不同侧压系数对动载诱发巷道底板冲击的影响

为了探讨侧压系数对动载诱发特厚煤层巷道底板冲击的影响,使用岩体力学和FLAC2D有限差分数值模拟软件研究了不同侧压系数作用下应力波诱发特厚煤层巷道底板冲击的动态响应规律及显现过程.研究表明,动力扰动的作用是使处于极限应力下的煤体应力增加并打破平衡状态从而诱发底板冲击;动载作用下,随着侧压系数的增加巷道底板的临界水平应力值和最大应力差呈线性增加,底板最大垂直位移在λ＜2.0期间呈非线性增加,在λ＞2.0后出现微降,说明底板失稳难易程度与底板冲击显现强度不完全呈正相关;底板冲击的显现过程是底板的水平应力瞬间达到临界水平应力,底板塑性破坏区域扩大,致使弹性能瞬间释放,最终导致底板垂直位移发生突然增大产生冲击.研究成果为探索底板冲击机理及防治提供借鉴.     

动载扰动诱发底板冲击矿压演化规律研究

为了研究动载作用下底板冲击矿压的演化规律,采用理论分析和数值模拟的手段研究了动应力波作用下巷道底板煤体的应力和位移等参数的响应特征,揭示了动载扰动诱发底板冲击的原因和显现过程。研究结果表明:动应力和巷道底板的高水平应力叠加使底板煤体达到或超过强度极限发生屈曲失稳和变形,并且应力波入射到底板表面反射形成拉应力导致底板发生层裂破坏,在这过程中破坏范围逐渐扩大,导致底板冲击。动载作用过程中底板煤体的水平应力、垂直应力、应力差先上升后瞬间大幅度降低,同时底板煤体拉伸破坏的层裂破坏范围和垂直位移瞬间增加,在此过程中,底板水平应力集中现象逐渐消失。     

向斜构造区巷道底板冲击机理与防治

以某矿N_2105工作面回采过程中进风巷穿过向斜构造区发生的2次底板冲击为研究对象,理论分析了巷道底板失稳破坏机理,并数值模拟了水平应力集中系数与底板塑性区的变化关系。研究结果表明:水平应力集中系数越高,底板越容易产生滑移变形鼓起;底板的冲击破坏是动静载叠加引起的;煤体大直径钻孔卸压能够有效卸压,从而抑制巷道底板冲击。     

冲击地压条件下华亭煤田底板稳定性分析

为了研究冲击地压条件下巷道底板的稳定性,通过对华亭煤田底板冲击型冲击地压进行实地监测,发现华亭煤田底板应力受开采活动影响较大;采用中厚板理论对巷道底板进行分析,认为其在不稳定应力下的变形为非协调变形,在这种情况下底板存在较大的失稳可能性;运用突变理论对底板的稳定性进行分析,得到了底板失稳的关键判据。计算结果表明华亭煤矿250104工作面底板在开采扰动下会产生结构性失稳,而陈家沟煤矿8512工作面底板结构较为稳定,受到扰动时较不容易发生结构性失稳,和实际情况相吻合。     

褶皱区底煤厚度对动载诱发巷道底板冲击的影响

为了探讨褶皱区不同底煤厚度对动载诱发巷道底板冲击的影响,使用岩体力学和FLAC2D有限差分数值模拟软件研究了不同底煤厚度作用下应力波诱发特厚煤层巷道底板冲击的动态响应规律。研究表明,动力扰动的作用是使处于极限应力下的煤体应力增加并打破平衡状态从而诱发底板冲击;动载作用下,若底煤下方为厚度较大的坚硬粗砂岩,当底煤厚度d3 m时,当受一定强度应力波扰动时并不失稳;当底煤厚度d≥3 m时,底板容易受扰动失稳,且底板冲击显现强度呈缓慢增加;首次冲击失稳后,二次冲击矿压危险性降低。     

采动影响下底板暗斜井的破坏机理及其控制

针对采动影响下底板巷道围岩出现的大变形失稳及屡修屡坏的控制难题,综合现场调研、理论分析、数值计算及井下试验与实测等方法,对采动条件下底板应力的分布和传播规律及其与巷道围岩应力的关系、底板暗斜井受回采过程扰动的动态变形破坏特征、底板巷道的失稳机制及控制方法进行了系统研究。结果表明,围岩应力分布受超前支承压力在底板中传递的显著影响是底板巷道变形破坏的根本原因。在采动加卸载作用下,底板水平应力增量与垂直应力增量的异步变化引起围岩帮部的环向应力激增并破坏造成顶底板临空宽度的加大,进而导致顶板破断和严重底臌。采用高阻可让压锚索减小顶底板的临空宽度、抑制底臌大变形,提出了锚网索+注浆+底板锚索的控制方法。对江西高坑矿底板暗斜井进行了现场支护试验,围岩控制效果良好。     

