采动条件下巷道群稳定性的相似模拟研究

采用相似模拟方法,以新庄矿二水平4条暗斜井及保护煤柱为背景,研究采动过程中护巷煤柱的应力分布规律以及巷道群稳定性,探究上覆岩层的变形破坏规律及应力分布情况,以便对巷道群的稳定性进行控制.     

顺槽保护煤柱上覆岩层破断规律的数值模拟研究

为了进一步研究煤柱上覆岩层的破断规律以及条带煤柱破坏失稳机理和过程,运用数值分析手段,建立煤柱两侧巷道开挖以后工作面开采前的数值模拟模型以及工作面开采后,煤柱上覆岩层破断后向下的跨落角为+60°、-60°时(双侧采动)的数值模拟模型;通过分析以上各模型条件下岩层的应力及位移变化规律,并且沿巷道顶板处取关键路径并对路径上各点的位移以及应力进行综合分析,得出顺槽煤柱上覆岩层压力显现特征。     

膏体充填参数对上覆岩层破坏规律的数值模拟研究

传统的条带开采中,巷道开挖后扰动了巷道上方原岩应力的分布状态,巷道上方的顶板在二次应力场的作用下会发生变形、破坏,严重时会导致结构失稳、垮塌和破坏。为研究不同的膏体充填参数对覆岩应力分布规律的影响,本文运用数值模拟的手段以小屯矿条带充填开采为背景,选取采空区顶板及煤柱塑性区破坏范围、巷道顶板和煤柱的下沉量作为充填体的充填效果,得出不同充填体的充填率、充填体强度对上覆岩层破坏规律的影响。     

采动巷道侧向高低位厚硬顶板破断模式试验研究

陕蒙地区冲击地压显现大多发生在二次采掘扰动影响下,煤层上方厚硬岩层结构破断诱发工作面采场附近动压显现已成为煤矿生产中重大安全隐患。为阐明采动巷道上覆高低位厚硬岩层破断对区段煤柱受力以及巷道围岩稳定性的影响,建立高低位厚硬岩层破断结构的力学模型,得到破断扰动影响下区段煤柱结构变形特征及应力分布特征,以巴彦高勒煤矿11盘区煤样试样为研究对象,利用自行设计的高位岩层模拟加载装置,借助非接触式全场应变测量系统的数字散斑相关分析方法,对高低位厚硬岩层在区段煤柱上方不同破断位置组合下区段煤柱及低位岩层的应力变形特征进行了试验研究。分析了上覆高低位厚硬岩层侧向不同断裂位置组合下区段煤柱受力特征及应力传递机制,建立了巷道上部厚硬顶板不同断裂位置与结构整体失稳荷载的力学模型。结果表明:高低位厚硬顶板岩层破断将会引起煤柱采空区应力集中,高低位厚硬岩层不同的破断位置组合,对下部岩层的运动变形和区段煤柱应力分布和巷道围岩稳定影响显著。区段煤柱整体结构稳定性与破断点位置密切相关,煤体在回转作用下破坏所需的应力大小与高位岩层顶板破断点对采空区顶煤的力矩负相关。随着破断点远离区段煤柱,区段煤柱受力由压剪逐渐转化为采空区煤顶传递的压弯作用。高低位厚硬岩层顶板破断的相对位置影响低位顶板的破断情况,当低位破断点处于高位破断点以内,低位顶板随高位顶板破断1次,反之则低位岩层顶板将会随着高位岩层破断回转发生2次破断。随着高位顶板的破断,采动巷道及煤柱上覆岩层应力减小,区段煤柱稳定性下降,冲击地压风险增大。试验研究为陕蒙地区深部厚硬顶板条件下采动巷道动力灾害防治和区段煤柱设计优化提供了参考。     

工作面三掘进基本顶破断结构特征的数值模拟研究

采用数值模拟方法,对工作面三掘进巷道基本顶在工作面不同回采阶段的结构破断特征研究构表明：工作面回采过程中,基本顶岩层对上覆软弱岩层的运动起到了控制作用,上覆软岩的运动跟基本顶一致;三掘进巷道开挖后,先在巷道的顶板出现破坏区,随后底板也出现局部破坏;上区段工作面回采后,中阃回采巷道的帮部出现破坏区域,且靠近采空区域的破坏程度更大,基本顶在煤柱上方破断形成块体结构,煤柱靠近采空区域出现大范围的破坏区;下区段工作面回采后,中间巷道围岩破坏区域加大,基本顶仍然在煤柱上方破断形成块体结构,两煤柱靠近采空区域都有大范围的破坏区。     

