大倾角大采高工作面煤壁应力分布及变形特征研究

大倾角大采高工作面煤壁力学环境复杂,煤壁极易失稳,为更好防控煤壁失稳,亟待弄清工作面煤壁力学、形变特征。采用现场实测、数值计算、理论分析等方法对25221大倾角大采高工作面煤壁力学、形变特征进行分析。结果表明:超前支承压力在空间上以非对称拱壳形态作用于大倾角煤壁,在工作面走向以曲线形式逐渐降低;非均匀性超前支承压力使煤体发生非对称形变,水平位移量在工作面前方约0~13m范围内表现为中部下部上部,13m后则表现为中部上部下部,垂直位移在0~14.48m范围内表现为下部上部中部,14.48m之后位移量表现为中部下部上部,中部位移变形量最大,则中部区域煤壁失稳几率最大;采高增大,超前支承压力集中程度,煤体形变、位移量及大变形范围都会增大。     

大倾角大采高综采工作面煤壁非对称受载失稳特征

煤壁片帮是大倾角厚煤层综采亟待解决的关键问题之一,以2130煤矿25221大倾角大采高综采工作面为研究背景,采用理论分析、数值计算、物理相似材料模拟实验和现场监测相结合的综合研究方法,系统研究了大倾角大采高综采工作面煤壁的受载与失稳特征。结果表明,在大倾角大采高煤层开采中,受采高增大影响,围岩运动的幅度和剧烈程度较一般采高大倾角煤层开采时明显增大,覆岩垮落充填的非均匀特征进一步增强,煤壁支承压力的非对称特性亦明显增大;采动过程中煤壁的力学性质逐步劣化,伴随着裂隙的扩展、演化和贯通,煤壁开裂并形成滑移体,当滑移体周围约束解除或支承压力增大时,滑移体沿滑移面滑移,形成煤壁片帮;在工作面倾向,中部区域是煤壁片帮的高发区域,上部次之,下部最少,与煤壁的非对称受载特征相吻合;在垂直煤层方向,煤壁变形亦非对称,煤壁位移量中上部大于下部,靠近顶板区域易发生煤壁片帮;在煤壁重力倾向分量影响下,煤壁片帮易向倾向上部煤体蔓延。基于上述分析,并结合2130煤矿25221工作面的生产实际,提出了大倾角大采高综采工作面煤壁片帮防治措施。     

煤体强度及倾角对大采高煤壁稳定性的影响研究

运用弹性力学理论分析了大采高工作面煤壁失稳机理,建立了大采高工作面的失稳判别准则。应用PFC模拟了不同煤体强度条件下煤层倾角对大采高煤壁稳定性的影响,发现工作面俯仰角对煤壁稳定性的影响随着煤体强度的增加而减弱,但对煤壁失稳形式影响较小。     

大倾角煤层大采高工作面倾角对 煤壁片帮的影响机制

以新疆焦煤集团2130煤矿大倾角大采高工作面为工程背景,采用现场监测、理论分析与数值计算等综合方法,分析了煤壁片帮的主控参量,建立了倾向煤壁岩梁力学模型,揭示了工作面倾角对煤壁片帮的影响机制,研究表明:工作面倾角、采高、推进速度、支架阻力、煤体内聚力及内摩擦角等是大倾角大采高工作面煤壁片帮的主控参量,受工作面倾角影响,煤壁支承压力沿倾向非对称分布,导致煤壁变形(挠度)呈现出非对称特性,在工作面中上部区域(约0.66L处)煤壁岩梁变形最大,随工作面倾角增大,煤壁处垂直应力值不断增加,工作面上部区域煤壁向采空区方向水平位移不断增大,且向倾斜上部转移,煤壁片帮概率增加,易发生片帮区域面积增大。     

