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。     

近距离煤层开采区段煤柱留设尺寸研究

以寺河矿近距离煤层回采工作面153301为研究对象,分析了煤柱底板应力,采用UDEC~(2D)模拟软件分别模拟留设5 m、10 m、15 m、20 m区段煤柱时,底板应力集中系数和巷道围岩变形量,研究表明:随着留设煤柱宽度的增加,应力增高区影响范围逐渐增大,应力集中系数、巷道围岩变形量也逐渐增大。下煤层巷道应当布置在应力降低区内,在保证煤柱稳定的情况下,区段煤柱宽度应尽量减小,以减小应力增高区的范围和围岩变形量。     

不同侧压系数对动载诱发巷道底板冲击的影响

为了探讨侧压系数对动载诱发特厚煤层巷道底板冲击的影响,使用岩体力学和FLAC2D有限差分数值模拟软件研究了不同侧压系数作用下应力波诱发特厚煤层巷道底板冲击的动态响应规律及显现过程.研究表明,动力扰动的作用是使处于极限应力下的煤体应力增加并打破平衡状态从而诱发底板冲击;动载作用下,随着侧压系数的增加巷道底板的临界水平应力值和最大应力差呈线性增加,底板最大垂直位移在λ＜2.0期间呈非线性增加,在λ＞2.0后出现微降,说明底板失稳难易程度与底板冲击显现强度不完全呈正相关;底板冲击的显现过程是底板的水平应力瞬间达到临界水平应力,底板塑性破坏区域扩大,致使弹性能瞬间释放,最终导致底板垂直位移发生突然增大产生冲击.研究成果为探索底板冲击机理及防治提供借鉴.     

侧压系数对半圆直墙拱形巷道稳定性的影响

为探究侧压系数对巷道稳定性的影响,利用有限差分数值计算软件研究了应力场中侧压系数对围岩应力场分布、巷道变形和塑性区分布的影响。结果表明,在λ1时,围岩应力集中于巷道两帮,巷道变形不大,塑性区随着λ的增大而减小;在λ1时,围岩应力由两帮向顶底板转移,并且随着λ的增大向围岩深部扩展,顶板变形量远小于底板和侧帮变形,塑性区在顶底板扩大而两帮变化较小;将淮北矿区海孜矿地应力实测结果和巷道变形破坏情况与数值模拟得出的规律进行对比,两者基本一致。     

煤柱下近距离煤层回采巷道合理位置研究

针对回坡底矿井11号煤层开采时易受到近距离10号煤层回采影响的开采实践,文章以回坡底矿10号、11号煤层近距离煤层群为工程背景,通过理论分析、数值模拟对上下煤层巷道不同布置形式进行了分析,分析表明:煤柱下底板应力影响范围随深度增加而加大,剧烈程度随深度增加而降低;当11号煤工作面巷道与10号煤巷道重叠布置时,上下煤层煤柱均保持有较大核柱区,且巷道集中应力较小,能够保证下煤层工作面的正常安全回采。研究结果为回坡底矿井近距离煤层群下层煤开采巷道布置提供了理论依据。     

近距离煤层回采巷道合理布置研究

为研究近距离煤层回采巷道的合理布置方式,根据杜儿坪矿实际条件,利用理论分析的方法,对巷道布置和合理错距进行研究,结果表明:要保持上煤层煤柱稳定性,煤柱宽度最少为10.7~14.2m,实际概况煤柱宽20m,满足要求;根据煤柱下底板受力情况,建立力学模型,分析可知煤柱下底板应力集中,煤柱范围外,应力逐渐降低,形成应力降低区;综合分析,认为该矿应采用内错式巷道布置方式,合理错距为10m。     

基于D-P准则巷道围岩力学响应特征分析

基于D-P准则对巷道围岩力学特征进行了不同侧压系数的弹塑性分析,与基于Mobr-Coulomb准则的计算结果进行了对比分析,并对不同侧压系数下巷道围岩开挖后的应力场、位移场、塑性变形区进行了数值模拟研究。结果表明:巷道围岩应力场、位移场、塑性变形区均呈对称性分布;侧压系数λ1时,随着λ的增大,应力峰值、应力集中程度、垂直位移量及垂直位移场的范围逐渐减小,巷道围岩塑性变形区亦逐渐减小。当0.1λ0.5时,巷道围岩应力和位移减小幅度较大,应力和位移对侧压系数的敏感性较大,当0.5λ1时,巷道围岩应力和位移减小幅度较小,应力和位移对侧压系数的敏感性较小。     

