榆神矿区双煤层开采错距方案优化数值模拟

为研究双煤层开采错距最优方案和对覆岩结构关键层的影响,以榆神井田地质条件为工程背景,采用FLAC~(3D)数值模拟手段,从开采错距5种模拟方案中比选出最优方案,并基于Mohr-Coulomb强度准则与数值模拟结果,讨论了不同开采错距对覆岩结构关键层的影响。研究表明:双煤层错距开采工作面覆岩拉应力呈现"谷-峰-谷"形分布,错距煤柱影响范围内最大主应力呈"平峰"状分布,下沉值呈现"尖峰"状分布;最优错距为40 m,最不利错距为0 m;通过对双煤层开采错距方案优化,可以有效保护覆岩结构关键层完整性,减小覆岩破坏范围。     

1201-2回风顺槽采空区下合理错距及围岩控制技术研究

为保障近距离煤层采空区下1201^-2回风顺槽围岩的稳定,基于巷道赋存情况,采用FLAC^3D数值模拟软件进行巷道与上覆采空区合理错距的分析,通过对比分析不同错距下围岩应力和塑性区发育,确定合理错距为20 m。结合数值模拟结果及巷道地质条件,设计巷道采用注浆短锚索+锚杆支护方案,并进行围岩变形量的观测分析。结果表明,巷道掘进期间围岩变形量小,围岩处于稳定状态。     

浅埋煤层隔水关键层失稳光纤传感检测试验研究

隔水关键层破断失稳是矿井水害及开采引起的生态脆弱区水资源破坏的根本原因,准确有效地对隔水关键层稳定性进行科学监测,是实现保水开采及岩层控制的重要基础。隔水层稳定性尚无有效直接监测手段,常采用钻孔探测、理论分析及数值模拟等计算导水裂隙带高度间接评判隔水层导通性。随着光纤传感技术的发展,将光纤布拉格光栅(FBG)、分布式光纤(BOTDA)等技术用于采动覆岩隔水关键层稳定性监测,为光纤传感技术在相似模型试验中的推广提供依据。研究表明:浅埋煤层当基岩厚度仅为60～67 m时,开采厚度为2 m的煤层时导水裂隙带将直接发育至地表,势必造成基岩含水层水体破坏,结构关键层裂隙被其上软弱岩层充填弥合具有一定隔水性,两侧断裂线及其附近发育的纵向裂隙成为主要渗流通道;分布式光纤检测应变因岩层断裂位臵应力集中而呈现"双峰"特征,峰值位臵与断裂线基本对应,可通过传感光纤预测采动覆岩破断线位臵分布;给出基于光纤传感检测的隔水关键层破断极限应变阈值为2 000με;光纤光栅可对特定位臵岩体变形进行精准监测,检测隔水关键层破断失稳位臵与实际观测及分布式光纤检测结果基本一致。     

浅埋煤层群不同煤柱错距覆岩结构演化规律及煤柱稳定性分析

针对浅埋煤层群下部煤层开采时区段煤柱稳定性差和覆岩不均匀沉降等问题,絠合采用物理模拟、UDEC数值计算和理论分析相结合的方法,研究了不同区段煤柱错距的覆岩垮落特征、煤柱应力分布特征和地表损害规律,揭示了上部"采空区-遗留煤柱-采空区"的结构演化特征,分析了不同错距时下部煤层区段煤柱的稳定性,絀出下部煤层区段煤柱留设位綪...     

浅埋近距煤层开采三场演化规律与合理煤柱错距研究

为探索浅埋近距煤层开采基于三场(应力场、位移场和裂隙场)演化规律的合理煤柱错距,实现井下减压与地表减损开采,以陕北柠条塔煤矿北翼东区1~(-2)与2~(-2)煤层开采为背景,采用FLAC~(3D),UDEC数值计算、物理模拟及理论分析相结合的方法,揭示了近距煤层开采覆岩与地表应力场、位移场和裂隙场演化规律,掌握了不同区段煤柱错距对煤柱集中应力、覆岩与地表位移及裂隙演化的影响,提出了基于三场演化规律的区段煤柱错距确定方法。研究表明,近距煤层开采的裂缝集中发育和地层拉、压应力集中源于煤柱引起的非均匀沉降,上部单一煤层开采后,在底板形成煤柱高应力区、低应力区和采空区中部高应力区,为避开上、下煤柱垂直应力叠加,下煤层巷道应布置在低应力区范围内。近距煤层开采的地表拉应力场和位移场与煤柱错距存在密切联系,通过合理的煤柱错距布置,可以减缓地表下沉的"波状"幅度,减轻地表拉应力和水平变形。随两煤层煤柱错距增大,覆岩裂隙场由叠合逐渐分散,对应地裂缝逐渐减小,煤柱错距对其上部的覆岩裂隙与地裂缝起控制作用。建立了应力场-位移场-裂缝场耦合控制模型,提出了煤柱错距的计算方法,可实现减轻地应力集中和地裂缝发育的耦合控制。本研究得到实测验证,并在柠条塔煤矿后续开采布置中应用。     

