煤柱集中载荷对不同错距巷道围岩应力的影响

研究煤柱下方不同错距巷道的应力状态,对煤柱下部邻近煤(岩)层巷道合理布置方式,以及巷道选取合理的支护方式具有指导意义.论文采用数值模拟方法分析了煤柱集中载荷下不同位置巷道围岩的应力分布特征.通过分析可知:当巷道位于煤柱中心正下方时,巷道顶底板及两帮受到对称作用力,支护亦应采用对称方式;当巷道位于煤柱边缘下方或巷道距离煤柱一定距离时,巷道顶底板及两帮受力不对称,靠近煤柱侧受力最大,最容易发生破坏,因此靠近煤柱侧需加强支护,应采用非对称支护.     

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。     

近距离煤层上层煤柱下应力分布规律及巷道支护技术

以山西临汾某矿近距离煤层群下层巷道支护为工程背景,采用FLAC3D有限差分程序计算分析了上层护巷煤柱内应力分布规律及对底板煤岩层应力分布的影响规律和作用范围。研究表明,在上层护巷煤柱集中应力作用下,底板煤岩层中会产生应力重分布,并伴有部分区域煤岩体塑性破碎发生,应力集中系数与该点到煤柱的位置距离有关。最后将研究结果用于井下实践,通过井下巷道围岩变形情况监测,验证了结论的正确性。     

采空区下近距离煤层回采巷道合理位置选择

文章以采空区下近距离煤层回采巷道合理位置选择为背景,通过分析上煤层遗留煤柱在煤层底板中的应力传播规律并计算出巷道与煤柱的内错距离应该大于12.8 m。利用数值模拟分析不同错距下巷道屈服破坏、应力分布和围岩变形规律,最终得出错距15 m情况下,可以保证巷道围岩稳定性。     

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.     

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。     

水平煤柱支承压力底板传播规律研究

为了得出煤柱支承压力在底板中的传播规律及分类,应用UDEC软件分别模拟了7种水平煤柱尺寸下压力集中系数在底板的传播形式、分布状态和变化趋势。在此基础上对煤柱宽度与传播深度的关系进行非线性拟合分析,研究结果表明煤柱压力传播深度与煤柱宽度呈指数关系,传播方向与重力方向重合,在底板中呈半椭圆形分布。煤柱底板压力分布形式随煤柱尺寸不同而变化,尺寸较大时两端应力高于中部,煤柱较小时中部高于两侧,均以煤柱中轴线为中心对称分布。     

近距离煤层群上煤层区段煤柱合理宽度研究

针对近距离煤层群上煤层留设的区段煤柱在煤柱下方形成一定区域的应力增高区,下煤层回采巷道受集中应力影响维护困难、严重影响正常生产这一难题,结合新柳矿地质条件采用UDEC2D数值计算及现场实测研究了煤柱下方底板集中应力分布特征,分析了下煤层回采巷道的布置方式对巷道围岩变形的影响,研究表明:上煤层残留煤柱越大,底板应力集中系数越大;在上煤层残留煤柱集中应力影响和本煤层工作面采动引起的应力重新分布耦合作用下,回采巷道顶底板及两帮移近量接近2000mm,巷道变形破坏严重。提出把巷道布置在采空区下方应力降低区内,减少本煤层区段煤柱宽度以及加强巷道超前支护可保证下煤层巷道稳定。     

近距离下位煤层回采巷道合理布置

为了得到近距离下位煤层回采巷道合理步距,理论分析了己15煤层回采过程中采场支承压力与底板损伤特征;数值模拟了己15煤层底板应力时空演化规律、下位煤层巷道合理位置以及巷道应力与位移分布特征。研究得出,理论计算得到己15煤层回采后底板被动应力区域边界长度为106 m,揭示了己15-31040工作面、己15-31020工作面、己15-23160工作面依次开采时煤柱下方底板应力峰值由6338 MPa减小至5463 MPa、然后无明显变化的特征;结合底板被动应力区域边界长度、煤层与顶底板摩擦系数、煤柱压力影响角、煤炭资源回收率、安全掘进等因素,巷道采用外错上位煤柱25 m的布置方式,该布置方式下巷道处于低应力环境的特性,且可为巷道围岩控制提供一定的参考依据。     

基于半平面体理论的煤柱底板应力传递规律

为了对煤柱底板应力传递规律进行深入研究,根据弹塑性力学中半平面体理论,建立了煤柱底板传递力学模型,结合应力叠加原理得到煤柱底板应力分布计算公式,并利用Math CAD得到了煤柱底板的垂直应力和水平应力云图。以大同矿区侏罗系煤层为例,分析了不同类型煤柱底板的垂直应力和水平应力的分布特征。分析得到:煤柱的垂直应力的应力量值和影响范围最大,在应力传递的过程中起到了主导作用;边界煤柱底板的垂直应力集中区影响深度范围最大,大区段煤柱(20 m)次之,小区段煤柱(10 m)最小。对煤柱的不同布置方式的底板垂直应力进行了分析,煤柱重叠布置使得底板应力集中区的深度和范围增加。以大同侏罗系煤层群开采为实例,重叠煤柱综合作用下,3-5#煤垂直应力为12.4~17.3 MPa,较无煤柱条件下提高了1.3~6.2MPa。在125~280 m对应的区域垂直应力升高明显,建议3-5#煤层工作面回采巷道布置尽量避开该区域。