大采高综采工作面煤壁应力及稳定性研究

利用煤壁力学模型,分析工作面前方支承压力与煤层压缩角之间的关系,结合成庄矿4322工作面的实际情况,研究大采高综采工作面煤壁应力,计算得出煤壁上的应力为15.0 MPa,工作面前方支承压力峰值为22.6 MPa,煤壁极限平衡区宽度为16.4 m。利用数值模拟软件FLAC3D,求解工作面回采150 m后煤壁的应力,以验证理论计算结果,通过分析工作面中部和端头煤壁的塑性破环范围,研究4322工作面煤壁稳定性。结果表明:工作面两端头煤壁比中部煤壁容易发生片帮。根据工作面前方支承压力分布规律和煤壁前方塑性区范围,研究大采高综采工作面煤壁片帮机理,提出煤壁片帮防治措施。     

大倾角煤层长壁大采高工作面煤壁稳定性的采厚效应

煤壁片帮是制约大倾角煤层大采高工作面安全高效开采的主要灾害之一,为分析采厚对煤壁稳定性的影响,综合采用数值计算、理论分析和现场实测的方法,研究了不同采厚条件下大倾角大采高工作面煤壁应力、位移分布特征,建立了煤壁垂向力学模型,确定了煤壁失稳临界条件,揭示了采厚变化对煤壁稳定性作用机理。研究表明:工作面煤壁垂直位移量远大于水平位移量,沿工作面倾向中下部区域煤壁水平位移量小于上部区域,下部区域煤壁垂直应力大于中上部区域。随着采厚增加,工作面前方煤体垂直应力不断向深部转移,应力峰值及其距煤壁距离增大,煤壁垂直应力值和垂直位移量不断减小,前方煤体垂直位移量增幅增大,煤壁水平位移量增加,且发生较大水平位移范围向深部延伸,发生煤壁片帮的机率增加。     

大采高大倾角工作面煤壁片帮机理分析

为研究大倾角大采高工作面煤壁片帮机理,控制煤壁片帮。建立大采高大倾角条件下的煤壁片帮模型,利用压杆失稳理论解释煤壁片帮现象。通过理论计算得出了大采高大倾角工作面煤壁片帮临界力以及片帮最易发生的位置,分析了倾角、采高与片帮临界力和片帮位置的关系。结果表明：煤壁片帮临界力与采高和煤体自身刚度有关,与煤层倾角无关。采高越大,煤壁片帮临界力越小,煤壁抗弯刚度越大,煤壁片帮的临界力越大。煤壁片帮发生的位置受煤壁自身刚度、顶板压力、煤层倾角、采高的影响,但主要由采高决定,煤壁最易片帮位置距离顶板约0.398倍采高处。此外,现场观测了攀枝花煤矿11073大采高大倾角工作面的煤壁片帮现象,现场观测与理论分析结果一致。现场采用提高支架工作阻力等措施,有效地控制了煤壁片帮现象。     

深埋薄基岩大采高工作面矿压规律研究

为了解释某矿11050工作面端面漏顶、煤壁片帮严重等剧烈矿压显现现象,采用数值模拟和现场实测,研究了深埋薄基岩厚松散层条件下大采高工作面煤壁前方支承压力分布规律以及顶板来压规律,研究结果表明煤壁前方支承压力随采高增大,峰值点并不一定增大,但支承压力影响范围增大;工作面来压步距变短,工作面中部的支架载荷大于上部和下部,工作面下部支架的动压系数大于上部和中部。     

浅埋深厚煤层大采高工作面回撤通道留设技术研究

为解决浅埋深厚煤层大采高工作面回撤通道留设难题，基于三种留设工艺方法的优缺点对比，理论分析了工作面煤壁前方支承压力影响下塑性区、弹性区范围及区域内应力分布状态。从煤壁表层向煤体深部延伸过程中，支承压力值先是呈指数函数形态递增变化至峰值，然后呈负指数函数形态最终递减至原岩应力状态，其中煤壁前方压力衰减区是布置回撤通道的最佳位置。现场应用表明大梁湾煤矿回采面超前支承压力峰值位于煤壁前方10.02 m，待设计停采线前末次基本顶周期来压后再向前推采5 m度过来压持续长度，在支承压力衰减区内选择“双机”配合自割回撤通道工艺，运用高预应力强力锚杆（索）支护系统配合液压支架护帮结构可以有效维护通道顶板稳定性，保证工作面设备回撤空间，为类似条件下工作面布设回撤通道提供工程借鉴。     