塑性煤柱区巷道掘进数值模拟研究

以某矿3#煤层的残煤区为背景,采用FLAC3D软件对在残留塑性煤柱区掘进巷道时其围岩破坏规律进行了分析研究。研究表明:在塑性煤柱中掘进巷道,煤柱上的应力由原先的"拱形"分布变为均匀分布,且应力值也显著降低,上覆岩层载荷全部转移到空巷外侧实体煤上,整个煤柱发生剪切破坏,失去支撑能力。     

采动条件下围岩破坏及瓦斯流动规律研究

为了研究采动条件下围岩破坏及瓦斯流动规律,分析了煤层开挖和瓦斯流动卸载模拟分析,采用数值模拟软件,研究了采动条件下上覆岩层垂直变形破坏规律、工作面推进方向上煤层破坏规律以及煤层孔隙率和渗透率变化规律。研究为巷道支护和瓦斯抽采提供了理论支持。     

浅埋近距离煤层工作面过三角形斜交煤柱开采应力演化规律研究

针对浅埋近距离煤层工作面过上覆三角形遗留煤柱开采,存在顶板局部来压强烈和区段煤柱应力集中导致的巷道大变形等问题,以寸草塔二矿31109工作面为研究背景,采用现场实测、数值计算和理论分析相结合的方法,研究过三角形煤柱两次采动叠加应力的大小和范围的演化规律,揭示两次采动区段煤柱压力变化规律和相邻巷道破坏机理,明确巷道加强支护的范围和重点支护范围与时机。研究结果表明：上覆三角形斜交煤柱对其下方工作面煤层形成应力集中,最大应力位置位于斜交区段煤柱之下;当下煤层31206工作面开采后,31109区段煤柱应力上升为最大应力,应力峰值区位于与上覆斜交区段煤柱叠合区附近,峰值区宽度为240 m,对应该区域巷道变形破坏较明显。31109工作面开采过程中,在工作面煤壁与上覆斜交煤柱叠加区和工作面区段煤柱与上覆斜交煤柱叠加区存在应力峰值区,形成应力双峰;随着工作面推进,双峰应力不断升高,且煤壁应力峰值区逐步向区段煤柱方向移动,当工作面推进到区段煤柱叠加区时,双峰合并为更高的单峰应力;在工作面出斜交煤柱时区段煤柱应力达到最大,出煤柱叠加区后应力迅速减小;总体上,31109工作面开采后区段煤柱应力峰值区最大应力...     

基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱留设方法

针对平顶山一矿31010工作面回采期间顶板丁戊三乘人巷严重变形的问题,通过现场实测和数值模拟研究了巷道变形的原因及保护煤柱留设的问题。结果表明：工作面回采后,上覆顶板岩层中的应力发生改变,将应力值等于1.05倍原岩应力的点构成的曲线定义为采动应力边界线。采动应力边界线由开采煤层向上覆岩层呈外扩式发展,采动应力边界线距开采边界的水平距离随着距开采煤层高度的增大而逐渐增大,但增大趋势逐渐减小。采动应力边界线内侧岩层应力出现增压区和减压区,而外侧岩层仍处于原岩应力状态,采动应力边界线是划定工作面上覆岩层是否受工作面回采影响的边界线。目前顶板巷道保护煤柱宽度是按岩层移动角进行设计的,没有体现内部岩层移动变形及应力特征,导致顶板巷道保护煤柱宽度不合理而出现破坏,为此提出了基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱宽度设计方法。按照此方法设计的平顶山一矿31010工作面顶板乘人巷保护煤柱宽度应为158 m。     