倾斜中厚煤层错层位外错式巷道布置及相邻巷道联合支护技术

基于倾斜中厚煤层沿空掘巷与支护技术展开研究。首先通过构建力学模型,依据基本顶最大弯矩确定基本顶的断裂位置及断裂形式,计算得在距离煤柱帮17.57 m处基本顶达到弯矩最大值23.02 MN·m,并进一步确定断裂线位于实体煤上方;结合"内外应力场"理论,确定在当前覆岩力学环境下"内应力场"范围为15.89 m;综合考虑煤柱的空间关系,分析巷道围岩煤柱尺寸,确定窄煤柱水平错距为7.37 m,竖直错距为2.40 m;综合以上分析确定区段煤柱留设尺寸范围为7～12 m,通过FLAC~(3D)数值模拟软件对不同煤柱尺寸的应力场、塑性区分布进行计算分析,对掘进和回采两个阶段下不同煤柱尺寸条件下稳定性进行研究和验证,最终确定窄煤柱的合理宽度为8 m。然后根据倾斜中厚煤层错层位外错式巷道布置形式所具有的立体化空间形式,提出错层位外错式区段间相邻巷道联合支护技术并对其技术特点进行理论分析;基于围岩松动圈支护理论,通过计算确定区段间相邻巷道联合支护参数并利用FLAC~(3D)数值模拟软件对区段间相邻巷道联合支护方案和矿方原支护方案进行模拟,分别从支护应力场、塑性区分布和围岩相对变形率3方面对掘巷和回采阶段下两支护方案的效果进行验证,最终结果表明区段间相邻巷道联合支护方案相对于矿方原始支护方案,更有利于巷道围岩的变形控制。     

极近距离下位煤层巷道布置形式及合理错距研究

极近距离下位煤层开采时顶板受上位煤层开采影响破坏严重,造成巷道支护困难。以西铭矿8^#和9^#煤层为研究对象,采用数值模拟的方法,分析8^#煤层开采后应力分布特征,确定9^#煤层巷道的布置方式;对比研究9^#煤层巷道不同错距布置下围岩变形和应力分布规律,得到巷道合理内错距离。研究结果表明：8^#煤层开采完毕后上覆岩层形成“砌体梁”承载结构,离层区和部分重新压实区处于低垂直应力区,9^#煤层巷道选择内错式布置;随着内错距离的增加巷道围岩应力不对称性削弱,围岩变形量呈现先增大后减小的趋势,并以内错6 m为分界点,9^#煤层巷道合理内错距离为6 m.     

近距离下部特厚煤层工作面安全错距研究

在近距离下部特厚煤层条件下,由于下部煤层厚度大,经验方法类比计算的工作面错距偏小。因此根据鲍店上部2煤层与下部3煤层实际情况,采用UDEC2D数值模拟及理论分析,综合研究了近距离下部特厚煤层工作面开采的安全错距。研究表明:近距离下部特厚煤层工作面同采时,不同工作面错距条件下的应力分布与覆岩运移特征有着明显的差异,当工作面错距大于50m时相互采动影响较小,确定工作面安全错距为60m。     

1.0 m极近距离煤层联合开采矿压规律

针对阳邑煤矿1.0 m极近距离煤层联合开采条件,应用常规错距理论和岩层移动理论,研究了上部工作面采空区走向形成的稳压区和减压区范围,论证得出了1.0 m极近距离煤层联合开采下部工作面仅能布置于稳压区,并给出了上、下煤层工作面联合开采最佳走向错距范围为21~26 m。研究发现,在稳压区域回采的下部工作面采场覆岩形成了“双结构顶板”。矿压观测结果证明：在最佳错距范围内开采,上部工作面采空区形成的残余支压高应力区与下部工作面的超前支压高应力区之间,在推采方向存在2~3 m近原岩应力安全距离,避免了上、下高应力区域叠加,保证了下部工作面在稳压区域内回采,现场实施错距20~25 m,与理论分析接近。阳邑煤矿1.0 m极近距离煤层联合开采成功实施,在理论和技术上为类似条件的煤层提供了可靠的矿压数据和开采经验。     

煤层群开采合理工作面煤柱错距数值计算

为了揭示煤层群开采煤柱集中应力与地表下沉破坏的耦合控制关系,以柠条塔煤矿北翼东区浅埋煤层群为背景,采用UDEC软件计算了不同煤柱错距和工作面走向错距时的覆岩应力场、破坏区和位移场的关系,确定了兼顾减缓地下煤柱集中应力和地表裂隙控制的工作面区段煤柱合理错距和同采工作面合理错距。数值计算表明,柠条塔煤矿1-2煤层与2-2煤层合理区段煤柱错距为40 m,2-2煤层工作面与1-2煤层工作面走向错距应大于80 m。