窄煤柱综放巷道围岩应力场特征

为了揭示综放留窄煤柱护巷回采期间巷道围岩的应力分布及其演化特征，根据谢桥矿1151（3）综放工作面工程地质和开采技术条件，结合现场实测分析，应用数值模拟（FLAC^3D）综合分析了二次采动影响下巷道围岩应力场演化特征．研究表明，回采期间巷道围岩应力分布及其演化具有明显的分区特征，巷道两帮围岩垂直应力大于水平应力，顶底板围岩水平应力明显大于垂直应力，且巷道底板岩层中的水平应力峰值区范围较广；巷道围岩应力分布的差异性及其演化分区性是造成此类巷道变形剧烈且巷道持续底鼓的重要原因．研究成果为综放开采护巷煤柱宽度合理选择、巷道合理支护及维护、巷道围岩稳定性控制和安全生产提供了理论依据．     

莒山矿15号煤层运输大巷支护方案研究

以莒山矿15号煤层主运输巷道为工程背景,采用系统分析法对各种影响因素进行论证分析,提出了巷道具体支护方案,通过数值模拟分析了巷道垂直应力、垂直位移及水平位移情况。数值模拟结果表明巷道围岩应力分布合理,巷道变形量相对较小,巷道支护方案合理,可以满足安全开采和运输要求。     

水平应力对极近距离煤层回采巷道的影响分析

以五虎山矿9#、10#煤层赋存及开采地质条件为背景,运用数值模拟的方法对上层开采引起的底板应力分布规律进行研究,分析了水平应力对采空区F极近距离煤层回采巷道的影响。研究结果表明:采空区边缘所谓的"应力降低区"只是对于垂直应力而言,而在此区域的水平应力并非降低区,垂直应力最小处水平应力最大,垂直应力最大处水平应力最小;二者均在距采空区煤壁20m处趋于平稳。回采巷道在应力平稳区围岩变形最小,有利于巷道掘进及维护。     

窄煤柱综放巷道围岩应力场特征

为了揭示综放留窄煤柱护巷回采期间巷道围岩的应力分布及其演化特征,根据谢桥矿1151（3）综放工作面工程地质和开采技术条件,结合现场实测分析,应用数值模拟（FLAC^3D）综合分析了二次采动影响下巷道围岩应力场演化特征．研究表明,回采期间巷道围岩应力分布及其演化具有明显的分区特征,巷道两帮围岩垂直应力大于水平应力,顶底板围岩水平应力明显大于垂直应力,且巷道底板岩层中的水平应力峰值区范围较广;巷道围岩应力分布的差异性及其演化分区性是造成此类巷道变形剧烈且巷道持续底鼓的重要原因．研究成果为综放开采护巷煤柱宽度合理选择、巷道合理支护及维护、巷道围岩稳定性控制和安全生产提供了理论依据．     

区段煤柱宽度对工作面双巷掘进底鼓的影响机理研究

巷道底鼓是煤矿安全开采面临的主要问题.针对山西某矿15202工作面留设15 m区段煤柱发生的底鼓变形问题,通过FLAC3D数值模型研究煤柱宽度对巷道底板应力场和底鼓量的影响规律,揭示煤柱尺寸对巷道底鼓的影响机制.结果表明:随着煤柱宽度的不断增加,巷道底板的垂直应力及水平应力也不断增大,水平应力是造成底鼓的主要原因;煤柱...     

深部软岩巷道围岩变形特征及数值模拟分析

针对深部煤矿开采条件下软岩巷道围岩出现持续流变时间长、变形大、地压高、巷道难以维护等特点，首先分析了深部软岩巷道变形特征，采用FLAC^3D数值模拟软件，分析了不同埋深条件下巷道围岩垂直应力分布、水平应力分布以及巷道围岩塑性区扩展规律。研究得出，深部软岩巷道的围岩岩块呈松散破碎形态，相互翻转和滑移，岩体的模量和强度低；随着巷道埋深的逐渐增加，巷道围岩应力集中系数逐渐减小，巷道垂直、水平应力峰值逐渐变大，塑性破坏范围扩展速率逐渐增加。研究为深部软岩巷道支护提供理论基础。     

工作面回采对底板巷道的变形影响分析

煤层开采后底板的应力状态将发生变化,从而引起采场附近的底板巷道围岩应力再分布以及发生不同程度的变形。为分析某工作面回采对底板巷道的变形影响,通过应力增量法理论计算得出相应的底板垂直应力与水平应力分布规律,运用FLAC数值模拟对现场的底板巷道进行变形预计,预计结果与现场监测一致。该研究结果对底板巷道布置具有一定的理论指导意义。     

