条带煤柱长期受力变形特征研究

为研究条带煤柱的长期受力变形状态,采用钻孔应力计与位移监测仪对岱庄煤矿条带煤柱进行了长期观测研究。研究表明:岱庄煤矿70 m条带煤柱分为58 m弹性核区、4～5 m塑性破坏区和1 m完全破碎区;通过对实测数据进行修正,确定了煤柱各分区的实际支撑能力,煤柱5 m深度部位的实际长期支撑能力11.896 MPa;条带煤柱中间50 m的平均长期支撑能力为29.5 MPa,承载能力大于采留尺度范围内的覆岩重量;同时冒落的矸石充填采空区,对基本顶和覆岩具有一定的支撑作用,故该煤柱是长期稳定的。     

浅埋多次采动煤柱下双巷变形特征研究

针对活鸡兔井宽煤柱下双巷因上下煤层同步开采而经历多次采动影响的问题,采用FLAC3D数值模拟及现场实测方法,对35m宽煤柱下的双巷变形特征进行研究。结果表明:上煤层工作面采后煤柱下巷道顶底板累计变形量为56mm,下煤层工作面开采后巷道受4次采动影响的顶底板累计变形量约为201mm,巷道变形速度在工作面超前15m处均开始加快,但煤柱下巷道受下煤层采动影响的变形增量大于受上煤层采动影响的变形增量。现场实测表明,经历第4次采动影响下的巷道在距离工作面15~30m处变形速度加快,最终顶底板移近量仅增加32mm,两帮移近量仅增加24mm,巷道变形量极小,可保障矿井的安全高效生产,并为类似条件下矿井的巷道维护提供借鉴。     

采动效应下煤层底板变形破坏数值模拟

通过分析黄陵二矿2煤层地质条件,在获取力学参数的基础上,以203工作面开采为工程背景,利用FLAC~(3D)模拟软件,结合软件本身内嵌的FISH语言操作指控,对黄陵二矿203工作面底板进行数值模拟。结果表明:随着回采工作面的不断推进,回采工作面两端的煤壁处出现应力集中现象,应力集中系数最大达2.16。底板变形随着距离底板深度的增加而逐渐降低,最大变形量达2.1 m;煤层底板最大破坏深度位于回采面两端位置处为21 m,与经验公式对比误差在0.8%~2%之间,且与203瓦斯异常涌出点垂深位置相吻合,说明模拟结果相对真实可靠。     

采动变形模拟试验台

介绍了采动变形模拟试验台的组成，功能及其稳定性。     

采动效应下煤层底板变形破坏数值模拟北大核心

通过分析黄陵二矿2煤层地质条件,在获取力学参数的基础上,以203工作面开采为工程背景,利用FLAC^(3D)模拟软件,结合软件本身内嵌的FISH语言操作指控,对黄陵二矿203工作面底板进行数值模拟。结果表明:随着回采工作面的不断推进,回采工作面两端的煤壁处出现应力集中现象,应力集中系数最大达2.16。底板变形随着距离底板深度的增加而逐渐降低,最大变形量达2.1 m;煤层底板最大破坏深度位于回采面两端位置处为21 m,与经验公式对比误差在0.8%~2%之间,且与203瓦斯异常涌出点垂深位置相吻合,说明模拟结果相对真实可靠。     

采动影响下双巷掘进煤柱承载特征研究

双巷掘进区段煤柱需要经历掘进扰动、本工作面一次采动和下工作面二次采动的全动压影响,其稳定性对保护巷道稳定起至关重要的作用。以某矿3106回风巷和3107进风巷双巷掘进为背景,采用FLAC~(3D)有限元软件建立数值模型,分析了4 m、6 m、8 m和12 m四种宽度煤柱在全动压影响过程中的塑性区和应力演化特征。结果表明:二次采动影响后,4 m煤柱丧失承载能力,6 m、8 m煤柱进入塑性区成为塑性承载煤柱,12 m煤柱中间存在弹性核为弹性承载煤柱。因此,确定双巷掘进的合理煤柱宽度应大于6 m,保证煤柱在经历二次采动影响后仍然具有承载能力,确保巷道稳定。     

