千米深井不同采高下围岩应力分布规律研究

以唐口煤矿1305工作面为工程背景,运用三维数值模拟对不同采高下千米深井围岩应力分布特征进行了研究分析。研究表明:在开采过程中,煤壁前方应力集中区分布呈"双肺状"对称分布,超前支承压力峰值与影响范围随着工作面的不断推进而逐渐增加,采空区上覆岩层破坏面积、高度逐渐增大。     

特厚煤层回采巷道大变形及采动应力场分析

基于郭家河煤矿特厚煤层回采过程中邻空侧巷道变形严重,以1305工作面回风巷巷道变形为工程背景,开展工作面推进过程中巷道围岩变形观测和采动应力场监测。研究结果表明:随着工作面深入1303采空区,回风巷侧巷道变形速度增大3~5倍;相比于运输巷回风巷侧支承压力峰值深入工作面及巷帮实体煤距离均减小,应力集中系数可达3;1305工作面回风巷巷道大变形是采动应力、采空区侧向支承压力、侧向顶板结构等多重因素耦合作用的结果。针对巷道变形原因提出侧向顶板深孔断顶爆破和小煤柱护巷措施。     

特厚煤层综放采场支承压力分布的数值模拟

针对特厚煤层综放采场邻空巷道超前支护段巷道大变形问题,通过FLAC3D数值模拟软件模拟郭家河煤矿1305工作面回采过程,得到综放采场支承压力的分布特征,分析邻空巷道大变形的原因。结果表明:随着工作面推进,特厚煤层综放工作面超前支承压力峰值及影响范围逐渐增大,峰值点位于工作面前方10~25 m,峰值应力集中系数在1.2~3.2之间,支承压力影响范围超过100 m,影响集中区域为工作面前方60 m;采空区的存在使得工作面侧向支承压力影响范围增大4倍以上,应力集中系数增大0.7~1.3,随着工作面邻近,侧向支承压力增长速度变快,应力峰值深入实体煤的距离增大;邻空巷道强矿压显现是双向高支承压力叠加作用的效果。     

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。     

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。     

深部采场支承压力演化特征面长效应模拟分析

为深入研究深井高地应力条件下,面长变化对采场支承压力分布的影响规律,以淮南矿区某深部矿井为工程背景,基于FLAC~(3D)数值模拟软件和工程实践,分析了推进距离S与面长L之比分别为0.5、1.0、1.5 3种情况下的支承压力演化规律。结果表明:随着面长增加,支承压力峰值位于煤壁前方10 m处,应力集中系数达到2.7;沿工作面走向方向,当S与L之比为0.5时,支承压力峰值在面长超过360 m后呈现降低趋势;沿工作面倾向方向,S与L之比为1.0和1.5时,采场两端的支承压力峰值随面长增加呈现先增大、后减小的趋势。从采场矿压控制及灾害防治两方面综合考虑,优选工作面长度在200~240 m之间。     

霍尔辛赫3207大采高工作面上覆岩层运移数值模拟分析

为了解决霍尔辛赫煤矿松软破碎顶板厚煤层开采存在的问题,以确保3207大采高工作面的顺利安全回采,基于采煤工作面上覆岩层运移规律,结合霍尔辛赫3207大采高工作面现场实际情况,利用FLAC3D软件对3207工作面超前支承压力、工作面滞后应力状态及推进速度对煤壁片帮的影响进行了数值模拟分析,得到了3207工作面上覆岩层运移规律。研究结果表明:3207工作面超前支承压力峰值位置距离工作面6~7 m,滞后支承压力峰值位于工作面煤壁后方10~14 m;3207工作面推进速度越慢,煤壁拉应力破坏区和剪应力破坏区就越大,发生片帮的概率增大。     

断层下盘一侧采空工作面采动应力分布及其演化规律

以赵楼煤矿断层下盘一侧采空的11303(东)工作面地质条件为背景,采用FLAC~(3D)软件模拟分析了断层下盘工作面背向断层推进时,断层煤柱应力、工作面中部及采空侧端头超前支承应力演化规律。研究表明:工作面推进小于120 m时,断层煤柱应力集中程度逐渐增大,随工作面继续推进,断层煤柱集中应力变化不大。工作面推进小于80 m时,工作面中部超前支承应力峰值逐渐增大,而超过80 m后应力峰值变化不大。工作面采空侧端头受采动及相邻采空区影响,超前支承应力远大于实体煤侧,且在推进170 m时支承应力峰值达到最大。     

