孤岛工作面近断层开采保护煤柱合理宽度留设

综合运用数值模拟、理论分析及现场实测等手段,研究了孤岛工作面近断层开采时保护煤柱采动应力分布规律。结果表明:保护煤柱宽度为35m时,采动峰值应力均向近工作面处移动;煤柱留设45m时为临界宽度,采动应力出现跳跃式增长,大于临界宽度时采动应力增幅较小。     

近断层工作面冲击地压危险性数值模拟研究

以大兴煤矿北二700工作面为工程背景,采用RFPA数值模拟软件对断层附近工作面冲击危险性进行研究。结果表明,受断层构造应力的影响,断层煤柱的应力分布呈"双驼峰"型,当工作面距离断层小于40 m时,工作面超前支承应力与断层应力叠加,断层煤柱应力上升明显,且煤柱应力随着煤柱宽度的减小逐渐增加;与煤柱应力变化规律相似,声发射事件数同样随着煤柱宽度的减小逐渐增加,因此在工作面回采过程中当煤柱宽度小于40 m时,应加强断层煤柱区域的冲击地压监测与防治工作。     

极近距离采空区下部煤层窄煤柱宽度的确定

采用数值模拟的方法,研究了极近距离煤层群下煤层工作面沿空掘巷留设不同宽度煤柱时巷道的塑性破坏、煤柱和实体煤侧垂直应力、巷道围岩变形情况。结果表明:随着煤柱宽度增加,煤柱中央的垂直应力呈现先增大、后减小趋势,其中5~7 m宽度煤柱中央的垂直应力相对较大,3~5 m宽度煤柱边缘垂直应力最小。随着煤柱宽度增加煤柱边缘垂直应力不断增大,在煤柱宽度达到7 m时最大,而实体煤侧的垂直应力相对变化不大。进一步的数值模拟研究表明,巷道的塑性破坏程度、围岩变形量在留设7~9 m煤柱时效果最佳。综合考虑得出了下煤层开采护巷窄煤柱的合理留设宽度为8 m。     

断层保护煤柱合理宽度及工作面合理宽度数值模拟研究

结合某矿井实际地质条件,运用数值模拟软件FLAC3D建立含断层的数值计算模型,分析研究了在不同宽度的断层保护煤柱和不同宽度的工作面相互组合条件下的围岩的塑性破坏情况。当煤柱宽度为60 m时,随着工作面宽度的增加,围岩塑性破坏区一直增大,在靠近断层一侧的顶板岩层塑性破坏较明显,这主要是由于断层周围的岩石比较破碎,围岩强度较低造成的。根据研究结果,确定断层保护煤柱的合理宽度为60 m,工作面的合理宽度为75 m,为断层周围煤层的安全回采提供了一定的科学依据。     

不同倾角下工作面沿正断层开采断层煤柱应力演化规律研究

以赵楼煤矿5310工作面开采条件为研究背景,采用FLAC3D数值模拟软件,建立不同正断层倾角模型,研究了工作面沿正断层走向推进过程中,断层煤柱稳定性以及应力演化规律。研究结果表明,上盘断层煤柱支承应力峰值高于下盘,受断层倾角影响较大。断层煤柱支承应力随断层倾角增大而增大,工作面前方支承应力主要集中在靠近断层一侧;下盘断层煤柱支承应力曲线在断层倾角为45°、50°时呈双峰状,在55°、60°时呈单峰状,断层煤柱支承应力峰值受断层倾角影响较小;上下盘断层煤柱宽度应不小于30m,需根据具体工程条件确定断层煤柱宽度。     

郭屯煤矿工作面正断层下盘防水煤柱留设研究

针对工作面开采引起断层活化导致的突水现象,以郭屯煤矿3301工作面向阳断层为研究背景,运用数值模拟和理论计算方法,深入分析了不同宽度正断层下盘保护煤柱应力塑性区变化规律。模拟结果表明,由于断层的阻隔性,使得超前支承应力在断层上下盘形成了“一大一小”双应力集中区域,模拟结果与理论计算得到保护煤柱为30 m,经过现场实际留设宽度对比间接验证了其可靠性。     

