综放沿空异形煤柱广义尺寸效应研究

根据煤柱强度理论和限差分计算分析了尺寸效应对异形煤柱的影响，得出当煤柱宽度为5m～10m时，煤柱虽已破坏，但处于低应力区，只要采取一定的加固措施，使其为一整体，就基本能保证其稳定性；当煤柱宽度为10m-20m时，煤柱内塑性区已贯通，同时应力峰值未能发生转移，使煤柱一直承受较高应力，对煤柱稳定极为不利；当煤柱宽度为20m以上时，虽然应力峰值不发生转移，但煤柱内塑性区不贯通，煤柱中形成弹性核区，能很好抵抗峰值压力，但从资源角度考虑，20m以上煤柱不适宜做护巷煤柱；当煤柱宽度超过23m时，煤柱强度基本不增大的结论，对以后煤柱设计具有一定的参考价值。     

深井不等宽断层煤柱诱发冲击地压机理研究

以采深超千米且存在不等宽断层煤柱工作面为工程背景，分析了断层构造应力和临断层采动工作面上覆岩层运移对冲击地压的影响，进而研究了不等宽断层煤柱诱冲机理。研究表明，断层构造应力和煤层上方悬露覆岩应力叠加超过不等宽断层煤柱综合强度导致了冲击地压发生。通过构建断层构造应力模型、悬露覆岩载荷模型和不等宽断层煤柱承载模型，推导了不等宽断层煤柱能否发生冲击的力学判别式，可用于断层煤柱区域冲击危险区的精确划分，为提前采取针对措施提供依据。研究成果经现场实践，实现了工作面安全开采。     

金庄矿孤岛工作面合理煤柱宽度分析

为保证安全开采，以金庄煤矿8204工作面为研究对象，结合工作面工况条件，建立FLAC3D数值模型，模拟了煤柱宽度为4~12 m宽时孤岛工作面巷道围岩变形特性，分析了不同煤柱宽度时围岩煤体内应力场、塑性区宽度、位移变形量等。分析结果表明：煤柱在4～5 m时，煤柱没有自稳能力；煤柱在6～7 m时，煤柱有一定的自稳能力，且其体内的垂直压应力不大；煤柱在8 m时，煤柱体内最大应力达到最大，之后煤柱体内垂直应力随煤柱宽度增加而减少；尽管在煤柱大于9 m时，煤柱体内存在未发生塑性破坏的区域。通过观察煤柱同一高度的水平位移变化，煤柱宽度取值在4～9 m时，煤柱的水平位移值有较为明显的变化趋势；煤柱宽度取值在9～12 m时，煤柱的水平位移值变化趋势较缓。结合煤柱支撑效果及煤炭回收率，最终确定孤岛工作面的煤柱宽度留设为9 m。     

一种基于弹性理论的大采高区段煤柱合理尺寸计算方法

不同工况下区段煤柱两侧支承压力分布及岩体变形存在显著差异，考虑煤柱两侧不同支承压力对煤柱整体稳定性的影响，基于大采高区段煤柱的弹性力学计算模型，分析了支承压力下煤柱任一单元岩体的应力应变分量。通过建立大采高煤柱弹塑性界面上岩体的柱条模型，确定在0.65倍煤柱高度处单元岩体将首先发生水平拉伸破坏，利用虎克定律提出了该单元岩体极限拉应变与煤柱极限平衡区宽度的关系式。依据煤柱破裂区岩体的受力特征，运用摩尔库伦准则推导了煤柱破裂区宽度的计算公式。结果表明：(1)煤柱极限平衡区宽度与岩体极限拉应变和弹性模量反相关，与煤柱埋深和煤柱高度正相关；(2)煤柱高度及其与顶底板的界面摩擦角是影响破裂区宽度的关键性因素；(3)煤柱两侧不同工况下，煤柱岩体极限拉应变与其所受侧压呈正变关系，区段煤柱采空区侧所受侧压较巷道侧偏大，采空区侧岩体的极限拉应变也相应较大，表现为采空侧极限平衡区宽度较巷道侧偏小。最后，将上述理论公式应用于陕北某矿30109工作面大采高区段煤柱极限平衡区和破裂区宽度的分析计算，给出了该工作面两侧区段煤柱的合理宽度及其支护方案。工程应用表明，30109工作面区段巷道围岩变形控制效果良好，满足...     