重复采动下煤矿采动活跃区地面井变形特征研究

为解决采动影响下的采场覆岩运动,尤其是重复采动影响导致地面井断孔率较高的问题,以分层开采条件下的工程环境为基础,通过建立平面相似模型,进行煤层的分层开挖、采场覆岩的剪切滑移和离层位移对地面井监测线的影响的连续监测,获得了地面井在重复采动影响下的变形特征:采动区地面井在重复采动影响下剪切变形呈现出"增大→减小→增大→减小"的反复错动的活动特征且下分层开采后地面井剪切滑移量较上分层开采后增大了30.12%;离层拉伸变形呈现出"增大→增大→增大→增大"的持续增加的活动特征且下分层开采后地面井离层拉伸变形与采厚比较上分层开采后增大了29.8%。同时,针对地面井变形规律提出了井身强化设计的防护思路。     

条带煤柱的受力观测与分析

通过对韩桥煤矿建筑群下多煤层条带开采工作面的条带煤柱受力观测，分析了条带煤柱的受力状况，得出了条带煤柱的强度和稳定性足以能长期有效地支撑上覆岩层，达到减小地表移动变形，保护地面建筑物的目的。     

复采条带煤柱沿空巷道锚杆支护数值模拟研究

采用FLAC5.0有限差分软件,对复采条带煤柱沿空巷道锚杆支护围岩变形规律进行了数值模拟。通过对沿空掘巷前后地层应力、围岩位移及状态的系统分析,结果表明:锚杆支护加固了围岩,明显提高了围岩强度和承载能力,在巷道掘进及工作面回采期间,巷道围岩受力及变形能满足矿井安全生产的要求。     

条带开采工作面煤柱稳定性模拟研究

以钱家营煤矿16~#煤村庄下压煤部分为研究对象,通过UDEC数值模拟,计算了煤柱的塑性区大小及垂直应力,确定了条采工作面采40 m留设30 m煤柱。研究表明,地表变形在预测范围以内,节约了大量地面拆迁费用,同时提高了对压煤的回收率。     

深部条带煤柱蠕变支撑效应研究

为研究深部条带煤柱蠕变支撑效应,对岱庄煤矿3上煤进行了蠕变试验.以试验结果为基础,采用LS-DYNA数值方法分析了深部煤柱的蠕变支撑效应.结果表明,该煤岩环向起始蠕变应力3.061 MPa,远远低于轴向起始蠕变应力7.020 MPa;蠕变强度为9.327 MPa,蠕变系数为0.647;结合蠕变试验结果,采用LS-DYNA可以较好的模拟深部条带煤柱的蠕变支撑效应;模拟的条带煤柱呈现出明显的流变性,在工作面开采后煤柱状态仍然会发生较大变化;在上覆岩层的作用下,该煤柱变形在15～16个月后不再变化,煤柱能够保持长期稳定状态.     

条带开采煤柱稳定性数值模拟研究

为了研究条带开采过程中煤柱的稳定性,借助于数值模拟软件FLAC3D,对条带开采过程中不同开采宽度和留设宽度下煤柱内应力和塑性区分布情况进行了研究,研究结论对煤矿的条带开采优化设计有一定的指导意义。     

采动条件下煤层底板变形破坏特征研究

采用相似材料模拟试验方法,重点研究了煤层底板的应力和变形随工作面开采的变化规律,得出煤层底板应力与变形具有采动差异效应和这种采动差异效应是底板岩层破坏裂隙产生拉剪复合破坏的力学机制的结论;采用理论分析方法,对采动影响条件下煤层底板破坏程度进行了分析,得出煤层底板破坏深度与岩层内摩擦角φ、岩层单向抗压强度σc、最大应力集中系数n和开采深度H之间的关系,在此基础上,提出了降低底板岩层破坏的措施。研究结果可为煤矿的安全开采和矿井水防治提供科学依据。     

重复采动下覆岩变形数值模拟

基于该煤矿的地质资料,采用FLAC~(3D)[1]数值模拟软件建立该煤矿的双煤层重复采动的数值模型,模拟研究覆岩的变形情况,并分析上部覆岩在重复采动过程中垂直应力的变化情况[2]。模拟结果表明:重复采动可重复扰动覆岩稳定,加剧覆岩变形破坏,并引起原覆岩裂隙的再发育,进而可能形成瓦斯和地下水的导通通道,危及煤炭安全生产;另外,重复采动使覆岩的垂直应力减小,变形更加明显,裂隙发育速度更快。     