孤岛工作面窄煤柱沿空掘巷合理煤柱宽度确定

为了确定寺家庄煤矿15106孤岛工作面窄煤柱沿空掘巷的合理煤柱宽度,文章通过数值模拟与现场实测的方法,分析了不同窄煤柱留设宽度条件下窄煤柱的垂直应力特征及沿空巷道的围岩变形特征,最终确定了15106孤岛工作面区段煤柱的合理宽度,主要得到如下结论：随着窄煤柱宽度的增加,煤柱内部受到的垂直应力先增大后减小。当煤柱宽度为7m时,煤柱内部峰值垂直应力为50.23MPa,应力集中系数为3.52。窄煤柱宽度由7m增加至8m后,回采巷道顶板下沉量的变化差异不大,且煤柱帮移近量的变化幅度逐渐减小。最终确定15106孤岛工作面窄煤柱沿空掘巷的合理煤柱宽度为7m。经现场工程应用,巷道围岩变形较小,7m窄煤柱沿空掘巷工程取得成功。     

断层煤柱及倾角对采动应力及能量分布的影响特征

针对工作面沿正断层走向布置,建立上下盘工作面开采三维数值计算模型,模拟研究上、下盘工作面采动应力及弹性能的分布特征、断层煤柱宽度及倾角对应力场和能量场的影响规律。研究表明:正断层上盘或下盘工作面开采,断层侧工作面端头及断层煤柱上的采动应力和弹性能较高,且上盘工作面开采时更高,断层阻隔效应较为明显。随着断层煤柱宽度减小,断层对工作面采动应力及弹性能积聚的影响程度逐渐增加,断层侧工作面端头采动应力及弹性能峰值明显升高;当断层煤柱宽度由50 m减小到20 m,断层煤柱应力及弹性能不断升高,煤柱宽度减小为10m时,小煤柱承载能力及弹性能降低。随着断层倾角增大,断层侧工作面及断层煤柱采动应力及能量峰值升高,高角度断层的影响较大。断层侧巷道两帮处于采动高应力状态,积聚着较高的弹性能,回采过程中应加强巷道支护,采取必要的灾害防治措施。     

上盘采空断层下盘开采的煤柱宽度优化研究

在断层和采动影响下,下盘工作面断层侧煤柱宽度制约着工作面的安全生产。以黄陵煤矿二盘区 203下盘工作面为工程背景﹐采用理论分析、数值模拟和相似模拟相结合的方法﹐研究上盘工作面采空后﹐下盘工作面断层侧煤柱上方载荷与煤柱尺寸之间的关系﹐揭示煤柱宽度为30,26,22,20,13和6 m时的位移、应力演化及塑性区分布特征,分析煤柱宽度为30 m时的覆岩结构特征,并通过综合分析,优化了工作面合理煤柱宽度。研究表明:上盘工作面采空时,在断层和采动的影响下,随着煤柱宽度的减小,下盘工作面断层侧煤柱上方的载荷分为载荷降低区、载荷过渡区和载荷稳定区;当煤柱宽度为30 m 时,下盘工作面断层侧高位岩层出现离层,煤柱上方应力集中程度大于另一侧,承载能力强,稳定性高;当煤柱宽度减小至22 m 时,靠近断层侧的顶板最大下沉量和应力集中程度显著增大,煤柱开始发生塑性破坏,承载能力逐渐减弱﹔当煤柱宽度减小到l3 m时,断层侧塑性区向工作面两端及上方发展至贯通煤柱,煤柱稳定性较差﹔当煤柱宽度减小至6 m 时,靠近断层侧顶板最大下沉量和应力集中程度继续增大,塑性区继续发育。通过相似模拟试验研究发现,当煤柱宽度为30 m 时,顶板垮落并充填采空区,下盘工作面断层侧煤柱上方无明显变化。经综合分析,确定下盘工作面断层侧煤柱的合理宽度为 18~22 m,可提高工作面回采率,同时可保证工作面安全生产。     

构造复杂煤层工作面煤柱宽度留设研究

复杂构造煤层的煤柱宽度留设不同于普通煤层。复杂构造煤层的合理煤柱宽度是保证巷道围岩稳定和煤炭采出率的关键。本文以鲁西煤矿3_上118综采工作面和3_上116综采工作面之间的煤柱为研究对象,通过数值模拟分析了不同煤柱宽度下3_上118运输巷道垂直受力、垂直位移和煤柱受力特征。根据煤柱垂直应力、不同煤柱宽度下3_上118运输巷道垂直位移和水平位移,确定该复杂构造煤层的最佳煤柱宽度为6m。     

