层逐渐垮落，垂直位移和水平位移逐渐增加，上覆岩层围岩运动的影响范围也逐渐增大。     

浅部条采老采空区受荷载影响的模拟研究

采用相似材料模拟试验研究了建筑荷载影响下的条采老采空区覆岩和煤柱失稳破坏过程。研究表明:随着荷载增大,老采空区覆岩和煤柱在附加应力作用下变形破坏,在采空区上方地表加载时,覆岩呈"鼓形"破坏形态,而后岩层断裂垮落;在煤柱上方地表加载时,煤柱受压缩在边界上方发育高角度纵向裂缝,而后采空区覆岩垮落失稳,沿发育的裂缝切冒至地表。     

采场围岩应力壳力学特征的岩性效应

应用计算机数值模拟结合现场实测,对软岩、中硬岩和硬岩采场围岩应力壳力学特征的岩性效应进行了分析和研究。研究表明：岩性变化对应力壳力学特征有显著影响,随岩性增强,应力壳高度降低,且由拱形壳向扁平壳转变;壳体内最大应力峰值和高应力集中范围逐渐增大并向工作面上隅角近场围岩和煤柱逼近,冲击性失稳的动力灾害危险性增大。岩性不同,工作面围岩的主要承载力系亦不同,软岩工作面最主要承载力系是围岩应力壳;中硬岩工作面,上覆岩层荷载由围岩应力壳和基本顶承载岩层共同承担;硬岩工作面,围岩应力壳与基本顶承载岩层重合在一起。随岩性增强,工作面围岩破坏场、位移场的分布范围和强度均减小。因此,根据工作面围岩固有的力学属性采取相应的措施,通过改善采场围岩应力分布,对缓和矿压显现实现安全开采有积极作用。     

近距离煤层蹬空开采底板应力分布规律

近距离煤层刀柱式采空区上方进行综采回采工艺时,由于其残留煤柱上覆岩层垮落不充分,在采动压力作用下,造成下煤层老采空区残留煤柱失稳,形成应力集中区,进而引起残留煤柱上覆岩层不规则垮落破坏,造成综采工作面底板岩层失稳,威胁综采工作面安全生产。针对唐山沟煤矿刀柱式采空区上方8#煤层回采实际,对其工作面底板进行受力分析,确定出工作面安全长度,并运用UDEC数值模拟对刀柱式采空区上方工作面应力及底板塑性区进行了分析。     

工作面倾向覆岩垮落形态的面长效应及力链拱特征研究

采用理论分析结合数值模拟的方法,提出了倾向复合力链拱结构,并对面长效应影响下的力链拱特征进行了分析。研究结果表明:倾向垮落岩层呈现上窄下宽的"梯形"垮落形态,面长增加,垮落高度随之增大;坚硬岩层中强力链呈扁平拱或半拱形态分布,形成复合力链拱结构,该结构与两侧煤柱共同构成采场上方的承载大结构;工作面倾向中部裂隙稀疏,空隙率较低,而两侧裂隙密集,空隙率增高,裂隙场及空隙率整体呈现"O"形圈特征;复合力链拱结构将覆岩应力转移至两侧煤柱,面长增加,煤柱裂隙愈加发育,应力集中系数增大。     

区段煤柱中巷支承压力演化规律研究

以黄陵某煤矿区段煤柱中巷为背景,采用相似模拟实验方法,研究在充分采动后煤柱的应力分布规律以及在一侧煤柱中开挖巷道过程中另一侧煤柱的应力分布特征,探究上覆岩层的变形破坏规律及应力分布情况。研究结果表明,工作面采动后形成的倒三角结构和在一侧煤柱中开挖巷道是另一侧煤柱压力增大的主要原因,同时得出煤柱失稳垮落后上覆岩层的破坏范围,对巷道支护具有一定的指导意义。     

覆岩裂隙演化的RFPA数值模拟研究

煤体采动导致煤层原始平衡应力发生变化,引起工作面前方支撑压力发生变化,使其上覆岩层发生失稳变形,形成采动应力分布的不同影响区。通过RFPA数值模拟软件,对工作面推进过程中覆岩裂隙动态演化规律进行模拟,得出覆岩随工作面推进的垮落高度及来压步距,同时得到采动影响下煤层底板应力变化与横三区及支撑压力峰值的变化规律。     