受采动影响综采工作面矿压显现特征数值模拟分析

针对古汉山矿17126大采高综采工作面的地质条件,采用计算机数值模拟(FLAC3D)系统,对试验面不同回采距离时,超前支承压力、上覆岩层移动以及围岩塑性区分布等特征进行分析,得出该工作面超前支承压力的影响范围为煤壁前方50 m,应力峰值位于煤壁前方5~7 m;回采时工作面中部顶板下沉最大,且最大下沉量不足以造成工作面压架;随着工作面的推进,采场围岩塑性破坏区范围不断增大且表现为采空区上方以拉伸破坏为主,工作面上方以剪切破坏为主。     

深埋大采高综放采场超前支承压力分布规律

为了掌握深埋大采高综放采场超前支承压力分布规律,以康北矿101工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合进行研究,分析了随着工作面推进在不同采高和不同采深情况下超前支承压力应力集中系数、峰值距煤壁距离和影响范围分布规律。结果表明:随着采高或采深的增加,超前支承压力应力集中系数变化不明显、峰值距煤壁距离和影响范围变大。     

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。     

浅埋薄基岩煤层快速推进工作面矿压显现规律研究

基于神东矿区1-2#煤层的赋存条件和开采技术条件,采用FLAC3D数值模拟方法,研究浅埋薄基岩回采工作面快速推进过程中的矿压显现规律,为工作面支架阻力确定和岩层控制提供依据。结果表明,随着推进速度的增加,顶板压力呈现减小趋势;推进速度越快,工作面前方应力集中程度越高,峰值应力距工作面距离越小,应力集中影响范围呈减小趋势;推进速度不同时煤层上部的薄基岩和厚松散层破断都直接波及地表,地表下沉量明显高于相同条件下的正常采深煤层工作面;浅埋采场上覆松散层变形移动过程中难以形成承载结构,荷载估算时不能采用传统的普氏压力拱理论。     

深井特厚煤层综放工作面支承压力分布特征的实测研究

为研究深井特厚煤层综放工作面支承压力分布特征,采用冲击地压实时监测预警系统对新巨龙矿井1301工作面走向及侧向巷帮煤体垂直应力进行了实测。研究表明：深井特厚煤层综放工作面走向支承压力峰值位置到煤壁的距离及巷帮煤体侧向支承压力峰值位置到巷帮的距离比一般工作面大;巷帮煤体侧向支承压力峰值出现在采空区后方;回采期间巷帮煤体垂直应力的变化沿走向可分为应力稳定区、应力升高区、应力峰值区、应力降低区、二次升高区和应力蠕变区。     

正断层附近煤的物理力学性质变化及其对矿压分布的影响

通过对正断层附近煤层显微裂隙、孔隙观测,力学性质实验和数值模拟分析,系统地揭示了正断层对煤的物理力学性质和矿压分布的影响。研究表明,正断层带附近煤岩体破碎,煤（岩）体中裂隙的发育程度随距断层面距离的变小而增强,煤岩力学强度越靠近断层越低;且裂隙的力学性质向断层面方向由张性向张扭、压扭性再到张性转化;断层导致初始应力场的挠动,局部产生附加应力。在采动影响下断层“活化”,随着距断层面距离的减小,工作面前方煤（岩）体中支承压力均明显增大,支承压力峰值位置向前方煤岩体中转移,在回采工作面煤壁和其前方断层之间煤柱之上压力分布类似于小的残留煤柱的情况,煤柱愈窄,压力峰值愈高,煤的抗压强度是残留煤柱承压作用的极限。     