大采高工作面煤壁失稳特征及失稳区域预测

针对大采高工作面煤壁失稳特征进行分析,提出了煤壁中弱化点(弱化面)的存在是导致大采高煤壁局部失稳片帮的根本原因。根据煤壁失稳区域破坏特征,利用毕肖普条分法建立了煤壁临界失稳滑移力学模型,推导出煤壁安全稳定性计算公式。结合赵固二矿大采高工作面实际工程地质条件,得出该矿大采高工作面煤壁中弱化点(弱化面)在不同位置处的临界失稳滑移面,进而预测了煤壁失稳破坏煤体的范围。在此基础上提出了控制煤壁失稳破坏的方法,有效地解决了大采高工作面煤壁失稳破坏给生产带来的安全隐患。     

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。     

大倾角大采高工作面底板破坏滑移特征分析

基于目前大倾角煤层大采高开采的研究成果和工程实践,运用理论分析和数值模拟分析对大倾角大采高工作面底板破坏滑移特征进行了分析。研究结果表明,造成大倾角煤层底板破坏滑移的因素有内因和外因,其中主要原因是应力的"二次分布"。大采高工作面底板中下部应力释放的范围大于底板中上部应力释放范围;采高对底板破坏滑移具有一定的影响,即采高越大底板位移和应力变化越大;底板的破坏区分为拉应力破坏区、压应力破坏区和塑性破坏区3个区;描述了大倾角工作面底板破坏滑移的演变规律。     

大采高采场超前支承压力分布规律研究

大采高工作面在开采时易导致煤壁产生失稳片帮现象,对工作面安全生产产生重要影响。文章根据某矿大采高工作面实际开采情况,利用FLAC3D数值模拟软件建立数值模型,研究大采高工作面开采超前支承压力分布特征。研究表明:1)通过理论分析得到超前支承压力峰值距离为8.3 m;2)工作面前方可分为应力增大区、应力减小区和原岩应力区;3)工作面前方的支承压力分布范围为30~36m,峰值应力点为5.8m~8.8m。研究成果可为大采高煤矿的安全生产提供理论依据。     

大采高综采工作面煤壁稳定性及控制研究

为研究大采高工作面煤壁片帮问题及其控制方法，以甘肃某煤矿大采高综采工作面条件为研究背景，采用数值模拟和力学分析相结合的研究方法，开展大采高煤壁应力、位移分布特征和煤壁片帮控制研究。由数值模拟结果可知煤壁应力集中系数为2.14,煤壁最大位移位于煤壁上部区域，距离底板3.5～4.2 m,确定煤壁片帮高度2.1 m,约0.33倍的采高。通过建立煤壁梯形滑块力学模型，分析煤壁失稳极限平衡时的受力状态，计算得到煤壁护帮强度不小于0.365 MPa。研究成果可为该矿井及相似条件矿井控制煤壁片帮提供理论指导。     

大倾角大采高工作面煤矸互层顶板漏冒规律研究

为了保证大倾角大采高综采工作面在煤矸互层顶板下的安全高效开采,解决工作面频繁发生顶板漏冒的问题。采用物理相似模拟实验与理论分析等方法对大倾角大采高工作面煤矸互层顶板应力分布与演化规律、破坏与漏冒特征进行研究。结果表明：工作面回采时,煤矸互层顶板受压在支架顶梁上方断裂|移架过程中煤矸互层出现离层、台阶下沉等现象,支架支护阻力急剧增大,断裂煤矸层因支架反复支撑作用而挤压破碎|当支架支护作用削弱时,支承应力向工作面前方煤体转移,工作面前方支承压力逐渐增大、应力集中,导致煤矸互层顶板超前断裂、煤壁片帮,破碎煤岩体从支架前方沿煤壁片帮处漏冒。通过理论分析,发现煤矸互层漏冒前,工作面顶板剧烈下沉,提出以控制顶板下沉量的方式来预防煤矸互层架前漏冒,具体防治措施为：带压移架、提高支架支护初撑力、提高煤壁稳定性。     