近距离煤层综放回采巷道合理位置确定

针对近距离煤层开采下部煤层回采巷道布置这一难题,采用理论分析与数值模拟等手段对上位煤层开采后造成的底板破坏深度、残留煤柱在底板的应力分布以及巷道在非均布载荷下易于破坏的原因进行研究。研究表明:煤层开采引起的侧向支承压力对底板造成的最大破坏深度为25.3m,已经波及到下位煤层巷道所在水平;在煤柱两侧边缘出现一定范围的应力降低区,煤柱正下方出现一定范围的应力增高区,煤柱底板的应力分布具有明显的非均匀性;下位煤层巷道在非均布荷载作用下,更易出现局部拉应力过大,从而造成巷道变形破坏。采用主应力改变量Δσ表示应力不均衡程度,考虑最大限度回收资源,结合数值模拟主应力分布特征,确定下位煤层回采巷道布置在距煤柱水平距离14 m。     

巷道埋深对大断面巷道围岩变形及应力分布规律影响

针对断面大巷道难以支护、巷道变形严重等特点，采用三轴压缩试验和巴西劈裂试验对巷道围岩力学参数进行测试，利用数值模拟分析了大断面巷道围岩变形及应力分布规律。研究得出，随着巷道埋深的增加，巷道垂直位移越来越大、垂直应力集中系数逐渐减小、垂直应力逐渐向深部延伸、巷道底板泥岩出现软岩的性质，巷道围岩破坏深度和破坏面积也逐渐增加。     

申南凹矿综放工作面沿空留巷煤柱合理宽度确定

针对高强度开采综放工作面围岩结构复杂和巷道围岩变形严重,留设煤柱宽沿空掘巷造成资源浪费等问题。以申南凹矿20108工作面为工程背景，利用数值模拟软件对合理留设煤柱宽度进行研究，首先对留设不同宽度煤柱下巷道垂直应力和水平位移进行分析，发现当煤柱宽度小于6.0m时，无法满足巷道稳定性要求。当煤柱宽度大于6.0m时，此时煤柱内部稳定区域增加，煤柱稳定性较好，同时当煤柱宽度大于6m时，煤柱抗水平变形能力增强，水平位移较小，同时发现随着煤柱宽度的增大，巷道顶板和巷道两帮移近量呈现出逐步减小的趋势，综合分析确定最佳煤柱宽度为6m，并进行现场应用,巷道围岩控制效果明显。     

深部采场采动应力、覆岩运移以及裂隙场分布的时空耦合规律

以淮南矿区3个典型的深井工作面为工程背景,运用数值模拟、相似模型试验和现场监测的综合研究方法,对深部采场采动应力、覆岩运移以及裂隙分布的动态演化特征和时空耦合规律进行系统研究,相应探讨了采动应力场、覆岩位移场及顶板裂隙场的动态响应机制。研究发现:采动应力受开采进度影响明显,工作面见方前后20 m的范围为应力显著影响区,两者之间具有动力响应的瞬变演化特征。覆岩运移具有很强的时空观,同一层位的岩层随推进时步增加垂直位移近似成"Z"字型分布。顶板塑性区的破坏范围与推进度保持同步协调关系,扩展空间由下及上,破坏深度由表及里,影响时间由短变长。顶板破断具有瞬时突变、分段延伸和分区迁移的时空特点,覆岩裂隙场经历了卸压失稳、张裂破坏、萎缩变小、拟合封闭的时空演变过程。现场监测获得了推进时间与覆岩破坏的采动响应模式,研究结论为深部煤岩动力灾害的防控提供理论参考。     

工作面开切眼与顺槽交叉口顶板稳定性分析及加强支护范围的确定

针对某大型矿井工作面顺槽与开切眼的现场条件,采用数值计算方法,研究顺槽与开切眼交叉口项板的应力场和位移场分布特征,确定二次应力场叠加的影响范围及大小,并据此确定顶板加强支护范围及支护强度.研究结果表明:在交叉口顶板高度的煤体中形成了一定范围的围岩破坏区域,并在深部形成了应力集中带,铅垂应力分布图表明,在交叉口顶板上存在一个三边都为弧形的三角形卸压区域;交叉口处铅垂位移在顶板高度水平上在中央的铅垂位移最大,往四周方向延伸逐渐减小,直到煤体深部为零为止.因此建议:交叉口加强支护的范围应采用锚网支护,在围岩较破碎情况下建议采用锚网+W钢带+钢筋梯梁等措施联合支护,此处应加大锚杆支护的深度和密度;如果需要,应采用单体支柱之类的措施进行加强支护.     