不同工作面长度对采场覆岩的影响分析

针对某采煤工作面的覆岩结构特点,在收集相关资料的基础上,运用FLAC3D软件对该工作面矿压显现规律进行了研究,分析在相同采高、不同工作面长度的条件下顶板上覆岩层的应力、位移及塑性区分布规律。随着工作面长度和推进距离的增加,工作面覆岩支承压力峰值逐渐变大,至工作面中线距离越远,支承压力峰值越低。整个应力壳壳体高度以及高应力区的分布范围变大,扁平率升高。工作面长度增加,顶板下沉量增大,工作面上覆岩层越易破坏。     

不同采厚围岩力学特征的相似模拟实验研究

针对一次采厚变化对采场围岩变形、位移、应力分布等力学特征的影响,根据淮南谢桥煤矿1151(3)综放工作面地质和开采技术条件,采用实验室相似材料模拟开展了不同采厚回采过程中围岩力学特征的研究.结果表明,不同采厚回采期间煤层顶、底板一定范围内的岩层应力均具有明显的分区特征,在高位岩层和工作面前方及切眼后方未采煤岩体内均形成起主要承载作用的宏观应力拱,覆岩运移形态均为非对称性;随一次采厚增加,覆岩垮落角略有变化,支承压力影响范围和两带（垮落带和断裂带）高度加大并逐渐趋于稳定;两带高度、支承压力峰值位置距工作面煤壁距离与一次采厚呈非线性正比关系.     

巷旁深切缝对顶部岩层应力控制作用研究

当煤层顶板中存在1层或者数层坚硬岩层时,随着工作面采高的增加,侧向岩层应力集中范围增大,导致护巷煤柱宽度增大。为了减小护巷煤柱宽度,提出顶板切缝减小护巷煤柱宽度的技术原理。采用相似模拟和数值模拟实验,对巷旁顶板不同切缝深度的岩层应力传递控制作用进行了系统的研究,揭示了切缝深度对岩层破裂和顶板下沉的影响。结果表明:随着切缝深度的增加,煤柱上方岩层应力逐渐减小,层位越高,应力越小;工作面侧向采空区顶板下沉量增大,采空区岩层应力逐渐增加,层位越高,应力越大;煤柱上方10,20 m岩层应力峰值、峰值点距切缝边缘距离与切缝深度呈非线性反比关系;采空区上方10,20 m岩层应力与切缝深度呈指数关系,说明深度切缝可以有效控制岩层应力分布、应力峰值及峰值点距切缝边缘的距离。     

大采高综放工作面长度的空间效应初探

为了合理选择大采高综放工作面合理长度,采用数值模拟方法对大采高综放工作面不同长度情况下覆岩结构和围岩应力分布进行研究,研究结果表明,随着工作面长度的增加,工作面超前支承压力影响范围增大,峰值远离煤壁,峰值增大,工作面覆岩"应力拱"高度加大,矿压显现加剧;当工作面长度超过一定值后,支承压力距离、大小、"应力拱"高度将趋于稳定。该研究成果对于确定合理的大采高综放工作面长度具有重要的指导意义。     

河下综放开采覆岩破坏发育特征实测及模拟研究

下沟煤矿位于泾河下的煤炭资源,采用综放开采,现有的导水断裂带高度计算方法不能满足水体下采煤安全评价的要求。为了掌握泾河下特厚煤层大面积综放开采的覆岩破坏发育特征,实现水体下安全回采,在研究区工作面不同位置布置了5个采后“两带”孔,进行了钻孔冲洗液漏失量和彩色电视观测,并通过物理模拟进一步研究了在各工作面间留设一定宽度隔离煤柱的开采方式的覆岩破坏过程。观测和模拟结果表明：隔离煤柱有效地控制了覆岩破坏发育高度,成为泾河下压煤安全回采的关键。根据得出的单工作面最大裂采比,并通过最小防水安全煤岩柱垂高的计算,认为地质条件满足泾河下安全回采的要求。     