遗留煤柱扰动下服务巷道变形破坏机理及防冲技术

针对大面积遗留煤柱下伏煤层开采时出现的应力集中、巷道围岩变形、冲击破坏及支护困难等问题,采用理论分析和数值模拟对河北某矿上覆5煤层遗留煤柱扰动下8、9煤层应力分布规律及下伏巷道开挖稳定性进行了对比分析。研究表明：遗留煤柱承载上覆载荷后应力根据煤柱宽度由中部向两侧依次呈现出“双峰形”、“马鞍形”、“梯形”及“单峰形”分布形态,且在不规则部分应力集中程度更高,对底板煤层的扰动范围影响较大;遗留煤柱应力峰值最大值52MPa,应力传递至下伏煤层达到44 MPa,为原始应力的2.2倍,服务巷道开挖后应力为37 MPa,是原始应力1.8倍,增加了巷道围岩破坏程度和冲击地压危险性。通过加强支护和巷道围岩卸压等方式对遗留煤柱下伏服务巷道进行围岩控制,以保证残留煤柱内服务巷道的安全稳定运行。     

无煤柱沿空掘巷技术在永夏矿区的应用

针对永夏矿区城郊煤矿十四辅助采区轨道巷完全沿空掘进围岩控制问题,分析了无煤柱沿空掘巷在资源采出率、围岩应力环境、施工效率等方面的优越性。通过建立完全沿空掘巷围岩力学模型,较为详细的分析了中厚煤层无煤柱沿空掘巷围岩应力分布规律、上覆岩层的赋存状态,总结了完全沿空掘巷围岩的变形特征,并提出无煤柱完全沿空掘巷围岩控制需要解决的关键问题。有针对性地制定了围岩控制方案,顶板采用“锚网梯+锚索补强”、沿空侧帮部通过“留设薄煤皮+打设29U型钢棚柱”、实体煤侧帮部采用“锚网帯+锚索补强”的联合支护技术方案。现场施工后设置矿压观测站,对无煤柱沿空掘巷围岩控制技术实施效果进行了跟踪监测。观测结果显示,巷道施工后顶板离层量及顶帮变形量较留设煤柱施工大幅减少,验证了技术方案的有效性。     

采场覆岩应力及垮高的柱宽效应三维相似模拟研究

基于采场应力分布的动态性特点,以谢桥矿1151(3)综放工作面地质和开采条件为背景,采用实验室相似材料模拟方法,研究不同煤柱宽度条件下采场覆岩应力分布和垮落特征。研究表明,不同煤柱宽度上覆岩层应力分布及垮落高度有所不同。随煤柱宽度的增大,倾向方向工作面前方应力峰值区由原来的煤体上方逐渐向煤柱上方转移,且峰值逐渐增大,工作面后方煤柱承载上覆岩层主要荷载和压力,且随煤柱宽度增大应力峰值也增大。工作面上覆岩层垮落形成由高应力束组成的应力壳,应力壳对上覆岩体的荷载和压力起主要支撑和传递作用,随着煤柱宽度的增大,应力壳的高度逐渐减小,在煤柱及煤体内形成的壳基也逐渐发生变化和转移,壳基在煤柱内从无到有,壳基的应力集中程度也逐渐增强,煤柱内单位体积的岩块承载的荷载和压力也从小到大,再由大变小。     

遗留煤柱影响区沿空掘巷支护技术研究

为有效控制遗留煤柱影响区沿空巷道的围岩稳定,采用数值模拟的方法,对遗留煤柱上覆岩层应力场及位移场分布规律进行了研究,初步探讨了遗留煤柱影响区沿空巷道支护技术。数值计算结果表明,遗留煤柱对4煤层应力集中影响范围大约为煤柱前后50 m区域,最大集中应力程度达到原岩应力的1.65倍。在恒源煤矿454工作面巷道施工中,以数值计算结果为指导,对遗留煤柱影响区采用高强锚梁网索支护技术,取得了良好的技术效果。     

近距离煤层群窄煤柱下应力分布及巷道布置北大核心

针对近距离煤层群窄煤柱下的应力分布及巷道布置问题,采用理论分析、数值模拟及现场实测等方法对窄煤柱下部煤岩层的应力分布特征进行分析。研究表明:受相邻工作面顺序回采的影响,煤柱上覆岩层向后回采工作面侧回转,导致支承应力峰值向后回采工作面一侧偏移,煤柱支承应力呈不对称分布;受支承应力影响,煤柱下部煤岩层应力分布表现出与支承应力对应的不对称性,不对称程度随煤柱宽度的减小而升高。结合实际工程案例,根据下部煤层底板垂直应力及主应力差分布,同时考虑到应力不对称分布的影响,最终确定了下部煤层回采巷道位置。     

