超千米深部矿井采动应力显现规律

我国浅部煤炭资源逐渐耗竭,开采深度逐渐进入1 000～2 000 m水平,常常伴有大量的工程灾害,其根本原因是深部采动应力场的显现规律与响应规律不清楚。以平煤股份十二矿超千米深己15-31030工作面为研究基地,开展了不同开采速率下超千米煤层采动应力显现规律及响应特征研究,并集成"锚杆应力-钻孔应力-钻孔裂隙窥视"等研究手段进行现场原位测试。结果表明:随着采煤工作面的不断推进,超前支承压力峰值先是交替上升,回采距离超过80 m时,由于埋深较大导致支承压力峰值增长变缓并最终在85 MPa左右波动,应力集中系数达3. 3,高于一般浅部工作面集中系数;同时上覆岩层在采动影响下形成垮落带、断裂带、弯曲下沉带的"三带"结构;其次,随着开采速度增大,超前支承压力峰值逐渐增大,峰值点距采煤工作面的距离相应减小,基本顶断裂形成的岩块长度也越长;工作面支架压力随着采煤工作面持续推进呈现出周期上升的趋势。在采动影响下,由于扰动后应力重分布及能量释放,锚杆应力呈现出先增长后降低的趋势,得出工作面采动影响范围大约为85 m,钻孔应力距采煤工作面75 m左右时进入采动影响范围开始上升,而后进入支承压力降低区,应力开始出现小幅度下降;随着采煤工作面不断推进,强烈的开采扰动导致裂隙不断发育,裂隙逐渐发育成纵横交错的破碎带,并向顶板上方发展。     

工作面支承压力采厚效应解析

在建立的支承压力分布黏弹性损伤模型基础上,对工作面煤壁前方及侧向实体煤的支承压力分布进行了解析.研究结果表明,支承压力分布与一次开采煤层厚度相关,其峰值大小与一次采厚成反比,峰值距煤壁的距离与一次采厚成正比,即随一次采厚的增加,支承压力分布范围增大,而峰值强度降低;侧向支承压力分布与时间具有一定的相关性.     

深部大采高工作面支承压力分布特征及影响因素分析

以城山煤矿145工作面地质和开采条件为工程背景,通过煤岩力学分析、FLAC~(3D)数值模拟分析了采高、埋深对于大采高工作面支承压力的影响。结果表明:煤壁前方支承压力分布及工作面矿压显现规律受采高影响较大,采高越大,支承压力峰值系数基本不变,但峰值点离煤壁越远、影响剧烈范围越大;煤壁前方超前支承压力的分布规律和开采深度关系不大,主要取决于工作面采高和顶板岩层组成结构。     

综放采场围岩支承压力分布及动力灾害的层厚效应

以谢桥矿1151(3)综放工作面地质及开采技术条件为背景,采用大型非线性三维计算机数值模拟,对不同开采高度（3.0,5.4,8.0,12.0 m）进行模拟研究.研究表明：不同采高工作面围岩支承压力分布规律存在明显差异,随着煤层一次采高的增加,工作面煤体内和采空侧煤柱内支承压力峰值呈下降趋势,峰值位置超前工作面距离增大,煤体抵抗损伤应变能的区域变大;工作面侧向实体煤支承压力峰值沿走向在工作面前方与煤层厚度无明显关系,而在工作面后方随采高逐渐降低,峰值位置离煤壁也越远.应用损伤力学和能量法分析了支承压力分布对煤与瓦斯突出层厚效应影响规律,表明综放开采随一次开采高度的增加,采场周围煤岩体内积聚的弹性能降低且抵抗损伤变形的能力增强,有利于减缓动力灾害.     

本煤层超前卸压瓦斯渗流规律的影响因素研究

针对工作面前方煤体应力的演化全过程设计了实验方案,开展超前卸压区瓦斯渗流实验,对实验数据进行了拟合,得到了煤样加载阶段和卸载阶段渗透率与垂直应力的拟合函数。根据新大地煤矿15201工作面现场实际情况,结合不同阶段煤样渗透率与垂直应力的拟合函数建立了数值计算模型,就工作面采高、采深对超前卸压区瓦斯渗流规律的影响进行了数值模拟研究。模拟结果表明:一方面,随着采高、采深的增大,超前支承压力的影响范围不断增大,且超前支承压力峰值位置不断远离工作面煤壁,工作面前方的高渗透率区域不断增大;另一方面,超前支承压力峰值随采高的增加不断减小,但随采深的增加不断增大。     

千米深井大采高采场围岩应力分布规律数值分析

煤矿深部开采的应力集中异常突出,以唐口煤矿1305工作面为例,利用FLAC3D有限差分软件对千米深井大采高采场围岩应力分布规律进行数值分析。模拟结果表明:1305工作面回采时,在采空区四周煤体内形成对称的"双肺"状支承压力影响区;随着工作面推进,采场支承压力峰值及采空区上覆岩层破坏高度逐渐增大,工作面见方后,采空区顶板破坏高度与超前支承压力峰值变化趋于稳定,支承压力最大峰值约为72MPa,应力集中系数k为3.0;工作面煤壁前方与采空区两侧煤体内支承压力峰值随工作面推进向深部转移,且支承压力影响范围逐渐增大,压力峰值与工作面煤壁之间的距离基本保持在8~15m范围内。     