超千米深部矿井采动应力显现规律

我国浅部煤炭资源逐渐耗竭,开采深度逐渐进入1 000～2 000 m水平,常常伴有大量的工程灾害,其根本原因是深部采动应力场的显现规律与响应规律不清楚。以平煤股份十二矿超千米深己15-31030工作面为研究基地,开展了不同开采速率下超千米煤层采动应力显现规律及响应特征研究,并集成"锚杆应力-钻孔应力-钻孔裂隙窥视"等研究手段进行现场原位测试。结果表明:随着采煤工作面的不断推进,超前支承压力峰值先是交替上升,回采距离超过80 m时,由于埋深较大导致支承压力峰值增长变缓并最终在85 MPa左右波动,应力集中系数达3. 3,高于一般浅部工作面集中系数;同时上覆岩层在采动影响下形成垮落带、断裂带、弯曲下沉带的"三带"结构;其次,随着开采速度增大,超前支承压力峰值逐渐增大,峰值点距采煤工作面的距离相应减小,基本顶断裂形成的岩块长度也越长;工作面支架压力随着采煤工作面持续推进呈现出周期上升的趋势。在采动影响下,由于扰动后应力重分布及能量释放,锚杆应力呈现出先增长后降低的趋势,得出工作面采动影响范围大约为85 m,钻孔应力距采煤工作面75 m左右时进入采动影响范围开始上升,而后进入支承压力降低区,应力开始出现小幅度下降;随着采煤工作面不断推进,强烈的开采扰动导致裂隙不断发育,裂隙逐渐发育成纵横交错的破碎带,并向顶板上方发展。     

近距离煤层综采工作面侧向压力分布规律

为确定木瓜煤矿近距离煤层综采工作面区段煤柱的合理宽度,基于矿山压力与岩层控制理论,建立了侧向岩层断裂的三角块结构力学模型,确定基本顶沿工作面推进方向断裂长度和沿侧向断裂跨度为11.9 m,三角块在煤体中的断裂位置为11.5 m;同时应用数值模拟的方法,建立采场三维力学模型,得出随采场推进巷道侧向支承压力峰值为20 MPa、应力集中系数最高2.55和塑性区范围10 m左右,最终确定区段煤柱的合理宽度为18 m,经现场检验回采巷道受综采工作面采动影响小。     

大采高工作面煤柱支承压力实测分析

选用钢弦钻孔应力计对煤柱受采动过程中的应力变化进行观测。分析表明,在工作面推进过程中,靠近工作面侧46m范围内煤柱受到支承压力影响,并且呈凸台形式;52~60m范围内基本不受采动影响,并且靠近工作面46m范围内煤柱中存在一小一大两个支承压力峰值,分别位于工作面侧18m和38m处。由煤柱的边缘到深部,煤柱塑性区为0~10m,弹性区为10~50m,原岩应力区为50~60m。     

大采深综采工作面支承压力分布规律研究

以淮南矿业集团潘三矿西区1622综采工作面为例,采用理论分析和数值模拟的方法对深井综采工作面支承压力的分布规律进行研究。结果表明,支承压力随着工作面推进距离的增加逐渐增大,当推进距离达到一定数值后,增加的趋势趋于平缓;而且随着支承压力峰值点到煤壁距离的增加,峰值点向煤岩体的深部转移,支承压力的影响范围逐渐扩大。最后对工作面前方的支承压力进行观测,观测结果与理论分析和数值模拟的结果比较吻合。     

综采工作面水力超前卸压防突措施的数值分析

以徐州张集煤矿7353综采工作面现场的实测数据为基础,利用ANSYS有限元分析软件,建立了综采工作面超前水力卸压消突的力学模型,模拟了综采工作面注水前后的应力变化和煤壁挤出位移量的变化,验证了水力超前卸压后上覆岩层的应力峰值向工作面煤壁深部移动以及工作面煤壁挤出的理论.     

近距离煤层群二次采动覆岩结构演化与矿压规律

近距离煤层下部煤层开采受上部遗留煤柱影响较大,易出现应力集中、矿压显现剧烈等情况,严重威胁矿井的正常生产。本文采用数值模拟、理论分析及现场实测等方法,对极近距离煤层群二次开采时顶板结构特征、活动规律及矿压显现规律进行了研究。结果表明:下部煤层开采导致直接顶向更高更远处发展,并涵盖了上部煤层采后的直接顶及基本顶范围,形成了典型“垮落带累加”的采场覆岩结构;上部煤层开采对下部煤层起到了一定的卸压保护作用,下部煤层工作面超前支承压力峰值及影响范围减小;但上部顶板垮落压实及遗留煤柱也造成了下部煤层局部区域动压显现,对工作面回采产生不利影响。研究成果为提高资源采出率、保证生产安全提供了科学依据。