巨厚煤层大断面临空煤巷综放矿压规律模拟研究

为了掌握巨厚煤层大断面临空煤巷综放开采过程中的矿压分布规律,以塔山矿5203巷为研究对象,利用数值模拟的手段再现了煤炭开采的全过程,并对围岩位移、锚杆锚索轴力以及围岩应力等矿压显现进行了监测,研究表明：采动对矿压显现的影响可以分为无影响、微影响和强影响三个阶段,距工作面的距离分别为：大于120m、120m～50m和小于50m;随着工作面的临近,锚杆、锚索轴力逐渐增加,但当距工作面距离小于14m后,上述轴力迅速降低,且采动对煤柱侧锚杆的影响较实体煤侧大,而对锚索的影响较为均匀;巷道开挖后,有效的支护限制了围岩的破坏,使巷道周围集中应力达到17MPa;煤层回采后,煤体被超前支承压力破坏而使其应力得到释放,在煤柱或煤体内出现多个应力峰值。     

煤层群分组上行开采相似材料模拟和数值模拟

通过理论分析计算,得出上下2组煤开采后的导水裂隙带发育高度以及理论破坏形态预计。通过计算机数值模拟、实验室相似材料模拟,研究分析了上下2组煤开采后覆岩破坏规律及顶底板应力分布规律、覆岩沉降规律,得出导水裂隙带最大值。数值模拟下煤层开采后的覆岩破坏高度,得到模拟的导水裂隙带高度,并与理论值、模拟计算结果对比,综合分析了分组上行开采覆岩破坏与运动规律。     

多因素耦合下冲击地压巷道贯通研究与实践

为加快金桥煤矿1304轨道顺槽掘进速度,重点研究了最大主应力、上覆岩层自重应力、遗留煤柱等多因素耦合下,1304轨道顺槽贯通期间的冲击危险性,设计了迎头“三花”布置预卸压孔,超前打通两迎头间煤柱的预卸压措施,有效降低了迎头煤柱应力集中程度,确保了1304轨道顺槽安全顺利贯通。     

近距离煤层采场过上覆T形煤柱矿压显现规律

为对大柳塔煤矿21306工作面过上覆T形交叉煤柱矿压显现规律进行分析,运用理论分析和FLAC3D数值模拟,从煤柱内应力分布角度对T形煤柱的作用机理进行了分析。结果表明,上覆走向煤柱区下的工作面来压呈现对称性分布,且支架载荷普遍大于采空区下对应支架;上覆倾向煤柱区下的工作面推进过程中,分别在进入倾向煤柱、煤柱正下方以及出倾向煤柱呈现出3阶段不同的来压特征。上覆倾向煤柱对采场矿压影响明显大于走向煤柱,因走向煤柱与倾向煤柱的影响作用叠加,T形煤柱交叉区对工作面来压的影响程度则介于两者之间。煤柱上的集中应力分布是造成走向煤柱区以及进入倾向煤柱阶段采场矿压显现规律不同于其他区域的原因,而对于出倾向煤柱阶段工作面的动载矿压则是由于煤柱上方不稳定的关键块体结构的相对旋转运动造成的。     

公路隧道石门揭煤安全岩柱的数值模拟研究

为探究瓦斯隧道不同地质条件下对安全岩柱的影响,以重遵高速松坎隧道为工程背景,基于隧道揭煤应力演化等相关理论,建立了瓦斯隧道三维模型和数学模型,利用FLAC软件对2种开挖断面和3种煤层倾角的隧道进行了模拟计算,对比分析了隧道开挖过程中的煤岩应力变化规律,获得了开挖断面面积和煤层倾角对安全岩柱的影响。研究表明:同一煤层倾角,开挖断面越大,所需安全岩柱越厚,反之越薄;开挖断面面积相同时,煤层倾角越大,所需安全岩柱越厚。     

综采工作面覆岩应力分布及运移规律分析

分析了综采工作面覆岩应力分布及运移规律,主要研究了不同工作面推进距离下上部覆岩的应力分布及上覆岩层运移规律。研究得出:随着工作面推进,产生的集中应力逐渐向煤层底板和前方扩展,支承压力的峰值点位置先增加后逐渐稳定,工作面上覆岩层逐渐垮落,垂直位移和水平位移逐渐增加,上覆岩层围岩运动的影响范围也逐渐增大。