综放工作面应力分布规律的数值模拟研究

以燕子山煤矿8102综采放顶煤工作面为研究对象,通过数值模拟试验,分析了工作面回采过程中采场围岩应力、破坏分布规律。结果表明:受到采动及巷道围岩应力集中的影响,在工作面煤壁边缘、巷道边缘均发生不同程度的屈服破坏;8102工作面超前支承压力值呈现采面中部运输机机尾运输机机头的特征,支承应力峰值出现在煤壁前方10 m附近,影响范围为工作面煤壁前方80 m,最大应力集中系数1.6。     

千米深井大采高采场围岩应力分布规律数值分析

煤矿深部开采的应力集中异常突出,以唐口煤矿1305工作面为例,利用FLAC3D有限差分软件对千米深井大采高采场围岩应力分布规律进行数值分析。模拟结果表明:1305工作面回采时,在采空区四周煤体内形成对称的"双肺"状支承压力影响区;随着工作面推进,采场支承压力峰值及采空区上覆岩层破坏高度逐渐增大,工作面见方后,采空区顶板破坏高度与超前支承压力峰值变化趋于稳定,支承压力最大峰值约为72MPa,应力集中系数k为3.0;工作面煤壁前方与采空区两侧煤体内支承压力峰值随工作面推进向深部转移,且支承压力影响范围逐渐增大,压力峰值与工作面煤壁之间的距离基本保持在8~15m范围内。     

大采高综采工作面煤壁应力及稳定性研究

利用煤壁力学模型,分析工作面前方支承压力与煤层压缩角之间的关系,结合成庄矿4322工作面的实际情况,研究大采高综采工作面煤壁应力,计算得出煤壁上的应力为15.0 MPa,工作面前方支承压力峰值为22.6 MPa,煤壁极限平衡区宽度为16.4 m。利用数值模拟软件FLAC3D,求解工作面回采150 m后煤壁的应力,以验证理论计算结果,通过分析工作面中部和端头煤壁的塑性破环范围,研究4322工作面煤壁稳定性。结果表明:工作面两端头煤壁比中部煤壁容易发生片帮。根据工作面前方支承压力分布规律和煤壁前方塑性区范围,研究大采高综采工作面煤壁片帮机理,提出煤壁片帮防治措施。     

大采高工作面采场支承压力分布规律分析

以寺河矿大采高高效回采工作面为试验对象,采用超前支柱监测、回采巷道及留巷变形监测、煤体应力监测等技术手段,研究分析了该工作面采场支承压力分布规律及巷道变形特征,为工作面巷道布置、采场及巷道围岩控制等提供依据。研究结果表明,与常规大采高工作面相比,该工作面超前支承压力的影响范围为9~15 m,集中系数为1.7~1.9,峰值位置前移,位于煤壁前方12 m处;后方支承压力具有明显的分区特征并伴有一定的滞后性;侧向支承压力峰值位置变化不大。     

深埋特厚煤层采动应力特征及对邻近巷道影响研究

以陕西省小庄煤矿为研究背景,利用数值模拟与现场实测相结合的研究手段,分析了深埋特厚煤层采动影响范围以及对邻近巷道的影响,研究表明:深埋特厚煤层回采过程中工作面前方支承压力影响范围达到60m,在5～17m处出现应力增高区;工作面侧方支承压力在7～13m处出现应力增高区;受采动影响后邻近巷道塑性区呈不对称分布,靠近回采工作面一侧围岩破坏范围大于较远一侧围岩破坏范围。研究成果可为相似环境下巷道支护、煤层开采提供指导。     

大采高充填工作面巷道超前支护优化

为进行膏体充填开采工作面超前支护进行优化设计,对1331大采高膏体充填工作面巷道超前矿压规律进行研究,通过超前巷道围岩钻孔应力监测观测,研究得到了工作面超前支承压力影响范围及程度,了解了巷道受超前支承压力采动影响情况。结果表明:膏体充填开采工作面超前前方受支承压力扰动的距离约为30m,扰动剧烈的距离约为10m,工作面前方煤壁的破坏区为3.6m,工作面开采对前方巷道扰动程度相对采空区全部垮落法工作面较低。在此基础上确定了合理有效的巷道超前支护优化方案,达到了降低工人的劳动强度的目标。     

深部动压回采巷道的矿压时空分布规律研究

开采深度增加,地质力学环境比浅部复杂,深部动压回采巷道仍沿用浅中部的超前加强支护范围已不能有效控制动压巷道围岩变形。针对埋深762 m的某矿回采工作面顺槽的支护和超前加强支护范围,分析得出:回采和掘巷期间围岩变形不同,掘巷期间以底臌为主,而回采期间以顶板下沉为主;深部动压回采巷道超前支承压力影响范围明显增大,加强支护范围应大于采动剧烈影响区5~10 m。     