大断面回采巷道层状底板底臌机理及其防治对策

为研究大断面回采巷道底臌机理并寻求控制底臌的有效对策,通过对大断面回采巷道层状底板底臌机理进行理论推导,提出该类底板底臌的预测方法。结果表明:随着回采巷道底板断面的增大,岩梁的临界应力逐渐减小,更易失稳破坏;在水平力的作用下,几乎所有大断面回采巷道均受到底臌的威胁;随着巷道宽度的增加,底臌量大致呈线性增加。同时对巷道一般支护、加固巷道帮角和顶板及在加固巷道帮角和顶板的基础上安装底板锚杆的3种支护方案分别进行数值模拟,发现加固巷道帮角和顶板的同时安装底板锚杆可更好的防治底臌。     

封闭柔性支护结构对底板冲击矿压的抑制机理

针对底板破坏型冲击矿压的巷道支护问题,采用理论分析和数值模拟的方法研究了锚网与"O"型棚联合支护形成的封闭柔性支护结构对底板型冲击的抑制作用。研究表明:相同采掘地质条件下,采用封闭柔性支护结构的巷道和采用其他支护形式的巷道一样,底板存在高水平应力集中现象,具有冲击危险性,在动载扰动作用下,底板垂直位移瞬间增大,水平应力降低,发生了底板冲击显现;而与其他支护形式的巷道不同的是冲击后没有发生严重的底板破坏,而是以巷道围岩的径向变形为主,位移量也相对较小。说明封闭柔性支护结构虽然不能完全消除冲击危险,但可以降低冲击的显现规模和程度。研究成果对类似矿井的冲击危险巷道支护具有借鉴意义。     

临空留巷底板冲击地压启动区判定与分步防治技术

以山西余吾煤业N2105工作面回采过程中临空留巷底板冲击地压为工程背景,理论分析底板冲击地压可能的冲击启动区及主导应力源,采用数值模拟追踪煤层开挖后侧向煤柱及留巷围岩各向应力、位移的演化过程,建立采空区影响下留巷底板水平应力演化模型并进行验证。基于临空留巷底板冲击地压主导力源判定及能量传递过程分析,提出该类底板冲击地压分步防治关键技术,并进行现场应用。结果表明:煤层开挖后中,临空留巷底板在破坏深度范围内存在"卸压通道"机制,临空煤柱垂直应力不断增长的同时,留巷底板水平应力通过"卸压通道"释放,释放程度与该通道宽度呈正相关。临空煤柱帮内弹性核区为留巷底板冲击地压的冲击启动区,其不断增长的垂直应力为主导载荷源,而非留巷底板水平应力。为阻止该类底板冲击地压发生启动,关键在于削弱采空区侧向顶板压力传递作用及煤柱弹性能积聚水平,弱化留巷底板只能缓和冲击显现强度,非对称支护对留巷围岩变形破坏特征的适应性更强。     

构造应力影响下巷道底板冲击破坏与防治研究

余吾煤业N2105工作面回采过程中进风巷道发生了2次严重的冲击地压事故,通过分析2次冲击地压事故的位置,运用FLAC~(2D)数值模拟软件研究了构造应力系数对巷道底板塑性区的影响范围,并结合工作面安装的微震监测系统的数据对模拟结果进行了验证,提出了采取巷帮煤体大直径钻孔的方式来降低和预防巷道底板冲击的发生。研究结果为褶皱构造区工作面巷道的稳定维护提出了一种新的监测和防治思路。     

煤矿巷道底鼓数值模拟及割槽技术

以新疆四棵树煤矿的三矿A504综采工作面的沿空巷道底鼓为例,运用数值模拟方法,分析巷道底板岩层位移和应力分布的特点,确定其底鼓类型兼有剪切错动型与挤压变形,主要原因为巷道两侧高集中应力、高水平构造应力和完整的巷道底板岩层。在此基础上,通过正交实验进行巷道底板割槽方案设计,选择合理、有效的割槽宽度和深度,解决巷道底鼓问题。     

复杂围岩大断面回采巷道底鼓控制研究

 底鼓是复杂围岩环境下巷道破坏的主要特征之一。采用有限差分软件FLAC3D对清水营煤矿110202工作面辅助运输巷道底鼓进行模拟,分析其位移、应力分布特征,得出其底鼓力学机理：巷道开挖后,在巷道顶板中形成拱形承载结构,上覆岩层重量通过拱形承载结构传递到巷道两帮,在两帮产生应力集中,在两帮垂直集中应力的约束下,底板受水平挤压作用形成主被动塑性区,当底板塑性区围岩压力大于围岩强度时,巷道底板发生应力失稳,产生底鼓。提出复杂围岩环境下巷道底鼓控制的“顶板—两帮—底板”系统结构支护方式,试验结果表明该支护方式取得了良好的底鼓控制效果,取得了显著的经济和社会效益。     