赵各庄矿极复杂区域保护煤柱留设数值模拟研究

针对赵各庄急倾斜、大断层和采空区下极复杂区域煤层开采中煤柱留设宽度问题,理论分析了极复杂区域煤柱留设条件:一是作为断层保护煤柱,二是作为9煤老空区保护煤柱。将断层煤柱划分为采空区一侧煤体塑性区、有效隔水煤柱的弹性区和断层处煤体裂隙带三个区域,分别计算煤柱宽度。在理论分析和数值模拟基础上,建立了极复杂区域老空区下急倾斜煤层开采保护煤柱数值模型,模拟分析了工作面无煤柱、煤柱距离32m和64m三种不同情况开采时工作面围岩应力变化、围岩位移变化和塑性破坏区等情况,直观分析解释煤柱留设的依据。结合现场地质条件,计算赵各庄3839区域煤层开采煤柱留设宽度为66.2m。     

大断面综放沿空掘巷回采时窄煤柱宽度确定研究

针对大断面沿空掘巷窄煤柱宽度确定的难题,通过FLAC3D数值模拟研究回采对不同宽度窄煤柱的变形破坏与受力分布规律,确定了窄煤柱合理宽度并成功应用于工程实践。研究结果表明:1随煤柱宽度增加,中间弹性核也在增加;2随工作面向前推进,垂直应力分布由梯形分布逐渐向三角形分布演化,超前20m是转折点,应对回风巷道加强支护;3煤柱宽度对应力分布影响较大,随煤柱宽度的减小,垂直应力分布由梯形分布逐渐向三角形分布演化;4煤柱表面向巷道内的位移随煤柱宽度的增加而缓慢增大,超前工作面5m且煤柱达到6m时,基本趋于稳定;5选择5m窄煤柱,并注浆加固,可以满足工程需要。     

大采高工作面区段煤柱合理尺寸设计

为提高大采高综采工作面的回采率,减少煤炭资源的浪费,针对李村煤矿1302备采工作面区段煤柱留设尺寸问题进行了详细分析。本文采用理论分析的方式初步得出了区段煤柱的设计尺寸为44.51 m,并结合数值模拟对不同宽度的区段煤柱回采上区段、下区段过程中的围岩塑性破坏范围与垂直应力分布情况进行了对比分析,最终得到区段煤柱的模拟边界宽度为45 m。通过分析验证了1302工作面区段煤柱的实际设计尺寸合理有效。     

基于Salamon模型的采空区应力响应特征及区段煤柱合理留设宽度研究

:针对临空巷道大变形及控制难题,以陕北某矿５－２ 煤两相邻工作面开采为研究背景,提出了通过优化区段煤柱留设宽度来减小巷道变形的方法.综合采用理论分析和数值模拟,研究了不同区段煤柱宽度下采空区应力分布特征及中部应力恢复区宽度,区段煤柱载荷分布形态及演化特征,并结合区段煤柱弹塑性演化规律,确定区段煤柱合理留设宽度.结果表明:① 双面开采后,首采工作面采空区 Salamon单元垂直应力呈不对称“马鞍形”分布,且随着区段煤柱宽度的增加,应力峰值从５．８ MPa逐步减小至３．９ MPa,采空区应力恢复区宽度从１８７m 缩减至１６２m;而临空工作面采空区Salamon单元采空区垂直应力呈“尖顶拱形”分布,峰值及中部应力恢复区宽度变化不大;② 随着区段煤柱宽度的增加,其垂直应力分布形态由“拱形”逐步演化为“马鞍形”,应力峰值由３７．１９MPa逐步减小至２８．３２ MPa,垂直应力趋于均匀化,并以弹性核区占比４０％作为煤柱临界失稳判别指标,确定区段煤柱的合理宽度为２０m,与理论计算结果基本一致.     