大采高综采工作面煤壁片帮机理分析

为了研究综采工作面的矿压显现规律,在现场实测基础上,运用数值模拟的方法,对不同采高、不同工作面长度条件下工作面煤壁前方塑性破坏区的分布规律进行了模拟研究。结果表明:随着采高和工作面长度的增加,工作面煤壁前方出现塑性破坏的范围越来越大;当工作面长度为220 m时,随着采高的增加,工作面煤壁前方出现塑性破坏的范围呈现扩大的趋势;当采高为4.5m时,随着工作面长度的增加,工作面煤壁前方出现塑性破坏的范围也呈现扩大的趋势。     

大采高工作面三角区片帮防治技术

针对大采高工作面三角区应力集中且矿压显现强烈,导致回采过程中煤壁大面积片帮等问题,通过理论分析、现场实测、工业试验等方法,分析了寺河煤矿1308大采高工作面端头区顶板三角煤在二次采动影响下的破坏机理,以及大采高工作面超前支承压力影响范围和破坏范围,为防治片帮采取合理注浆区域、注浆时机和注浆参数的选择提供依据。研究结果表明:超前支承压力的影响范围为35 m,在工作面前方8 m处最大,最大值为22.3 MPa,新型无机注浆材料具有不离析、不倒缩、结实率高达100%等优点,能够使煤体完整性和稳定性明显增强,片帮深度减少到平均0.5~0.6 m,注浆效果明显。     

深井不同采高围岩应力演化规律研究

文章以山东某矿深井工作面为工程背景,运用数值模拟软件对千米深井不同采高下应力分布规律进行研究,通过对工作面超前支承压力峰值、推进影响范围和煤层围岩破坏等方面的分析,得出结论:深井开采过程中,煤壁前方支承压力峰值和压力影响范围与推进距离呈正相关,在采高不同的情况下,工作面推进距离相同时,超前支承压力峰值随采高的增加而增大,工作面围岩的破坏随采空区的增大破坏范围增大。研究成果对深井工作面安全开采具有一定的指导意义。     

部分充填采煤法工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律研究

为了研究部分充填开采下工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律,本文以新桥矿为工程背景,拟通过PHASE 2D有限元软件建立相应的数值模型,研究了支承压力分布规律、工作面前方煤体塑性区发展规律、工作面顶板下沉量和覆岩移动规律.研究结果表明:工作面前方支承压力先增大再减小,最后趋于稳定,应力集中系数峰值为1.8;工作面前方燥壁破坏范围随工作面推进逐渐增大,并最终稳定在2m;工作面燥体前方直接顶的下沉量较小,而工作面煤壁后方直接顶的下沉量较大,直接顶下沉量最大为22 mm左右;覆岩垂直位移随工作面推进距离增大而增大,最大垂直位移为66mm左右.     

浅埋深厚煤层大采高工作面回撤通道留设技术研究

为解决浅埋深厚煤层大采高工作面回撤通道留设难题，基于三种留设工艺方法的优缺点对比，理论分析了工作面煤壁前方支承压力影响下塑性区、弹性区范围及区域内应力分布状态。从煤壁表层向煤体深部延伸过程中，支承压力值先是呈指数函数形态递增变化至峰值，然后呈负指数函数形态最终递减至原岩应力状态，其中煤壁前方压力衰减区是布置回撤通道的最佳位置。现场应用表明大梁湾煤矿回采面超前支承压力峰值位于煤壁前方10.02 m，待设计停采线前末次基本顶周期来压后再向前推采5 m度过来压持续长度，在支承压力衰减区内选择“双机”配合自割回撤通道工艺，运用高预应力强力锚杆（索）支护系统配合液压支架护帮结构可以有效维护通道顶板稳定性，保证工作面设备回撤空间，为类似条件下工作面布设回撤通道提供工程借鉴。     

综放工作面矿压显现规律及液压支架选型研究

为研究厚煤层综放开采时矿山压力显现规律,选择合适的液压支架类型,以某矿31201工作面为背景,采用理论分析、FLAC~(3D)数值模拟等方法,研究不同采高条件下工作面矿山压力显现规律,分析煤壁塑性区变化特征,选择合适的液压支架进行适应性验证。结果表明:开采高度对工作面前方超前支承压力变化规律影响较小,但是对煤壁塑性区范围影响较大,采高小于3.5 m时,煤壁塑性区范围较小,采高大于3.5 m时,煤壁出现较大范围塑性区;根据放顶煤开采条件,分析支撑高度、支护强度、工作阻力大小,确定了选择ZFY18000/25/39D液压支架具有合理性。     