复合采动条件下采动边坡变形破坏研究

随着矿山开采逐步发展,井工开采会对边坡原有平衡状态造成破坏,从而使边坡稳定性降低,在此基础上采用相似模拟试验对复合采动下采动边坡变形破坏进行研究。研究结果表明:在井工开采掘进情况下,4~#矿层的初步来压步距、垮落高度、垮落角,还有9~#矿层的初步来压步距、垮落高度、垮落角,符合实际工程状况;随着4~#矿层采掘长度的加大,坡体内部覆岩在不同作用力下沉降也在不断加大;随着9~#矿层采掘长度的不断加大,坡体沉降和塌陷也在不断加大。     

动载荷作用下煤柱的动态损伤数值模拟

基于LS-DYNA有限元分析软件,采用岩石HJC本构模型,对煤柱单轴压缩试验进行数值模拟。LS-DYNA模拟再现了煤柱动态损伤过程。结果表明,煤柱受动载荷越大,破坏越严重,煤柱从中部开始破裂,受载面一端破裂较严重;煤柱开始破裂时所受应力为0.1 MPa,破裂过程中所受应力为5 MPa。煤柱的总能量随所受动载荷的增加而增加,煤柱的总能量在冲击载荷瞬间达到最大值,破坏过程中总能量趋于稳定。煤柱四周越接近载荷面的地方其沿z轴方向应变变化越大;煤柱受动载荷越大,应变变化越大。     

采动影响下天然气管道变形演化模拟试验研究

研究煤与天然气共采区域内天然气管道变形、破坏及失效模式,可准确地预测和修正采动影响下管道变形位臵、确保油气工程的安全稳定。结合某煤矿21102工作面沉陷区参数,设计塌陷土体中管-沙相互作用试验装臵,模拟管道在采动影响下应变演化规律,运用ABAQUS软件对管道受力特征进行分析。结果表明:塌陷区边缘管道主要发生斜向拉伸变形、中部管道主要发生弯曲变形,二者是管道发生破坏的主要原因;塌陷区内管道的受力状态以塌陷中心为原点呈现对称性;塌陷区边界至塌陷区中心内的管道受力状态以管道下沉曲线的拐点为原点呈现反向对称性,拐点所在垂线为塌陷区中部和边缘的分界线;管道底部和顶部的应变分布大致呈现镜面对称性。     

大型断层采动活化特征及对断层防水煤柱影响模拟研究

含、导水的大中型断层对于煤矿安全生产往往产生较大的危害,一般采用留设防水煤柱的方法加以防治。在采动条件下,断层会产生不同程度的活化,对防水煤柱的安全性造成一定的影响。通过对新集一矿F10断层水文工程地质条件分析,利用FLAC3D数值模拟软件,模拟工作面顺、逆断层开采时,断层带及两盘岩层位移、应力分布状态,分析两盘岩层移动、破坏特征及其对防水煤柱的影响。模拟结果表明,当上盘煤层开挖距断层15 m时,断层面两侧应力和位移发生差异性变化,存在"活化"趋势,对防水煤柱的影响较小,不会影响其安全性。当下盘煤层开挖距断层25 m时,断层发生明显变化,塑性带范围向上扩展到断层对盘岩层,存在明显的"活化"现象,对防水煤柱的影响较大。     

采动影响下煤柱巷道布置优化研究

为进一步研究厚煤层上区段工作面回采后巷道的布置层位和护巷煤柱的宽度,以山西省某矿6208运输巷为工程背景,采用理论分析和数值模拟相结合的方法。在采动影响下,理论计算煤柱宽度的值为7 m并分析煤柱应力分布的特点。利用UDEC数值软件模拟分析不同煤柱宽度下,巷道分别沿煤层顶板、底板掘进布置时其顶底板、实体煤帮、煤柱帮以及巷道一侧煤柱内部的变形和应力分布规律;得出巷道层位不同,最优的煤柱宽度也不同。相比宽煤柱下,窄煤柱对煤柱巷道具有相当的稳定效果,更有利于煤炭资源的节约和回收。在可允许变形条件下,最终确定试验巷道沿煤层底板掘进,其护巷煤柱宽度为7 m,围岩控制效果良好。     

大采深厚煤层条带开采覆岩及煤柱移动变形规律研究

分析了大采深厚煤层条带开采的采动覆岩与地表移动变形机制,结合鹤壁九矿二五采区条带开采实例,通过相似材料试验模拟,揭示了大采深厚煤层条带开采上覆岩层的破坏过程及移动变形规律,研究了煤柱压缩量和地表下沉系数的影响因素及其变化规律。