柱式采空区上行开采数值模拟研究

针对神广煤矿5-2煤房式开采后4-2上、4-3煤上行开采安全生产问题,首先通过理论分析对4-2上、4-3煤上行开采可行性进行了初步论证|然后采用3DEC离散元软件建立了三维数值模型,分析了5-2煤房式开采对上部4-2上、4-3煤整体性和连续性的影响|研究了4-2上、4-3煤开采对层间岩层及5-2煤采空区留设煤柱稳定性的影响规律。结果表明：4-2上、4-3煤的比值K分别为33.07、23.46,均大于临界值7.5,5-2煤采空区煤柱的极限承载强度为7.84MPa|5-2煤开采后,4-2上和4-3煤整体性和连续性保持完好|4-2上、4-3煤层上行开采使得层间岩层应力降低,位移减小,且未对层间岩层及5-2煤采空区留设煤柱造成破坏性影响,层间岩层矿压显现不明显。理论分析与数值模拟结果表明神广煤矿4-2上、4-3煤满足上行开采条件。     

急斜煤层初次破断后基本顶稳定性分析

针对急斜煤层水平分段综放开采的特点,将沿倾向初次破断后的基本顶视为三边固支一边自由,受纵横载荷共同作用的斜置矩形板力学模型.应用Kirchhoff薄板理论,考虑中面内力对弯曲的影响,运用能量法得到了顶板挠度的解析表达式.探讨了基本顶的挠曲变形特征,分析了煤层倾角、水平分段高度和基本顶厚度对挠曲变形的影响.研究发现：在急斜煤层岩层控制中,煤层倾角存在介于55~65°之间的临界区域,据此可推断在上覆岩层中是否存在“上三带”（危险性离层带）;通过选取合理的水平分段高度,尽可能满足生产的需求,又可有效地控制顶板的变形;顶板厚度大于4 m可作为急斜煤层关键层的几何特征.结合新疆六道湾煤矿的具体开采情况,验证了模型和结论的合理性.     

急斜水平分段放顶煤放煤实验研究

本文分析了急斜煤层顶煤放出过程与缓斜煤层的不同，应用模拟急斜煤层顶煤放出的专用模拟实验架，时急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采破碎顶煤的放出进行了实验研究，着重探讨了急斜煤层破碎顶煤的放出规律，以及在保证合理采出率前提下提高产量效益的技术途径。认为在煤层倾角较大的煤层，应适当提高分段高度。     

加载速率影响下的岩石尺寸效应及声发射特征

为研究岩石在不同加载速率条件下岩样尺寸对峰值强度、声发射时空特征等力学性质的影响,采用数值模拟和数据拟合相结合的分析方法,对5组不同高径比试件进行了不同加载速率条件下的单轴压缩模拟试验。结果表明:岩石峰值强度与加载速率呈正相关,与岩样高径比呈负相关,两者关系均可用关系式进行表述。不同高径比试件加载速率对岩石尺寸效应起主导因素,当L/D≥2时,岩样尺寸效应逐渐减弱;同时岩石在不同加载速率条件下对声发射影响也比较显著,当试样高径比L/D≤2时,声发射数在峰值强度后较多,整个过程中声发射数先逐渐增加后逐渐减少,呈现出渐进型变化规律;当L/D2时,声发射数较少,在峰值强度之后出现很明显的声发射事件,属于突跃型变化规律,对利用声发射特性预测不同尺寸岩样单轴压缩破裂来临有一定的参考意义。     

急斜水平分段放顶煤放煤实验研究

本文分析了急斜煤层顶煤放出过程与缓斜煤层的不同,应用模拟急斜煤层顶煤放出的专用模拟实验架,对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采破碎顶煤的放出进行了实验研究,着重探讨了急斜煤层破碎顶煤的放出规律,以及在保证合理采出率前提下提高产量效益的技术途径。认为在煤层倾角较大的煤层,应适当提高分段高度。     

浅埋区小煤矿发展长壁开采的技术途径

小煤矿必须采用能够形成负压通风的壁式采煤方法, 是国务院安全生产委员会的规定。在总结陕北煤田小煤矿开采浅部煤层经验的基础上, 建议将落后的房柱式改革为长壁留煤柱支撑法开采, 以较大幅度提高采出率。长壁留煤柱支撑法开采的关键技术是区分两类不同性质的煤柱, 即区内煤柱和区域间的隔离煤柱。区内煤柱是指在小区域开采期间暂时保留在区内的煤柱, 其作用仅仅是保障在区内开采时的顶板安全, 而在小区域开采结束后能够适时垮落。为了防止顶板事故, 需要进行有效监测, 提出了监测方法的技术基础。     

冻融循环作用下注浆裂隙岩体微观孔隙演化规律及剪切力学行为研究

为研究冻融循环作用下注浆裂隙岩体的微观孔隙演化规律及其剪切力学响应,选用普通水泥(P型)、超细水泥(C型)及环氧树脂(H型)3种注浆固结体试样,进行冻融循环、核磁共振(NMR)及剪切试验,分析冻融循环过程中浆-岩界面层表观、微观孔隙结构变化特征及其剪切力学特性,研究宏微观多尺度注浆固结体破坏机制。结果表明:(1)随冻融循环次数增加3类试样均出现不同程度颗粒剥落、脱落及开裂现象,P型浆-岩界面层冻融劣化程度最为严重,其次为C型,H型表现最好;(2)3类试样浆-岩界面层核磁共振T₂谱曲线演化趋势相近,且随冻融循环次数增加呈右移趋势,初始孔隙大小表现为P型>C型>H型,在冻融循环过程中,孔隙孔径表现出由微孔向介孔、介孔向大孔演化的特征。(3)浆-岩界面层的冻融劣化主要由内部水分在循环温度作用下的固液相变及迁移引起的,且注浆材料的不同对浆-岩界面层冻融劣化程度有较大影响。(4)3类试样整体剪切应力-应变曲线趋势接近,但剪切强度(τ_p)和剪切刚度(K_S)大小分别为H型试样最大,其次为C型,最小为P型,且3类试样τ     

冲击荷载作用下煤岩动力特性试验研究

为研究陕北地区硬质煤岩的动态力学性能,利用应力加载系统和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对煤岩试件进行了基础的动、静力学特性试验,研究了其破坏机理。结果表明:静载作用下,煤岩试件多为单一裂纹破坏;而动载作用下,破坏形式比较丰富,如低应变率时的劈裂破坏和较高应变率下的压碎破坏;弹性模量与峰值应力的率相关性显著,而峰值应变的率相关性较弱;在动态加载方式下,由于加载速度过快,试件内部孔隙、裂隙、颗粒间距等缺陷闭合压实时间过短,宏观上表现为应力-应变曲线压密段缺失。     

急斜近距煤层联合开采矿压显现规律

乌鲁木齐矿区赋存有30多层急斜煤层,其中南区的B7～B34就有多组近距离煤层,一直是开采的难题。近年在这类煤层发展了近距煤层联合布置水平分段放顶煤开采,本文介绍了矿山压力观测的主要成果,并通过三维数值模拟,对围岩应力进行了初步分析。     

浅埋煤层长壁留煤柱开采方法的有限元分析

针对陕北府谷县郭家湾煤矿的浅埋煤层开采，通过对开采方法的研究，采用有限元仿真试验模拟方法，对实际采用的隔离煤柱和区内煤柱留设的不同方案进行了计算模拟试验，研究了采场煤柱群及上覆岩层的稳定性，探讨了造成大面积垮落灾变的机理，为陕北浅埋煤层以及西部类似条件下中小矿山合理、安全、经济的开发提供了重要的参考依据。