深部采场支承压力演化特征面长效应模拟分析

为深入研究深井高地应力条件下,面长变化对采场支承压力分布的影响规律,以淮南矿区某深部矿井为工程背景,基于FLAC~(3D)数值模拟软件和工程实践,分析了推进距离S与面长L之比分别为0.5、1.0、1.5 3种情况下的支承压力演化规律。结果表明:随着面长增加,支承压力峰值位于煤壁前方10 m处,应力集中系数达到2.7;沿工作面走向方向,当S与L之比为0.5时,支承压力峰值在面长超过360 m后呈现降低趋势;沿工作面倾向方向,S与L之比为1.0和1.5时,采场两端的支承压力峰值随面长增加呈现先增大、后减小的趋势。从采场矿压控制及灾害防治两方面综合考虑,优选工作面长度在200~240 m之间。     

浅埋深大采高工作面长度变化对采场矿压规律的影响

针对浅埋深工作面矿压显现规律和影响因素的复杂性等问题,通过理论分析、现场监测和数值模拟的方法,对浅埋深工作面矿压特征与工作面长度变化规律进行研究。结果表明:采煤工作面应力拱高度随着工作面长度增加而增加,且工作面长度超过240m后,应力拱的高度趋于恒定值;随着采面长度的递增,其前方支承压力的影响范围会变大,其峰值位置也将愈加靠近采面煤壁,峰值呈现先增加后恒定的趋势;随着采面推进距离的递增,其前方支承压力的影响范围也逐步前移,其值也逐渐增加;工作面推进50m时,支承压力峰值与采面长度正相关,与至工作面中线距离负相关;采面长度越大,来压步距整体减小,井下采煤工作面顶板活动频率有增加趋势;工作面来压时,工作面支架载荷沿着工作面方向呈现为拱形分布,且工作面中点为其对称轴。     

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。     

不同开采条件下采动力学行为研究

通过分析3种典型开采条件下(放顶煤开采、无煤柱开采与保护层开采)工作面支承压力分布规律,揭示了采动影响下工作面前方煤体支承压力峰值大小及位置的采动力学特征,获得工作面前方煤体所承受的采动力学应力环境条件,据此进一步开展了不同开采条件下煤体采动力学行为的实验研究。通过升高轴向应力的同时降低围压的方式来模拟长壁工作面前方垂直应力和水平应力,获得了3种典型开采条件下煤体破坏全过程的采动力学行为和应力集中系数,以及不同开采条件下煤体破坏时的支承压力、水平应力、变形等的差异,同时揭示了工作面前方煤体的采动力学行为与开采条件的关系。     

充填体矿柱刚度对采动地压分布影响分析

为研究充填体变形特性对采动压力分布的影响规律,采用弹性地基梁理论和结构力学理论,构建了充填体矿柱采动地压分布力学模型,给出了充填体变形参数影响下的矿柱压力理论解析解,分析了不同刚度比对采动地压分布影响规律,并提出了基于充填体与围岩变形参数匹配的充填体力学设计方法。研究结果表明：充填体与围岩变形参数对充填采场采动压力分布影响显著;岩体与充填体弹模比小于1000时,围岩及充填体采动压力对弹模比的参数敏感度较高;在充填体参数设计时,应将岩体与充填体弹模比控制在1500以内,为类似充填开采矿山的充填体力学设计提供了有益参考。     

带压分段后退式开采布局的研究

提出了承压水上采煤的分段后退式开采布局方法，较详细地从开采方法、突水控制、安全开采参数、数值模拟、矿山压力、构造防水煤柱、防灾救灾等方面进行了论证，并介绍了在太原东山煤矿应用的实践．     

加大综采工作面几何参数对大采高支护设备发展的新要求

提高综采工作面单产主要靠加大工作面几何参数和提高配套设备能力及可靠性,而工作面采高加高、长度加长、推进速度加快、巷道断面加大后,特大采高工作面矿压具有鲜明特征,由于单位时间采动影响范围扩展,使大采高工作面上覆岩层呈大体积的运动,导致工作面矿压显现变得十分强烈。为此,特大采高支架设计应从其围岩立体动态、矿压显现强烈出发,对特大采高支架设计支护强度、支架结构高度上限、防片帮机构、支架稳定性、防止煤壁片帮和工作面设备整体稳定性等方面都提出新要求。由于巷道断面加大和工作面采高加高,推进速度加快等使回采巷道超前支承压力范围发生变化,对其超前支护提出新要求,因此研制特大采高工作面超前支护支架迫在眉睫。     