综放工作面及其围岩宏观应力壳力学特征

采用大型非线性三维计算机数值模拟、实验室相似材料模拟对综放工作面围岩应力分布进行了深入研究,发现综放工作面围岩存在高应力束组成的宏观应力壳,应力壳位于采场四周未采煤岩体和弯曲带内,其形态随工作面推进采场结构的变化而改变.应力壳承担并传递上覆岩体荷载和压力,是最主要的承载体,应力壳拱脚处应力形成采场四周围岩支承压力.砌体梁结构位于宏观应力壳下的减压带内,砌体梁仅承担壳体下岩层部分荷载.综放工作面主要力学特征是位于上覆围岩宏观应力壳保护下的低应力区内,这正是综放工作面矿压显现趋于缓和的根本原因.基于对应力壳体的发现和开展的一系列分析,揭示了综放采场顶煤“垫层”作用的力学本质.     

综放面沿空掘巷合理区段煤柱尺寸的优化研究

 为了确定合理的沿空掘巷区段煤柱尺寸,结合沿空掘巷覆岩破断特征,掌握了覆岩破断结构的关键参数,理论分析了合理煤柱留宽,计算表明,在煤厚12m、机采高度3.5m的条件下,综放面区段小煤柱宽度以8.05~9.45m为宜。在此基础上,对8.05m、8.5m、9m、9.45m不同的煤柱宽度进行数值模拟,结果表明,煤柱宽度9.45m时,煤柱中部出现1.5~2m的弹性核,煤柱整体承载性能优于其他留宽方案,因此煤柱留宽最终确定为9.45m,该研究为8号煤层综放面沿空掘巷合理区段煤柱尺寸的确定奠定了基础。     

综放开采端头局部充填覆岩移动规律模拟研究

为研究新型综放开采端头局部充填技术开采过程中覆岩移动规律，以陕西旬邑青岗坪42105工作面为工程背景，采用数值模拟分析方法，模拟分析两端头分别充填5 m、10 m、20 m充填体宽度条件下覆岩运移规律，得出随着端头充填宽度的不断增加，充填区域占工作面全长的比例不断增加，充填部分形成的应力拱范围不断扩大；当各端头充填宽度较小时，垮落区所形成的应力拱占主导地位，覆岩拱壳发育较高。     

急倾斜综放工作面矿压显现规律研究

通过UDEC和FLAG3D数值模拟软件模拟研究了急倾斜煤层综放开采工作面的上覆岩层运移形态和沿工作面倾向垂直应力分布情况,并结合对靖远矿业集团宝积山煤矿704综采工作面的矿压实测资料,分析了急倾斜综放工作面矿压显现规律。结果表明:急倾斜煤层沿工作面倾斜方向上覆岩层运移规律和应力分布呈现出明显的不对称性,工作面上、中、下部支架载荷,周期来压情况都有所不同。     

玉华煤矿综采工作面面间煤柱合理尺寸研究

合理尺寸的煤柱既可以保证巷道的稳定性,也可以提高煤炭的回收率.本文以铜川玉华煤矿为背景,通过应力动态监测、理论推导与工程验证相结合的方法确定区段煤柱合理留设宽度.通过对2410工作面进行应力监测,发现相较于采空区侧煤柱,实体煤的承载能力较高,应力增量较大,在采动影响下应力峰值向深部转移时间晚.为进一步确定煤柱具体留设宽...     

工作面上覆煤柱载荷及煤柱爆破效果分析

工作面上覆残留煤柱给煤矿安全生产带来严重的安全隐患,在回采过程中极易引发煤岩动力灾害。本文理论计算了宽度不同、两侧顶板跨落方式不同的两条煤柱载荷,并应用弹性力学理论计算了煤柱载荷传递至下覆煤层对应煤柱位置的应力大小;采用FLAC~(3D)数值模拟技术模拟了上覆煤柱爆破前和爆破后工作面内对应煤柱位置的垂直应力分布特征,通过矿压监测系统监测液压支架在周期来压期间和非周期来压期间支护阻力的平均值。由数值模拟和现场实测结果可知:煤柱爆破后工作面内对应煤柱位置的垂直应力有明显的降低,工作面回采过程中没有出现来压异常等煤岩动力现象。因此,煤柱预裂松动爆破技术可以有效治理由上覆煤柱而诱发的工作面回采过程中的煤岩动力灾害,切实保证工作面的安全回采。