煤柱区域巷道冲击矿压的研究

三河尖煤矿7＃煤具有冲击矿压倾向性，近年来矿井东翼厚煤层煤柱区域在开采中先后发生过四次冲击矿压。本文分析了煤柱区域巷道冲击矿压发生的原因，并提出了相应的防治对策。     

房式采空区下非来压期间异常矿压机理及对策研究

针对西部矿区某矿房式采空区下工作面综采发生的异常矿压问题,利用现场实测和理论分析并基于异常矿压特征,通过分析残留煤柱上方支承压力分布规律、残留煤柱稳定性,对其发生机理及相应对策进行了研究。结果表明:工作面顶板初次破断前、初次破断时残留煤柱所受支承压力较大时,将发生残留煤柱连锁失稳现象;若顶板初次破断时残留煤柱保持稳定但当残留煤柱受到采场上方及采场后方2个跨度内覆岩形成的叠加支承压力较大时,也将发生残留煤柱连锁失稳现象;煤柱失稳后煤柱顶板对层间岩层产生动载作用,残留煤柱连锁失稳发生在未来压期间、层间仅0~1层关键层时,将诱发本文所述异常矿压;残留煤柱连锁失稳发生在来压期间时,可能诱发压架灾害。基于上述研究提出了爆破煤柱、充填采空区、适当减慢推进速度等措施。     

基于复合弱化结构的上覆煤柱区冲击地压防控研究

为实现上覆煤柱影响区冲击地压的整体可控性，提出利用复合弱化结构进行冲击能量耗散，在阐述复合弱化结构定义、分类和弱化度及上覆煤柱导致冲击地压发生机理的基础上，分析了复合弱化结构的防冲力学机制。结果表明：弹性能指数、冲击能指数随复合弱化结构弱化度的增大而降低；复合弱化结构将冲击危险区域的弹性能分段耗散，能有效改变煤岩弹性能释放模式；对既定的残留煤柱采用顶板(煤)预破坏措施实现冲击能量的耗散。在唐山矿煤柱区域进行了现场试验，采取整体耗能措施后，冲击危险区域的钻孔应力值和钻屑量均小于发生冲击地压的临界值，保证了煤柱区的安全生产。     

大空间结构区采区煤柱冲击地压机理与防控技术

为降低采区煤柱区域冲击动力显现频率和程度,提出深井采区煤柱存在刚性核体、冲击核体和柔性层,研究了煤柱中冲击核体特征和变化规律,揭示了深井采区煤柱冲击地压发生机理。构建了深井采区煤柱冲击地压防范、监测预警、治理防护的技术体系,进行了现场实践应用、效果检验,防控技术降低了煤柱区域动力显现频率和程度,有效地消除了深部采区煤柱区冲击地压的发生。     

条带开采煤柱长期稳定性评价及煤柱设计方法

煤柱在地下水、风化作用等多种因素的作用下会发生剥离和尺寸缩减,使煤柱发生渐进性失稳破坏。基于煤柱的渐进性剥离行为和剥离体的堆积特性,建立了煤柱的非均匀剥离模型;分析了煤柱剥离的影响因素、煤柱安全系数与煤柱剥离的关系,建立了条带煤柱长期稳定性评价方法;讨论了采出率、地表沉陷控制和煤柱长期安全系数的协同关系。分析表明:煤柱的剥离与煤的碎胀系数、休止角和采宽采厚比有关,可利用剥离角确定煤柱的极限破坏程度。煤柱的宽高比越大,剥离对其稳定性的影响程度越小。该模型适用于条带煤柱长期稳定性评价。     

增量荷载作用下沿空工作面冲击地压防治研究

深部沿空工作面容易发生冲击地压，造成矿井停产，治理难度大，煤柱留设的实际效果已成为影响矿井安全高效生产的重要问题。以鄂尔多斯地区深部开采为背景，在分析巨厚基岩地层结构、工作面大煤柱和沿空巷破坏等冲击地压发生特征的基础上，研究沿空侧向覆岩结构及荷载特征下冲击地压发生规律。根据实际条件，计算分析了侧向支承压力分布特征，数值模拟研究了工作面侧向支承压力分布及急增载破坏特征，得到小煤柱留设是减弱巨厚基岩地层下沿空工作面冲击危险的最优方案，并进行了实践，实现了石拉乌素煤矿小煤柱工作面的安全开采，结果可为类似条件工作面沿空开采提供借鉴。     