深井薄煤层综采面矿压显现规律研究

以刘庄煤矿120601工作面地质条件为背景,通过数值模拟及理论计算分析了深井薄煤层综采面矿压显现特征。并研究了采高与采深对工作面矿压显现的影响。研究结果表明,工作面超前支承压力峰值、采场顶板下沉量与采深成对数关系,随着采深的增大而增大,但增大幅度逐渐减小。而应力集中系数与采深成负对数关系。采高对支承压力峰值影响不大。顶板下沉量与采高成指数关系,随着采高的减小而减小。     

大采高综放工作面长度的空间效应初探

为了合理选择大采高综放工作面合理长度,采用数值模拟方法对大采高综放工作面不同长度情况下覆岩结构和围岩应力分布进行研究,研究结果表明,随着工作面长度的增加,工作面超前支承压力影响范围增大,峰值远离煤壁,峰值增大,工作面覆岩"应力拱"高度加大,矿压显现加剧;当工作面长度超过一定值后,支承压力距离、大小、"应力拱"高度将趋于稳定。该研究成果对于确定合理的大采高综放工作面长度具有重要的指导意义。     

赵各庄矿深部工作面动力显现防治技术研究

 针对赵各庄矿3237工作面分层开采条件下动力显现频发的现象,从矿井地质开采条件入手,对发生动压现象的工作面的诱发因素进行全面、系统分析,运用数值模拟、理论分析、现场实测的方法研究工作面前方分层开采和放顶煤开采条件下主应力分布规律,通过对不同条件下主应力分布规律分析,提出了通过开采保护层、采用放顶煤开采两项技术的耦合作用,同时结合局部解危技术改变煤岩层能量释放模式的方案。通过对该工作面的实际矿压观测研究,结果表明在深部高应力区域进行综放开采能有效缓解动压现象的危险程度;采用开采保护层方法解除了工作面的高应力,同时对放顶煤高应力区进行了区域卸压,使工作面前方支承压力集中系数为1.39,影响范围36m,整体上改变了高应力引发动压的力学条件,极大地降低了动压强度。     

薄基岩厚松散层深部采场裂隙带几何特征及矿压分布的工作面效应

针对薄基岩厚松散层深部长工作面矿压显现规律状况,在压力拱假说、应力壳理论和普氏理论基础上建立采场裂隙带几何模型,推导出工作面覆岩裂隙带计算公式,结合数值模拟对几何模型及工作面覆岩裂隙带公式进行验证,并对工作面覆岩裂隙带高度及矿压显现程度的影响因素进行分析。结果表明:采场裂隙带几何模型较为合理,与采场上覆岩层裂隙带空间分布特征相一致;工作面覆岩裂隙带公式具有一定的适用性,可解释工作面方向上"抛物线"状的矿压显现规律;工作面覆岩裂隙带高度和矿压的比例系数最小值及变化率与工作面长度呈负相关,与采高及采深基本不相关;工作面覆岩裂隙带高度及矿压,强线性相关于采高、岩层硬度系数,弱相关于工作面长度和采深。     

开滦赵各庄矿大倾角综放工作面矿压显现规律分析

结合开滦赵各庄矿千米深部大倾角综采放顶煤的开采,通过现场矿压观测,较全面地分析研究了大倾角工作面的矿压显现规律,提出了影响大倾角煤层开采矿压的因素及大倾角工作面综放开采矿压显现的新特征。     

神东浅埋综采面末采段让压开采原理及应用

针对神东矿区综采面末采段回撤过程中发生压架事故的问题,综合采用理论分析与现场实测的方法,就让压开采的原理及适用性进行了研究.结果表明,让压开采是一种通过在综采面回撤前适当位置停采来避免贯通回撤时工作面受顶板来压威胁的有效技术措施.运用停采让压,降低推进速度,可改变周期来压位置和减小来压持续长度,实现贯通时硕板无来压的目标.而合理让压位置的确定要以让压间隔煤柱稳定和贯通回撤时工作面不来压为前提.结合工作面停采让压前来压规律及停采让压时压力显现特征,提出了4种可能存在的情况.利用让压开采原理,指导了神东矿区大柳塔矿21305综采面、补连塔矿22303综采面末采段的安全回撤.     

仰采,俯采老顶岩层断裂特征及对直接顶稳定性的影响

本文将倾斜长壁仰斜、俯斜开采的老顶岩层视为倾斜弹性板。当板的长短跨度之比＞２时，板的荷载主要由短跨边来承担。据此，笔者沿工作面推进方向截取单位宽度的倾斜岩梁建立了老顶初次来压和周期来压的力学模型。分析表明，仰斜开采时的周期来压步距和支承压力小于俯斜开采，两者的支承压力分布规律有明显的差别，矿压显现程度仰采较俯采严重。证实了仰斜开采时直接顶稳定性较差、顶板事故较多主要是岩层受层向分力作用和煤壁片帮所致。当层向分力与工作面推进方向一致时，直接顶的稳定性较好，反之就差。从顶板管理的角度出发，作者提出了在有条件的矿井应优先选择俯斜开采。