极近距离下位煤层回采巷道优化布置研究

基于FLAC3D数值模拟方法,对某矿上位3号煤层开采时对底板(下位4号煤层顶板)的影响进行了数值模拟计算,并进一步对下位4号煤层回采巷道的不同位置进行了模拟分析,最终确定了回采巷道的布置方式及合理错距.研究结果表明:3号煤层的开采严重破坏了两煤层之间岩层的完整性,并对4号煤层回采巷道的布置产生较大影响,综合考虑应力分布特征、顶板下沉位移量、破坏区分布及支护方式,最终确定巷道采用外错式布置,巷道的外错距离为16～20 m较为合适,经现场实践检验,能够满足现场支护要求,取得了较好的支护效果.研究结果对于我国极近距离煤层开采具有重要的参考价值.     

火区下近距离煤层安全开采合理错距研究

火区在煤层采动影响下可能通过裂隙影响下煤层安全开采,下煤层工作面应布置在上煤层采动减应力区。因此理论分析及UEDC数值计算研究下方煤层内错、外错10m条件下垂直应力、塑性区分布及垂直位移变化情况,从而确定工作面开切眼及停采线合理位置。研究结果表明,内错10m布置下煤层工作面,可显著降低下煤层围岩应力,有利于回采巷道维护及工作面安全高效开采。     

极近距离下煤层巷道布置方案数值模拟研究

针对极近距离下煤层3种巷道布置位置,分别为内错5.5 m、重叠布置和外错5.5 m(以顺槽边缘到煤柱边缘为错距),采用FLAC~(3D)数值模拟的方法分析了当4203顺槽开挖时的巷道围岩变形量以及当4~(-2)煤开采时的顺槽围岩垂直应力、巷道围岩变形量和巷道超前影响范围。     

东沟煤矿浅埋煤层群采空区下巷道最佳布置北大核心

为研究近距离浅埋煤层开采时下位煤层巷道布置方式及合理错距,以新疆东沟煤矿为工程背景,利用FLAC3D数值模拟方法,开展了内错、外错、垂直错层位布置方式的模拟;对比分析了上位煤层开采后,残留煤柱对下位煤层应力分布的影响,以及不同错距下垂直应力分布、塑性区分布规律。研究结果表明:单考虑上位煤层残留煤柱底板应力传播的影响,B_(3)煤层回采巷道采取垂直错、内错距4~16 m时,均可减轻下位巷道矿压显现,避免巷道产生过大变形;综合应力分布、塑性变形、经济效益因素,B_(3)煤层采用垂直错时,可保障巷道稳定性,采出率、经济效益最高,为最优方案。工程实测结果表明:垂直错布置方式下,巷道两帮移近量为23~185 mm,顶底板移近量仅为12~85 mm。     

多煤层开采下伏巷道零内错布置及支护设计研究

为了解决多煤层开采下伏工作面煤柱逐渐增大的问题,以四台矿14号煤层311盘区81105面为对象,利用极限平衡理论,计算得12号煤层开采对底板的最大破坏深度2.74 m,距巷帮水平距离1.85 m,使14号煤层51105巷顶板保留了足够岩层,且释放顶板上部分应力,保障了14号煤层81105面的零内错布置实施;通过钢带锚杆的支护,14号煤层51105巷顶板表面最大拉应力承载能力达到51.7 MPa,远大于超前支承压力时的拉应力承受值,验证了巷道支护的可靠性。工程结果表明,掘进中巷道顶板没有发现明显变形,最大下沉量仅18.3 mm,并因采用零内错布置,仅81105面就可多采原煤20 592 t,取得了较大的经济效益和社会效益。     

近距离采空区下特厚煤层采准巷道合理布置

为了解决煤柱下煤层开采所遇到的回采巷道合理布置问题,以山西某矿为工程背景,采用力学分析与数值计算的手段对上煤层开采后底板破坏深度、煤柱下方集中应力分布及巷道塑性破坏特征进行研究。结果表明:3#煤层开采底板最大破坏深度为6.2 m,对5#煤层开采影响较小;遗留煤柱造成的垂直与水平应力强度及分布范围随底板深度的增加而衰减,剪应力则反之,且深度超过12 m后应力变化趋于稳定,根据摩尔-库伦理论巷道重叠布置时垂直与水平应力差值较小,受不均衡力影响小;以模拟结果论证理论,巷道外错布置时塑性区最大,重叠次之,内错最小,并考虑资源浪费与经济等因素,选择重叠布置方式。     

浅埋煤层群下位煤层巷道布置方法研究

浅埋煤层群下位煤层巷道布置受上位煤层开采影响较大。通过FLAC3D数值计算分别对下位煤层工作面巷道外错式、重叠式和内错式布置的破坏特征、应力和变形规律进行分析,得出了内错式布置巷道时的顶板应力变化、变形量和破坏范围相对较小,下位煤层回采巷道宜采用内错式布置。     