深部松软煤层钻孔孔周煤体变形产渣特征研究

针对煤矿井下高瓦斯软煤顺层长钻孔排渣困难、成孔率低、施工困难等问题,通过数值模拟实验研究了井下深部软煤体变形破坏特征,分析了顺层长钻孔孔周松软煤体变形特征及应力变化,以揭示顺层长钻孔孔周松软煤体变形产渣规律。研究表明:深部高瓦斯软煤顺层钻孔孔周煤体的应力平衡临界条件破坏后将发生大体积突然垮落;钻孔水平最大变形位移为1.22mm,垂直方向最大变形位移为10.7mm;径向孔周煤体垂向变形呈现逐渐减小趋势,且垂向变形明显大于钻孔水平变形。在水平方向上,钻孔孔周煤体应力分布呈现先增大再逐渐减小的变化规律,径向距离对水平应力分布的影响逐渐减小;随着径向距离的增加,钻孔孔周煤体应力分布逐渐降低,钻孔孔壁处煤体的应力出现最大值,且垂直方向处应力值最大。     

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。     

深部岩体初始高构造应力场的3DEC模拟反演方法分析

深部岩体初始水平构造应力场反演的可靠性对于工程后续计算结果的影响至关重要。为了研究深部矿区岩体初始构造应力场的3DEC模拟反演方法,对比分析了位移边界条件和基于初始应变能理论的反演方法两种地应力反演结果。表明位移边界条件仅能够模拟初始自重应力场,基于初始应变能理论的反演方法能够较好地反演深部岩体初始水平构造应力场,应用该方法对狮子山矿区40号剖面线地应力场进行反演分析,深部各点最大水平主应力迹线水平展布,等值线间隔较好,研究成果对于运用3DEC进行高构造应力型矿山初始地应力场的生成及其开采模拟具有重要的意义。     

基于Flac数值模拟的地面垂直钻井剪切破坏研究

以乌兰矿地面垂直钻井为研究对象,利用地面沉降理论,建立了地面垂直钻井井身位移与变形的数学模型,得到了钻井水平位移与水平变形的函数,分析了钻井水平剪切破坏的特征;并基于数值模拟软件Flac,实现了地面垂直钻井水平应力场的模拟。     

大冶铁矿露天转地下开采爆破对露天边坡影响的研究

根据现场测试获得的爆破地震波形进行计算得到的爆破地震反应谱曲线, 运用有限元软件, 对大冶铁矿东露天转地下开采无底柱分段崩落法回采挂帮矿爆破对露天边坡的影响进行研究, 结果表明,露天转地下开采爆破地震波所引起的露天边坡的应力和位移值都很小, 不会影响边坡的安全。另外, 对采空区充填废石, 不仅有效限制了边坡岩体的水平和垂直方向的位移, 还改善了边坡岩体的受力状态, 提高了边坡的稳定性。     

白音呼布金属矿采场跨度优选与围岩稳定性分析

白音呼布矿区井下开采已经进入深部,矿体多处于构造破碎带中,节理发育、地压作用显著,围岩等级差异较大,直接影响采场的稳定性。为了探究合理的采场跨度,确保井下矿产资源高效、安全开采,采用数值模拟方法对白音呼布矿区300m中段采场进路跨度及围岩稳定性进行研究,分析了不同采场跨度对围岩位移场与应力场变化及塑性区扩展规律的影响。根据数值模拟计算结果,以采场进路监测点位移曲线、应力变化和塑性区是否贯通为依据,确定井下Ⅲ级围岩采场安全跨度。研究结果表明:Ⅲ级围岩采场进路跨度超过6m后,顶板竖向位移和两帮水平位移显著增加,采场两进路塑性区完全贯通,确定Ⅲ级围岩采场进路的最优跨度为6m。     

巷道围岩塑性区与支护反力关系分析

基于D-P准则对侧压系数为1的圆形巷道围岩进行了塑性分析,得到了塑性区半径的解析解;根据具体的地质条件进行了案例分析,并对巷道围岩开挖后的应力场、位移场进行了数值模拟。结果表明：巷道围岩应力场、位移场均呈对称性分布;巷道周围围岩形成应力集中和降低,巷道开挖后应进行适时支护,并加强巷道肩部和底部拐角处的支护强度;垂直位移量大于水平位移量,随着围岩向深部发展,位移量逐渐减小直至为0。     

红透山铜矿深部采场回采顺序的数值模拟及优化

针对红透山铜矿处于高应力环境下的深部采场,为确保回采过程中的采场稳定性,通过数值模拟探讨合理的回采顺序。基于矿山实际生产条件,提出6种回采方案,并采用FLAC3D进行数值模拟计算,分析不同方案回采过程中的应力、位移分布特征。计算结果表明：方案六所处的应力环境最为有利,安全性最高,矿柱明显起到了缓解顶板应力集中的作用,顶板、帮壁处是应力最为集中区域;方案二在回采过程中竖向位移最小,但在最终状态各方案位移较为接近。综合考虑,方案六为最优回采顺序。