中厚煤层区段煤柱合理留设宽度分析

工作面开采过程中区段煤柱合理留设宽度对矿山提高回采率及巷道围岩稳定性具有重要作用。以彬长矿区某矿综采工作面区段煤柱留设为研究背景,通过区段煤柱宽度理论计算,得出煤柱宽度为7.9～9.8 m。利用数值模拟方法分别对8 m、10 m、15 m煤柱宽度条件下工作面开采过程中的煤柱垂直应力、水平应力和位移进行研究,发现从平衡应力场状态出发,留设8～10 m宽度煤柱以确保应对较长时间尺度下煤岩体非塑性状态的蠕变和流变;而从平衡后的位移场出发,选择留设8 m煤柱即可满足其变形很小且有一定有效宽度并处于良好弹性状态,同时能够发挥其对顶底板岩层的支承作用和对巷道的保护作用。综合分析相关结果并应用于工程实践中,得出了区段煤柱合理留设尺寸,为类似条件下区段煤柱的留设提供了依据。     

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。     

高应力厚煤层不同宽度护巷煤柱数值模拟研究

为研究高应力厚煤层巷道掘进过程中护巷煤柱宽度留设的问题,根据掘进工作面工程地质概况,采用FLAC~(3D)数值计算方法对不同煤柱宽度进行模拟,研究不同宽度煤柱下的垂直应力、水平应力及塑性区分布规律。研究结果表明:煤柱宽度的留设对巷道围岩应力影响较大,留设5m煤柱,峰值应力达到43.3MPa,煤柱宽度为25m时,峰值应力为27.5MPa;巷道开挖过程中,受到压应力远大于拉应力,拉应力随煤柱宽度增加"先增后减",当煤柱宽度为15m时,压应力最大,为20.7MPa,当煤柱宽度为20m时,压应力最小,为17.7MPa;煤柱宽度小于10m,煤柱整体呈塑性状态,煤柱宽度大于10 m,弹性核区宽度随煤柱宽度增大而增大。综合考虑,留设护巷煤柱最佳宽度为20m。     

缓倾斜特厚煤层区段煤柱尺寸研究

王洼煤矿11采区综放工作面地质条件相对复杂,需要确定合理的区段煤柱参数以指导现场安全生产。通过对王洼煤矿区段煤柱进行应力和钻孔窥视实测的技术手段,研究煤柱内部破坏情况。结果表明:沿煤柱走向方向上应力峰值在工作面前方10m左右,沿倾向方向上煤柱破坏区域在3m以内,在煤柱内6m左右处应力达到峰值;并通过数值模拟分析了在该生产条件下不同煤柱尺寸的应力分布规律,当煤柱宽度增加到26m时,煤柱有一定弹性核区,随着煤柱宽度的加大弹核区的宽度也逐渐增加,煤柱宽度增加到29m和32m时,已经能够保证煤柱的稳定性,巷道变形在容许的范围内。在实测和模拟相结合的基础上,综合分析得到了该区域合理区段煤柱尺寸为30m,与以往煤柱宽度相比大幅降低了煤柱宽度,提高了资源回收率。     

孤岛工作面沿空掘巷窄煤柱合理宽度确定

为了分析孤岛工作面窄煤柱合理宽度,结合某矿2102孤岛工作面工程实例,引入尖点突变模型,理论分析了煤柱合理宽度范围。建立FLAC^3D数值模型,模拟不同煤柱宽度时垂直应力分布状态及巷道围岩塑性区分布。理论计算结果表明：根据尖点突变模型,煤柱极限宽度需大于7.5 m。数值模拟结果表明：当煤柱宽度为6～8 m时,巷道处于低应力环境;当煤柱宽度大于8 m时,在煤柱内部开始出现集中应力,并且随着煤柱宽度增加,集中应力程度越明显。根据理论分析及数值模拟结果,最终确定2102孤岛面沿空掘巷窄煤柱宽度为8 m。现场布置矿压测站监测巷道表面位移及顶板离层量,巷道表面无明显变形,底鼓量最大280 mm,两帮位移量在130 mm以内,顶板下沉量在50 mm以内。顶板离层量较小,浅部离层量在5 mm以内,深部离层量在3 mm以内,能够保证工作面安全回采。     

不同推进方式下断层工作面围岩应力演化研究

基于正断层采用FLAC~(3D)研究了上下盘向断层不同推进方式开采下断层影响区工作面围岩应力演化规律,结果表明:上盘开采时工作面前方煤体垂直支撑应力峰值大于下盘工作面,不论是上盘向断层推进开采还是下盘向断层推进开采,随着工作面逐渐接近断层,断层前方煤体的垂直支撑应力先增大后减小,主要是因为煤柱较宽时能够承载工作面前方的垂直支撑应力叠加,但是当煤柱宽度减小到一定程度时,煤柱发生整体塑性破坏使得承载能力降低,同时随着工作面逐渐向断层推进,工作面端头两侧煤体的垂直支撑应力逐渐增大,成为主要承载区。