单水平应力主导型应力场对深部巷道稳定性影响的数值模拟研究

在煤矿开采中,不同的应力场对巷道的影响方式、破坏方式不同,提出煤矿井下3种类型应力场的各自特点。通过数值模拟方法,分析了单水平应力主导型应力场对深部巷道垂直应力、水平应力、最大水平应力,巷道围岩变形,塑性区的影响规律。研究表明,随着水平应力增大,巷道顶板下沉量、底鼓都明显增加,两帮位移也显著增加,但幅度没有前两者大。水平应力是决定巷道顶板岩层变形和破坏的关键因素。但大水平应力下两帮煤层的挤出变形也不可忽视。     

极近距离采空区下部煤层窄煤柱宽度的确定

采用数值模拟的方法,研究了极近距离煤层群下煤层工作面沿空掘巷留设不同宽度煤柱时巷道的塑性破坏、煤柱和实体煤侧垂直应力、巷道围岩变形情况。结果表明:随着煤柱宽度增加,煤柱中央的垂直应力呈现先增大、后减小趋势,其中5~7 m宽度煤柱中央的垂直应力相对较大,3~5 m宽度煤柱边缘垂直应力最小。随着煤柱宽度增加煤柱边缘垂直应力不断增大,在煤柱宽度达到7 m时最大,而实体煤侧的垂直应力相对变化不大。进一步的数值模拟研究表明,巷道的塑性破坏程度、围岩变形量在留设7~9 m煤柱时效果最佳。综合考虑得出了下煤层开采护巷窄煤柱的合理留设宽度为8 m。     

近距离三软煤层采空区下回采巷道支护研究

为提高23225工作面回采巷道稳定性,通过理论分析、数值模拟和现场实测等方法对薄夹矸下巷道稳定性进行研究。研究结果表明:不同夹矸厚度下工作面实体煤巷道顶板及两帮均呈现塑性破坏。随着夹矸厚度的增加,围岩破坏程度逐渐变小;随着内错距离的增大,巷道顶板下沉量呈现逐渐变小的趋势。在内错距离小于8 m时,随着内错距离的增大,巷道顶板下沉量变化较大。当内错距离超过8 m,随着内错距离增大,巷道顶板下沉量变化较小。     

基于双屈服模型的采空区下特厚煤层破坏特性北大核心

为了研究上煤层采空区对其下伏近距离特厚煤层的影响,确定下煤层巷道布置内错距离;以国投塔山煤矿为背景,基于有限差分数值方法,运用双屈服本构模型实时修正手段,模拟了上煤层采空区垮落带岩体压实特性,阐明了采空区下伏煤岩层内应力场传递规律及塑性破坏发育范围;结合理论分析及现场钻孔窥视结果,验证了数值结果的可靠性,确定了下煤层回采巷道布置内错距离。结果表明:上煤层采空区内遗留区段煤柱下方应力场在下煤层中形成近似"正梯形"影响范围,上下影响宽度分别为32、56 m;遗留区段煤柱下方塑性区在下煤层中呈"倒梯形"分布,上下塑性区宽度分别为81.36、61.47 m;结合理论分析及现场钻孔窥视结果,最终确定下煤层回采巷道内错距离应为13.5 m。     

采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制

采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面13311回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。研究表明,13311回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。为改善13313回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式,将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于20 m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到20 m以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。据此,在13313回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻13311工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250～300 kN,约为其破断力的50%,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形;13313回风巷顶底板移近量为400 mm左右,两帮移近量为300 mm左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层13号煤层13313工作面回采时,因工作面上方11号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。     

北皂煤矿油页岩上行开采软岩巷道的影响分析及支护对策

 针对北皂煤矿油页岩上行开采软岩巷道变形较严重的问题采用UDEC数值模拟软件对煤2层开采后煤1油2层的应力状态和变形规律进行分析,得出煤1油2层在对应煤2层煤壁前方20m至煤壁后方约30m范围内产生明显的塑性破坏和拉伸破坏。对回采巷道的围岩变形情况进行了监测分析,得到了软岩巷道的围岩变形特征为：巷道变形表现为环向受压,且为非对称性;超前支撑压力的明显影响范围为30m左右。并提出了采动区内软岩巷道支护技术方案。     

近距离下部煤层回采巷道合理位置确定

为研究燕子山矿近距离下部煤层回采巷道的布置,通过理论计算对上部4号煤层4216、4218双侧采空遗留区段煤柱建立力学模型,明晰遗留区段煤柱主应力差在其底板的传递规律;应用FLAC3D数值软件模拟上部区段遗留煤柱在底板不同深度垂直应力、水平应力及主应力差的分布特征,分析了主应力差与应力降低区因素对巷道合理内错距离的影响。结果表明,巷道应布置于低主应力差环境,避开主应力差峰值区域,下煤层水平距离上部煤柱边缘30 m位置时,垂直应力接近原岩应力,平均主应力差值小于1.24 MPa,且主应力差变化率较低;最终确定下煤层工作面回采巷道采用内错30 m布置。现场实践证明,在该错距下巷道围岩变形较小,能够保证矿井安全、高效生产。     