不同侧压巷道塑性区变异性特征模拟分析

侧压系数λ对巷道围岩稳定影响较大,在不同侧压系数作用下开挖巷道围岩的破坏区形态和范围均不同。应用数值模拟方法,分析了不同侧压系数条件下埋深分别为400 m和800m圆形巷道塑性区分布特征,并提出了相应的巷道支护对策。结果表明:λ=1时,巷道围岩塑性区为圆形;λ>1时,巷道围岩塑性区为竖椭圆形;λ<1时,巷道围岩塑性区为横椭圆形;λ>1时巷道支护应以控制顶底板为主,λ<1时巷道支护应以控制两帮为主;相同侧压时埋深越大巷道围岩塑性区范围越大,但增长幅度与埋深呈非线性关系。     

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.     

考虑中间主应力的非均匀应力场圆形巷道围岩塑性区分析

基于Drucker-Prager准则,引入中间主应力系数,推导出不同侧压系数下巷道围岩塑性区边界线方程,用于预测不同侧压系数下巷道围岩塑性区的大小和形状。用单因素分析法,考虑不同中间主应力下,巷道围岩塑性区半径的变化规律。在侧压系数λ=1的时候,对在D-P准则下和在Mohr-Coulomb准则下巷道围岩塑性区的大小进行比较。侧压系数越偏离于1,巷道围岩塑性区水平方向和垂直应力侧差异增加,对围岩塑性区的大小和形状影响也越大;随中间主应力增大,塑性区范围越小。     

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。     

基于D-P准则巷道围岩力学响应特征分析

基于D-P准则对巷道围岩力学特征进行了不同侧压系数的弹塑性分析,与基于Mobr-Coulomb准则的计算结果进行了对比分析,并对不同侧压系数下巷道围岩开挖后的应力场、位移场、塑性变形区进行了数值模拟研究。结果表明:巷道围岩应力场、位移场、塑性变形区均呈对称性分布;侧压系数λ<1时,随着λ的增大,应力峰值、应力集中程度、垂直位移量及垂直位移场的范围逐渐减小,巷道围岩塑性变形区亦逐渐减小。当0.1<λ<0.5时,巷道围岩应力和位移减小幅度较大,应力和位移对侧压系数的敏感性较大,当0.5<λ<1时,巷道围岩应力和位移减小幅度较小,应力和位移对侧压系数的敏感性较小。     

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。     

极近距离下位煤层回采巷道合理位置的确定

针对4-2煤层回采巷道布置这一难题,采用理论分析与数值模拟的方法分析了残留24 m煤柱的稳定性及其在底板的应力传递规律。研究表明:因4-1煤和4-2煤相距极近且24 m煤柱承受较大集中应力,故在煤柱下方3 m的水平截面上,处于煤柱正下方的垂直应力较大,应把4203主运顺槽布置在水平方向远离煤柱的应力降低区,即距煤柱中心线18 m的位置;最后,考虑支承压力传递影响角,确定4203主运顺槽巷帮距4-1煤煤柱边缘的距离为6 m,并经回采实践证明了回采巷道布置方式的合理性。     

浅埋近距煤层煤柱集中应力传递规律分析

为探究浅埋近距煤层开采上煤层区段煤柱底板集中应力传递规律,以及下煤层煤柱集中应力控制方法,以柠条塔煤矿1-2煤层与2-2煤层开采为背景,结合理论分析、数值模拟及工程实践,建立上煤柱底板集中应力计算模型,揭示上煤层煤柱底板集中应力分布规律,提出基于下煤柱集中应力控制的煤柱错距确定方法.研究表明,随着上煤柱底板深度增加,煤柱正下方的垂直应力呈降速减小,水平应力分布曲线由1个峰值演化为2个峰值,且峰值应力位置向煤柱两端扩散.建立下煤柱集中应力控制的煤柱错距模型,提出煤柱错距确定方法,为控制重复采动下煤柱的集中应力,下煤层巷道应布置在上煤柱向下传递的高应力区范围之外.合理的煤柱错距主要与基岩、土层性质及层间距等因素有关,其随基岩和土层厚度的变化呈正相关,基岩(土层)厚度每增加10 m,煤柱错距应增大1.123 m(0.987 m);煤柱错距随层间距的变化曲线呈"抛物线",层间距小于35 m时,煤柱错距随层间距增大呈降速增加趋势,层间距越小,其变化对合理错距的影响越显著,层间距35～45 m时,煤柱错距随层间距增大而减小.通过开采实例对煤柱错距模型进行验证,结合理论模型计算和数值模拟,柠条塔煤矿两煤层合理煤柱错距应大于20 m.研究结果可为浅埋近距煤层开采的煤柱减压提供新思路.     