构造应力影响下半煤岩巷底鼓机理及防治技术

以曙光煤矿集中轨道巷为工程背景,分析了围岩性质、构造应力和水理作用对底鼓的影响。结合数值模拟和工程实践分析了底板无支护时,水平应力作用下巷道周边应力分布及塑性区发育情况,阐述了巷道底鼓机理并提出治理巷道底鼓的措施,通过优化现有支护参数,提高顶板及两帮煤体的承载能力;消除水对底板的影响;增强底板岩体的强度,减少底鼓变形量。     

深部软岩巷道底鼓机理与控制技术研究

2#辅助运输石门底鼓严重影响矿井建设与生产运输。通过现场调研、理论分析与室内试验,发现巷道埋深大,水平构造应力高,致使无支护的底板围岩产生挤压变形。设计了反底拱+底角锚杆耦合技术的治理方案。     

沿空留巷底板变形力学分析及底臌防控

上覆岩层垮落产生的动载荷通过巷帮煤体、巷内支护体以及巷旁支护体传递给底板,造成工作面后方一段距离的沿空留巷底臌变形加剧。为了控制上覆岩层垮落引起的底臌变形,在分析沿空留巷力学环境的基础上,建立底板力学模型,计算出沿空留巷煤帮弹性压缩区、塑性区、破裂区的宽度,以及煤帮对底板的作用力。应用关键层理论,确定顶板硬岩层位置及其破断顺序,以及垮断极限层的层位;采用顶板载荷条带分割法,计算出巷旁支护体对底板的作用力,并引入等效载荷的概念,构建底板等效载荷分布力学模型,将沿空留巷底臌与上覆岩层垮落紧密联系起来,分析上覆岩层垮落对底板的受力及变形影响,推导出底臌变形计算式。研究结果表明:上覆岩层垮落引起的底臌主要是由于塑性区煤体和巷旁支护体下方底板岩层高应力压剪破坏,以及巷道底板和采空区底板在强卸荷条件的拉伸破坏共同影响造成的。基于此,提出了降低塑性区煤体和巷旁支护体传递给底板的作用力,提高采空区冒落矸石对底板的作用力,防止巷道底板岩层拉伸破坏,巷旁支护体宽度、刚度与底板岩层强度相匹配等底臌防控措施,并应用于工程实践。     

回坡底煤矿工作面运输巷复合型底鼓机理研究

以回坡底煤矿11-1021工作面运输巷为研究对象。利用半平面无限体理论对11-1021巷上方10号煤层孤岛煤柱对底板岩层的应力集中进行了研究。根据11-1021巷底板岩层的实际情况,发现11-1021巷的底鼓类型为挠曲褶皱性+挤压流动性的复合性底鼓,其底鼓机理较为复杂,对11-1021巷的复合型底鼓进行了具体分析。研究结果表明:孤岛煤柱造成的应力集中使得11-1021巷的水平应力达到19.6 MPa,较大的水平应力作用是巷道发生底鼓现象的原因之一。对于11-1021巷直接底的0.8 m铝质泥岩底板,根据压杆稳定理论得到失稳的临界应力为17 MPa,因此直接底会发生失稳鼓起。而对于11-1021巷厚度较大的基本底,利用滑移线理论计算得两帮处的支承压力峰值超过了底板岩层的极限承载力,会产生挤压流动性底鼓。同时,靠近孤岛煤柱一侧的支承压力峰值更大,在底板会形成较大区域的滑移线场,从而使巷道底鼓出现非对称性,并在远离孤岛煤柱一侧的底鼓量更大。     

构造型近距离煤层群底板瓦斯抽放巷控制机理与应用

针对构造型近距离煤层群的地质条件,建立了构造区底板瓦斯抽放巷屈曲破坏的力学模型。通过计算得出结论：当巷道顶底板所受轴向压力大于0.8倍使梁达到屈曲的最小轴向压力时,变形明显增大;顶底板变形破坏导致两帮出现压缩破坏;巷道围岩破坏的发展与支承压力转移程度密切相关。结合力学分析、理论研究和矿井巷道围岩与开采环境条件,提出了底煤层开采动压产生裂隙导通上煤层瓦斯通道的底板瓦斯抽放巷控制机理与支护新技术,确定近距离煤层群两工作面巷道的相对距离为35 m,达到了近距离煤层群巷道掘进与工作面开采的瓦斯立体抽采的要求,既控制了瓦斯浓度,实现了安全开采,又保证了民用瓦斯用量。