特厚煤层综放工作面顶煤变形力学分析及试验研究

根据斜沟煤矿23103大采高综放工作面特厚煤层赋存条件,运用力学分析、PFC数值模拟和1∶40的大比例物理模拟试验,研究了大采高综放工作面顶煤的变形规律。结果表明:①随着顶煤厚度的增加,支承压力的峰值强度降低,峰值点距煤壁距离增加,支承压力影响范围加大;②顶煤在支承压力峰值区主要为剪切破坏;邻近工作面的煤壁,支承压力降低,顶煤的破坏主要为拉伸破坏;③煤壁前方顶煤运移以水平方向的变形为主;控顶距上方顶煤运移以垂直位移为主;④顶煤是以受拉破坏为主造成冒落;采高4 m时,顶煤垮落角平均值为67.36°,顶板断裂期间,顶煤垮落角的平均值为76.54°。给出顶煤滞后垮落的处理措施,对斜沟及具有相似赋存条件的煤层,具有一定的指导意义。     

首采长壁工作面采场矿压特征数值模拟

以袁店矿首采1021工作面为例,应用大型工程FLAC3D计算软件,模拟分析煤层首采长壁工作面开采后上覆岩层"三带"移动演化特征和矿压显现规律.结果表明:受回采工作面的采动影响,在工作面煤壁前方,形成了随工作面推进而不断前移的超前集中应力,大体可分为3个阶段:工作面前方62m以远为未受采动影响区,20～62m为采动影响区,20m范围内为采动影响剧烈区;工作面前方超前支承应力最大值为40.61MPa,超前支承应力集中系数为2.58;走向模型的冒落带高度约在6～10m范围内,导水裂隙带高度约在34～40m范围内;弯曲下沉带的高度约在顶板90～100m范围内.     

大采高采场超前支承压力分布规律研究

大采高工作面在开采时易导致煤壁产生失稳片帮现象,对工作面安全生产产生重要影响。文章根据某矿大采高工作面实际开采情况,利用FLAC3D数值模拟软件建立数值模型,研究大采高工作面开采超前支承压力分布特征。研究表明:1)通过理论分析得到超前支承压力峰值距离为8.3 m;2)工作面前方可分为应力增大区、应力减小区和原岩应力区;3)工作面前方的支承压力分布范围为30~36m,峰值应力点为5.8m~8.8m。研究成果可为大采高煤矿的安全生产提供理论依据。     

浅埋煤层超前支承压力分布规律研究

山西某矿区浅埋煤层回采过程中,对工作面超前支承压力影响范围和程度难以准确估计。为了确定浅埋煤层超前支承压力分布规律和影响范围,为工作面超前支护范围与强度提供依据,采用现场实测方法,在工作面顺槽布置应力监测仪器,对浅埋煤层回采工作面超前支承压力进行跟踪监测,并研究超前支承压力与工作面推进距离关系。研究表明:沿工作面走向且超前工作面8 m范围内为采动影响剧烈区,8~24 m区域为采动影响明显区,24 m以外区域为采动影响轻微区;煤柱内的超前支承压力强烈影响范围小于9 m。     

大采高综采工作面应力分布特征的数值模拟分析

山西某矿3405工作面采用一次采全高的综合机械化的采煤工艺,其矿压显现比较剧烈。为了更好地安全高效回采该工作面,通过FLAC3D数值模拟软件来分析该工作面回采时应力分布特征。结果表明:3405工作面超前支承压力峰值位置距煤壁5 m,影响范围为75 m,应力集中系数为2.3;固定支承压力峰值位置距煤壁15 m,影响范围为45 m,应力集中系数为2.0;工作面拉应力区范围在16 m左右。     

综放工作面煤壁片帮机理分析与治理

1煤壁片帮机理分析 如图1所示,老顶在工作面前方以煤壁为支点向采空区方向悬空,并逐渐冒落在采空区已垮落的直接顶矸石上,随着远离工作面而逐渐压实,在采空区深处形成一个后方支承压力区(距工作面40～60m,K值一般为1.0～1.3),在近工作面的采空区上方形成了压力拱,工作面及部分采空区处于应力降低区,俗称"免压带".工作面前方支承压力区的范围一般为30～40m,应力集中系数K值一般为3～5.煤壁前方的减压区,俗称压酥带,范围约0.5～3.0m,此处顶板已初次下沉,下沉量达15～60mm,是工作面的片帮显现区.     

近距离煤层上行开采围岩应力分布及覆岩移动规律

为了研究近距离煤层群上行开采对工作面围岩应力分布规律及覆岩破坏演化特征的影响,采用PHASE 2D有限元软件建立数值模型,分析了近距离煤层群上行开采过程中工作面煤壁塑性区发展规律、覆岩垂直位移、工作面前方支承应力分布规律。数值模拟结果显示,工作面煤壁塑性区呈现上部宽、下部窄的特征,随着工作面不断推进,煤壁塑性区宽度也随之增大,其中下层煤和上层煤工作面煤壁塑性区最大宽度分别为4.23 m、2.85 m;下层煤和上层煤覆岩最大竖向位移都发生在模型中部,最大竖向位移分别为28 mm、62 mm;支承压力呈现出先增大再减小、最后趋于稳定的发展趋势,支承压力系数峰值为1.59。研究结果表明,在上行开采实践中,当下层煤完成开采后,上层煤的围岩塑性区和位移均有所增大,覆岩稳定性降低。