浅埋近距离房柱采空区下顶板活动规律与支架支护强度计算

为了保障浅埋近距离房柱采空区下方综采工作面的安全高效开采,以大地精煤矿为工程背景,采用数值模拟和理论分析的方法分析了房柱采空区下综采工作面的顶板活动规律以及支架的合理支护强度。结果表明:2#煤层采留煤柱的应力影响深度约为20 m,对于3#煤层老顶活动规律和支架的支护强度产生影响;在房柱采空区下,综采工作面的破断失稳方式呈现滑落失稳和回转失稳的周期性变化趋势,同时分析得到了残留煤柱产生的应力集中系数约为1.30。理论计算结果表明,在该类条件下一般浅埋工作面的合理支护强度为0.82~0.93 MPa,考虑残留煤柱的应力集中可以得到房柱采空区下综采工作面的合理支护强度为1.07~1.21 MPa。     

浅埋近距离煤层群房柱采空区下支架合理支护强度确定

为了确保浅埋近距离煤层群房柱采空区下综采工作面的安全高效开采,采用数值模拟和理论分析的方法研究了房柱式采空区下工作面支架合理支护强度。研究表明,房柱采空区残留煤柱集中应力影响的深度约为20 m,下部工作面回采时应考虑集中应力的影响,残留煤柱对下部工作面开采合理的应力集中系数为1.30;并根据“短砌体梁”理论,计算得到了大地精煤矿房柱采空区下综采工作面支架合理支护强度为1.07～1.21 MPa。该研究方法和结果对类似条件下综采工作面支架合理工作阻力的确定具有借鉴和指导意义。     

刀柱采空区上行开采应力分布规律数值模拟

针对大同矿区刀柱采空区安全上行开采问题,运用UDEC数值模拟软件研究了刀柱采空区形成时和上行长壁开采过程中采场应力分布特征以及刀柱煤柱的塑性区分布规律。研究表明:下煤层刀柱开采引起刀柱煤柱应力集中;上行开采引起刀柱煤柱应力分布的进一步演化,根据各刀柱煤柱受采动应力的影响将其分为应力降低区、应力升高区和应力稳定区;主关键层初次破断时,超前位于上行工作面下方的刀柱煤柱应力峰值及塑性区分布范围达到最大。晋华宫矿刀柱采空区上行开采底板位移观测情况验证了研究成果的可靠性。     

浅埋煤层群开采的区段煤柱应力与地表裂缝耦合控制研究

为了探索浅埋煤层群开采减缓煤柱集中压力并实现地表均匀沉降和地表裂缝耦合控制,通过物理模拟和数值计算揭示了煤层群开采中不同区段煤柱错距的间隔岩层破断规律、煤柱集中应力分布规律、覆岩和地表裂缝发育规律及地表沉降规律,掌握了不同区段煤柱错距与煤柱应力集中及覆岩裂隙演化的关系。研究得出,根据煤层间岩层的破断规律,确定合理的上下煤层区段煤柱错距,可避免上下煤层区段煤柱间的集中应力叠加和煤柱支承影响区的岩层非均匀沉降,实现煤层群开采的应力和裂缝耦合控制。建立了浅埋煤层群开采的煤柱群集中应力和地裂缝控制模型,得出了避开煤柱集中应力和实现地表均匀沉降的耦合判据,揭示了减缓煤柱群集中应力和实现地表均匀沉降的机理。     

浅埋煤层房式采空区下开采煤柱稳定性研究

房式采空区煤柱留设状况复杂,房柱及隔离煤柱结构的失稳对下位煤层回采工作面造成严重影响,为掌握浅埋煤层房式采空区下开采的矿压显现特征,确保煤矿安全生产,以石圪台矿2~#、3~#煤层为工程背景,通过理论分析和数值模拟方法,揭示了2~#煤层6 m×8 m房柱和20 m隔离煤柱带的应力场分布特征以及下位回采工作面过房式采空区的围岩应力特征和塑性区演化规律。结果表明:在2~#煤层房式采空区6 m×8 m房柱失稳结构下,3~#煤层应力处于卸压状态,应力降低16%;3~#煤层在开采过程中,超前支承压力最大峰值均处于2~#煤层留设20 m隔离煤柱及房柱失稳区域下方。     

浅埋煤层群不同煤柱错距覆岩结构演化规律及煤柱稳定性分析

针对浅埋煤层群下部煤层开采时区段煤柱稳定性差和覆岩不均匀沉降等问题,絠合采用物理模拟、UDEC数值计算和理论分析相结合的方法,研究了不同区段煤柱错距的覆岩垮落特征、煤柱应力分布特征和地表损害规律,揭示了上部"采空区-遗留煤柱-采空区"的结构演化特征,分析了不同错距时下部煤层区段煤柱的稳定性,絀出下部煤层区段煤柱留设位綪...     

关键层结构提前滑落失稳对浅埋近距离煤层出煤柱压架灾害的影响

针对神东矿区浅埋近距离下部煤层工作面出煤柱时频繁发生的压架灾害问题,综合采用理论分析、模拟实验与现场实测,从煤柱边界上方关键层结构稳定性角度,阐述了该结构在下部煤层工作面出煤柱前预先发生滑落失稳对压架灾害的影响规律。结果表明:下部煤层工作面出煤柱开采过程中,煤柱上方关键层破断后与采空区一侧已断块体形成的三铰式结构是不稳定的,它的相对回转运动向下传递的过大载荷是引发压架灾害的根源;若采空区一侧已断块体提前发生滑落失稳,则下部煤层工作面出煤柱等效于采空区下的重复开采,煤柱上方关键层破断后将无法与采空区一侧已断块体发生同步的相对回转,从而可有效减缓煤层间岩层的负载,最终对压架灾害发挥明显的削弱作用;据此提出了对煤柱上方关键层铰接结构提前实施爆破强放的防治对策,其有效性得到了模拟实验和开采实践的验证。     