近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值模拟分析

针对西北地区某矿近距离煤层开采分组集中大巷稳定性问题,建立了近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值计算模型,分析了近距离煤层开采后顶板位移、顶板应力、围岩应力演化规律、锚杆（索）预应力场以及裂隙场演化规律。结果表明：（1）近距离煤层开采之后,大巷煤柱两侧的顶板发生断裂垮落,距离大巷煤柱越远,顶板下沉量越大;(2)随着近距离煤层开采,大巷之间保护煤柱的集中应力逐渐消失,工作面两侧大巷保护煤柱中出现10 MPa的应力集中现象,应力降低区范围大大增加,应力转移到左右工作面大巷保护煤柱中;（3）随着煤层开采,大巷围岩在地应力场与锚杆（索）预应力场的叠加场影响最小主应力的压应力逐渐增加,并在巷道周围形成了一个闭合连续的压应力带,其范围不断增大,最小主应力值逐渐减小,且下层煤的开采使上层煤的大巷锚杆（索）所受的力增加;（5）下层煤的开采使得上层煤两侧工作面大巷保护煤柱的剪切破坏带深度增加,最大破坏深度增加14 m,下层煤的大巷只在两帮出现深度为2 m的剪切破坏区,而两侧工作面的大巷保护煤柱出现10 m的剪切破坏。     

煤层厚度与层间岩性对上保护层开采效果的影响研究

采用数值分析的方法,建立了保护煤层开采厚度、被保护煤层赋存厚度及层间岩性对上保护层开采保护效果影响的计算模型。结果表明,当上保护煤层开采厚度增加但小于下部被保护煤层赋存厚度,或者上保护煤层开采厚度不变而被保护煤层赋存厚度增加时,保护效果逐渐增加;但当上保护煤层开采厚度大于被保护煤层赋存厚度时,保护效果基本一致。同时,当上保护煤层与下部被保护煤层间的岩层岩性越硬时,被保护煤层煤体单元的塑性变形量和应力减小量越小,保护效果越差。在实体煤岩内,岩性差异大的区域内水平应力降也较大。采空区下方不均衡分布的垂直应力的垂向挤压与水平应力的横向剪切作用,是底板煤岩体单元发生偏心失稳进而产生塑性变形和破坏的重要原因。     

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。     

上覆煤层开采围岩变形规律研究

为了研究上覆煤层开采围岩变形规律,确保下伏煤层的安全开采,采用FLAC^3D数值模拟软件,研究了上覆煤层开采过程中煤岩体的垂直应力变化情况、煤层顶板垂直应力与工作面推进距离关系以及上覆煤层开采围岩变形特征。研究得出,随着上覆煤层的不断推进,工作面下伏煤层支撑应力呈“M”型分布;随着工作面的不断推进,下伏煤层应力形成应力恢复区、膨胀变形区和压缩区3个区。     

深部倾斜煤层采动底板破坏演化特征分析

为研究深部倾斜煤层底板破坏特征及破坏深度,以羊东煤矿8469工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法,对煤层采后底板应力分布规律、塑性区发育特征及破坏深度进行了研究。通过数值模拟与理论分析可知:煤层开采后,作用在周围煤岩体上的支承压力产生不同的应力分区。沿煤层走向方向,应力呈对称性变化,形状近似马鞍状,在工作面两端处产生应力集中;沿煤层倾向方向,倾斜剪切力的存在使底板岩体由采动破坏转变成滑移破坏,塑性破坏区和应力变化大致呈勺型分布形态,最大应力集中区出现在工作面下侧。随着工作面向前推进,底板破坏范围相应增大,但推进255m后,破坏深度不再增加。现场实测表明,底板浅部岩层最早受到扰动,且受到的扰动程度最高。扰动范围随最大注水量的减少而增加,在底板下25m范围内的岩层受影响较小。由此可知,该工作面底板破坏深度为25.0～29.2m。     

极近距离煤层采空区下工作面两巷合理位置确定

为合理布置霍洛湾煤矿极近距离煤层下分层工作面两巷位置,采用弹塑性力学理论计算了上分层工作面开采底板最大屈服深度,得出了底板破坏深度为8．29m,应用FLAC叫数值模拟软件分析了上分层工作面开采对底板的影响,通过对邻近工作面开采过程及巷道掘进的模拟,得出了底板损伤过程及其内部应力变化,确定出下分层22104工作面两巷距上分层22102工作面回风巷水平距离分别为85和300m,并进行了巷道变形实测,在观测区域未出现较为明显的巷道变形破坏。结果表明,利用底板破坏深度及采空区下低应力区等结论确定下分层工作面两巷的合理布置方式是可行的.