大采高工作面煤壁卸荷失稳模型研究

针对大采高工作面煤壁围岩应力场特点,利用卸荷岩体力学理论、断裂力学理论建立了煤壁开挖卸荷效应模型,分析了在卸荷应力场作用下煤壁失稳机理。结果表明:煤层开采过程即是对煤岩体的卸荷过程,煤壁围岩应力场将转变为由原始应力、卸荷应力构成的卸荷应力场;在卸荷应力场的作用下,煤壁中的裂纹将以复合型裂纹形式发生失稳、扩展、联合,并逐渐演化为楔形体结构;楔形体的稳定性与顶板压力P0、卸荷力T、结构面交线倾角φ呈反比关系;通过增大护帮力Ph、提高工作面支架初撑力、提高煤体内聚力C等方法,能够有效控制煤壁片帮事故的发生,有利于大采高工作面的安全回采。     

大采高工作面采场支承压力分布规律分析

以寺河矿大采高高效回采工作面为试验对象,采用超前支柱监测、回采巷道及留巷变形监测、煤体应力监测等技术手段,研究分析了该工作面采场支承压力分布规律及巷道变形特征,为工作面巷道布置、采场及巷道围岩控制等提供依据。研究结果表明,与常规大采高工作面相比,该工作面超前支承压力的影响范围为9~15 m,集中系数为1.7~1.9,峰值位置前移,位于煤壁前方12 m处;后方支承压力具有明显的分区特征并伴有一定的滞后性;侧向支承压力峰值位置变化不大。     

大采高工作面采高的合理确定研究

大采高工作面煤壁片帮是影响安全生产的关键问题之一,随着采高的增加,工作面煤壁前方片帮概率越来越大。通过运用FLAC3D软件模拟分析煤壁前方塑性区及顶板下沉量来选取合理的采高,选择合理的支架参数以增加煤壁顶的支护强度,减小支架和煤壁区域拉应力区的范围,降低煤壁片帮率,达到高产高效的目的。     

大倾角煤层长壁大采高采场煤壁片帮机制

煤壁片帮是大采高采场普遍性开采技术难题,而大倾角条件下大采高采场煤壁片帮特征及其发生机理更为复杂,为弄清该类采场煤壁片帮机制,采用现场实测、数值计算及理论分析法,对大倾角煤层大采高采场煤壁片帮特征、影响因素、片帮机制进行研究。结果表明:大倾角大采高采场煤壁片帮具有交替演变,不同区域形式不同,片滑、回转外片等特征;采高、伪斜角、煤体力学特性与煤壁稳定性密切相关,采高、伪斜角一定范围内越大,煤体强度越低,煤壁片帮几率及程度随之增加,而25221工作面煤壁强度低、含夹矸、高度大,自稳性差,采高及伪斜角大且不断变化,导致顶压作用强度增加,加之重复性动态荷载扰动,复合因素叠加作用促使大倾角大采高采场煤壁发生片帮。     

大倾角大采高综采工作面支架受载与失稳特征分析

对支架的稳定性控制是大倾角大采高煤层安全、高效开采亟待解决的关键问题之一,以2130煤矿25221大倾角大采高综采工作面为研究背景,基于现场监测对覆岩破断运移规律和支架受载特征分析的基础上,通过理论分析系统研究了采高和工作面顶板运移对支架受载与失稳特征的影响。结果表明,在大倾角大采高煤层开采中,受采高增大影响,顶板运移的幅度和剧烈程度及支架工作阻力均较一般采高大倾角煤层开采时明显增大,架间推压、咬挤现象明显;当工作面顶底板岩层稳定时,使支架保持不转动和下滑的临界工作阻力均不超过支架自重的2倍;但受工作面顶板运移影响,支架亦会随着顶板的运动而运动,且其不会随着支架工作阻力的增大而消失;支架转动下滑的幅度和失稳概率随着支架工作阻力的减小、顶板与支架间摩擦力绝对值的增大、顶板载荷偏载程度的增大及采高的增大而增大,且其转动失稳的概率大于下滑失稳的概率。