倾向煤柱边界超前失稳对工作面出煤柱动载矿压的影响

针对近距离煤层工作面出上覆倾向煤柱时的动载矿压问题,采用理论分析、数值模拟以及工程验证的方法,从煤柱边界超前工作面失稳的角度阐述了其对动载矿压灾害的抑制机理,并就煤柱埋深、煤层间有无关键层以及煤柱边界有无空巷等因素对煤柱边界超前失稳的影响规律进行了研究。结果表明：工作面临近推出上覆倾向煤柱时,煤柱边界的超前失稳会造成上部关键块体提前发生反向回转,从而能在工作面出煤柱时削弱关键块体结构回转运动对煤层间岩层作用的能量,最终减弱动载矿压灾害发生的几率和强度。上覆倾向煤柱埋深大、煤层间无关键层以及煤柱边界存在空巷均易导致煤柱边界发生超前失稳,从而可对动载矿压灾害的发生发挥明显的抑制作用。对于煤层埋深较浅或煤层间仅存在一层关键层等动载矿压灾害易发生的开采条件,可在处于下煤层工作面出煤柱一侧边界内开掘空巷,或对此区域实施人工预爆破,促使煤柱边界在工作面临近出煤柱时发生超前失稳,从而达到防治动载矿压灾害的目的。研究结果得到了神东矿区活鸡兔井和补连塔煤矿4个工作面出煤柱开采工程实例的验证。     

浅埋近距离煤层开采超前煤柱群冲击失稳机制

工作面前方遗留煤柱群(后文简称“超前煤柱群”)在采动影响下会发生链式冲击失稳，诱发动载矿压灾害并影响下伏煤层的安全高效开采。揭示超前煤柱群链式冲击失稳机制是浅埋近距离煤层安全开采的根本前提。本文实测分析了元宝湾煤矿房式采空区下伏6107工作面开采的覆岩移动规律，发现了超前煤柱群的回弹变形现象，开展了房式采空区下伏煤层开采的物理模拟实验，研究了房采煤柱群-覆岩的变形破坏特征，分析了采动影响下超前煤柱群回弹冲击失稳的动态过程，揭示了浅埋近距离煤层开采超前煤柱群的冲击失稳机制。结果表明：(1)浅埋柱采区近距离下伏煤层开采过程中工作面前方覆岩呈现出“先短暂回弹后剧烈下沉”的运动特征，即首先存在极短时间的覆岩回弹变形现象，之后出现了部分覆岩的整体破断与垮塌。由此，反推出采动影响下超前煤柱群也发生了回弹变形。(2)柱式采空区下伏煤层开采过程中关键柱在覆岩沉降和超前支承压力的作用下最早出现斜切破坏，引起载荷的转移，加剧邻近部分房采煤柱群的应力集中程度，进而发生链式斜切破坏。在此过程中，覆岩持续沉降，裂隙也不断发育，形成剪切贯通断裂面，发生破断回转，促使超前煤柱群回弹变形与冲击失稳，引发层间岩层的全厚...     

综放煤巷合理煤柱尺寸的物理模拟研究

本文是依据上榆泉矿10#煤层的地质条件，运用相似模拟理论制作了物理模型，主要对综放煤巷煤柱逐渐缩小时，巷道围岩破坏特征及顶帮变形量进行了研究。结论是当煤柱尺寸为16m时，煤巷围岩稳定性有明显变化；12．5～9m时，煤柱开始出现屈服；9～5．5m时煤柱发生明显破坏，煤巷围岩出现严重破裂，顶帮的破坏深均在3m左右；2．Om时直接顶和基本顶同时垮落。据此确定该矿10#煤层煤巷煤柱尺寸取为16m。     

煤柱冲击地压时间效应研究

文章针对煤柱冲击地压发生的滞后性 ,建立了一个简单力学模型 ,从煤柱流变性的角度给出了其发生的判别准则     

基于Voronoi图的不规则煤柱稳定性分析

基于规则煤柱的稳定性理论,提出了不规则煤柱有效宽度的概念,通过引入计算几何的Voronoi图确定了不规则煤柱的从属面积,建立了不规则煤柱稳定性评价方法.单一煤柱的失效将使载荷转移到其邻近煤柱上并引起该煤柱过载,这种渐进过载过程导致了煤柱不稳定破坏的“多米诺”效应,从而引发大面积突然塌陷灾害的发生.     