采空区下极近距离煤层回采巷道合理位置的研究

采用数值模拟和场论分析的方法研究了嘉乐泉8#煤采空区下极近距离9#煤层回采巷道合理位置的选择问题,结果表明:8#煤残留煤柱支承压力使底板岩层中应力非均匀分布,其垂直应力σz的非均匀分布是巷道围岩的稳定性的主要影响因素;回采巷道应布置在采空区下垂直应力σz的应力降低区,以及巷道受力均衡区;嘉乐泉9#煤回采巷道布置在距8#煤残留煤柱边缘水平距离15 m的采空区下,经嘉乐泉煤矿9101工作面的回采实践证明了巷道布置的合理性。     

梯形载荷煤柱底板偏应力分布规律与工程案例

建立梯形载荷作用下底板偏应力分布的力学模型，推导出煤柱底板最大主偏应力公式， 并得出不同载荷跨度与不对称系数等因素下的底板偏应力场响应特征。结果表明:①随着载荷 跨度减小，底板偏应力值整体呈减小趋势，两侧底板区域的高偏应力集中区不对称程度减弱，且 最终会出现汇合，形成一个连续的“苹果”形高偏应力区。②当１＜λ≤４时，呈现出与载荷高低相 一致的不对称马鞍型分布；随着λ值增加，不对称性加剧，高载荷侧极大值增长速率明显高于低 载荷侧；极小值呈线性增长，且其位置向低载荷侧转移。③载荷跨度为３ ５ｍ时，随着深度增加， 偏应力非对称性趋势变缓，而在底板一定范围内存在一个较为明显的低偏应力区，可作为巷道布 置的较理想区域。结合新阳矿地质生产条件和力学分析结果，将新１０ ２材料巷布置在 ｘ＝１５ｍ 处，确定了高预应力强力锚杆（索）支护方案，进行了现场试验，取得了良好的控制效果，为近距 离下部煤层巷道布置和围岩控制提供了理论依据和技术借鉴。     

侧压系数对巷道软弱互层顶板岩体破坏影响规律研究

运用FLAC3D软件,对垂直应力不变、不同侧压系数条件下,巷道软弱层状顶板岩体的塑性破坏、位移和应力变化规律进行了三维数值模拟研究。巷道两帮和底板岩层较硬,顶板岩层相对软弱,并且层理发育。顶板各岩层及软弱夹层的物理力学参数分别相同。研究结果表明,层状顶板岩体的破坏特征是由侧压系数λ决定的。当λ<1时,顶板的塑性区和卸压范围较大,但顶板挠度却较小。当λ>1时,顶板的塑性区和卸压范围较小,但顶板挠度却较大。     

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.     

高应力复合顶板沿空掘巷煤柱留设研究

以某矿沿空掘巷为背景,采用FLAC~(3D)数值模拟软件对巷道围岩稳定机理深入剖析,基于煤柱尺寸留设原则,分别模拟煤柱在不同宽度下的应力分布特征和变形规律,确定该矿地质条件下煤柱的合理尺寸。结果表明:二_1煤层的顶底板属于软岩类,巷道围岩塑性区呈现蝶形分布特征,垂直应力和水平应力主要影响巷道浅部的围岩,其中侧压系数主要影响水平应力的大小,对垂直应力的影响主要表现在应力增速。煤柱的尺寸在满足原有原则下,还需考虑现有的工程地质条件和不同尺寸煤柱的应力分布和位移变化,结合巷道围岩的变形量,确定巷道和煤柱能够保持长期稳定的合理宽度,并利于采取支护措施。