应力集中区构造复杂工作面的治理

孙村煤矿5418断东工作面开采过程中，因上覆5217面留设了煤柱，工作面来压剧烈，震顶频繁，顶板离层，伪顶落，断层处漏顶，通过采取了一系列技术措施，控制住了顶板，防止了冲击地压发生，安全通过了煤柱应力集中区。     

高瓦斯易燃松软破碎煤层沿室送巷技术

本文介绍大水头煤矿在高瓦斯易燃松软破碎特厚煤层中沿空送巷的技术，通过对煤体破碎状况的测试，得出煤柱体侧的破坏有限的结论；并通过对煤柱体侧应力分布测试及破坏范围估算，确定煤柱尺寸范围，为利于防灭火及瓦斯管理，沿空送巷用锚网支护，采取有力防范措施防止灾害发生，取得了成功。     

煤层群错位工作面煤柱应力集中区巷道围岩控制技术研究

为获取煤层群错位布置工作面煤柱应力集中区巷道发生大变形的机制，采用数值计算及现场实测的方法对巷道围岩受力特征及破坏规律进行了研究。研究结果表明，煤层群上组煤层煤柱集中应力与下组煤层31112工作面回采后的侧向支承压力叠加导致巷道受力大幅增加，原有支护强度不足导致巷道发生大变形；分析了叠加应力大幅增加的主要原因是错位工作面上组煤层传递的集中应力来源于采区边界煤柱，而边界煤柱向下传导应力影响范围较区段间煤柱大，且衰减慢，同时侧向支承压力叠加下加剧了巷道围岩受力的不平衡性，巷道围岩在邻近采空区的副帮侧及副帮顶板破坏范围较大，造成了巷道的局部失稳进而形成大变形。依据实测的破坏范围对原有支护方案进行修正，设计了补强支护方案，现场实测表明补强支护后巷道变形显著减小。     

遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论及其应用展望

遗留煤柱群链式失稳会引发覆岩垮落、地表塌陷、动载矿压、瓦斯外逸或水体下泄等灾害。揭示遗留煤柱群链式失稳的核心机理是精准防控的基本前提。从链式失稳的源头出发,提出了遗留煤柱群的最弱失稳致灾模式,界定了关键柱的基本概念,分析了关键柱的主要特征,研发了关键柱判别的技术方法,揭示了关键柱局部失稳的诱灾机理,形成了遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论,并对其潜在的应用范围与领域进行了展望。研究结果表明:①遗留煤柱内在物理力学性质和外在环境因素等的差异性,导致采场遗留煤柱群呈现出最弱失稳致灾模式——遗留煤柱群体系中任一失稳致灾模式发生时,最弱失稳致灾模式必然已经发生,即遗留煤柱群体系发生链式失稳时,稳定性最弱的遗留煤柱必然发生了失稳。②关键柱是指采空区中最先可能发生局部失稳的遗留煤柱;“关键柱”之所以“关键”,是因为唯有采空区“关键柱”发生局部失稳,邻近区域稳定性稍强的遗留煤柱的失稳破坏才可能被活化,采场遗留煤柱群的链式失稳也才可能发生。③安全系数最小的遗留煤柱可以判别为煤柱群体系中的“关键柱”,在进行关键柱判别的时候需要遵循区域性、相对性、动态性和复合性等四大原则。④关键柱局部失稳的诱灾机理体现在:关键柱载荷的逐渐减小使得最邻近遗留煤柱承担的载荷线性增大,即关键柱的局部失稳会引发覆岩载荷向最邻近的遗留煤柱中转移与扩散,导致进一步的失稳破坏,并最终可能引发遗留煤柱群体系的“多米诺”链式失稳与破坏。⑤关键柱理论不仅可以应用于柱采区邻近煤层开采、强矿压控制、煤柱留设、充填开采、瓦斯抽采和水害防治等技术领域,还能推广应用于非煤矿山资源开采矿柱群的失稳防控等领域。遗留煤柱群链式失稳关键柱理论的提出有望促进我国煤炭资源绿色开采理论与技术的发展。     

长壁留煤柱支撑法开采顶板结构分析及应用

采用长壁留煤柱支撑法开采时会产生两个问题：一是煤柱尺寸留设过小，在限定的开采区域内会发生工作面切顶事故;二是煤柱尺寸留设过大，又会形成跨几个区域大面积顶板垮落事故.为了解决这两种顶板垮落问题，建立了＂连续梁＂力学模型，计算出不同位置、不同性质的煤柱受力状况，并运用RFPA2D软件对郭家湾煤矿采场围岩破坏进行了数值模拟，对顶板结构进行了分析，并得出两种问题顶板垮落的不同特征.据此，提出了设立关键点和关键区的监测方案，通过监测不同敏感区域的煤柱，来解决这两种顶板灾害问题.