近距离下部煤层应力分布规律研究

针对近距离煤层中上部煤层开采容易引起下部煤层应力环境复杂化而导致巷道难以维护的问题,采用数值计算的方式分析了近距离煤层的煤柱宽度、埋深、层间距等因素对下部煤层应力分布的影响。研究得出:随着煤柱宽度增加,上部煤柱底板附近应力呈降低趋势,但应力衰减速度和下部煤层应力增高区范围呈增加趋势;随着埋深增加,上部煤柱底板岩层应力和传递深度呈现增加态势,但下部煤层应力增高区扩散范围逐渐减小;层间距的变化对于上部煤柱底板岩层的应力传递影响较小,但下部煤层应力增高区扩散范围增大,且增加幅度高;当采空区顶板能够及时垮落时,工作面长度变化对于上部煤柱底板附近岩层应力分布影响并不明显,但使得采空区下方低应力区范围扩大,有利于下部煤层巷道布置位置选择。     

浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱稳定性研究

为了降低房柱式采空区煤柱失稳引发顶板灾害的危险性,通过建立浅埋煤层房柱式采空区单个煤柱失效引发大面积垮落的数值模型,对房柱采空区煤柱的承载特征进行分析,得到了房柱式采空区煤柱尺寸对整个采空区稳定性的影响关系。基于房柱式采空区煤柱应力与强度的关系,建立了浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱群系统数学分析模型,借助数值模拟方法,对鄂尔多斯地区奎乌煤矿房柱式采空区顶板-煤柱群系统的稳定性进行迭代计算,可对该矿房柱式采空区的稳定性及破坏发展过程进行预测,为浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱群系统稳定性的评价提供了理论支持,同时再现了在流变条件下诱发大面积顶板灾害的煤柱群失稳过程。     

煤柱下开切巷应力分布分析及治理研究

为了消除宽沟煤矿B4煤层回采后遗留煤柱对下部煤层的影响,通过理论计算及数值模拟分析相结合的研究方法,对上煤层W1145工作面回采后所遗留的煤柱应力在底板传递的规律和下部煤层W1123工作面回采过程工作面应力分布状况进行研究,研究结果表明：B4煤层回采后煤柱应力变形集中区为13.12m|在煤柱铅直应力作用下,下部煤层距离煤柱60m处时,煤岩体内应力明显升高,距离剩20m左右位置时达到峰值|进入采空区后,煤岩体应力快速的降低,在远离煤柱35m后恢复至开采前的应力水平,影响走向范围可达140m。研究采用超前预裂爆破、两回采巷道侧向切顶方式综合处理顶板,以实现消除煤柱应力影响。     

近距离房柱采空区下长壁采场顶板垮落特征研究

为了研究近距离房柱采空区下长壁采场覆岩随时间变化的渐进破断过程和采动裂隙的发展演化规律,以唐山沟煤矿某工作面为工程试验背景,采用物理相似模拟、顶板下沉梯度分析和图像增强算法方法研究了11-2煤房柱式开采后下部近距离的12煤长壁采场顶板岩层破断垮落及裂隙扩展情况.通过实验观察,并从能量释放的角度对岩层运移变化进行分析,结果表明:在近距离房柱采空区下,采用长壁回采工艺时,上部煤柱随时间变化产生破裂失稳,上覆岩层的能量以周期性的方式积累和释放,同时,每隔一个大的周期,有较大能量的突然释放.在此过程中,长壁采场顶板裂隙发育明显,裂隙扩展迅速,裂隙易与上部房柱采空区煤房导通,加速煤柱失效,并形成导水通道.     

浅埋深近距离煤层上行安全开采技术研究

丁家梁煤矿进行Ⅲ-2号煤长壁开采,其埋藏深度50m,下部35m位置处为Ⅳ-2号煤房柱式采空区,结合其具体开采技术条件,分析Ⅲ-2号煤为浅埋深、近距离煤层房柱式采空区复杂组合地质条件下上行开采。针对这一特殊地质条件下上行开采技术进行研究,理论计算静载条件下采空区煤柱载荷、煤柱强度,运用FLAC数值模拟软件研究煤柱在上行开采动力扰动作用下失稳破坏机理,运用UDEC数值模拟软件研究采动影响下煤柱稳定性及层间岩层承载变形特性。结果表明:高初始应力条件下,动力扰动易导致煤柱失稳;在采动影响下,煤柱变形可控,并未发生压裂式破坏,最终进入稳定流变变形阶段,房柱式采空区煤柱不会出现大面积失稳或压垮现象;层间岩层能够稳定承载,且层间岩层同步稳定下沉,不可能发生"整体切落"。针对上行开采风险因素,提出砌筑封堵矿井飓风灾害的密闭墙、加强地质保障工作、缩短Ⅳ-2号煤长壁工作面长度的针对性措施,确保了上行安全开采。     

近距离煤层联合开采的矿压观测

煤层间距离的不同,开采时相互的影响也随之有很大不同。尤其是当煤层间距很小时,上部煤层的开采会破坏下部煤层顶板的整体性;顶板上方又为上部煤层的采空区,充满了垮落的矸石以及上部煤层开采时遗留下的留设煤柱。所以下部煤层开采时的顶板结构和应力环境均发生了变化。本文就通过对某矿的近距离煤层联合开采时的矿压进行观测研究,进而得出该矿近距离煤层联合开采时的矿压规律。     

冲沟地貌间隔式煤柱下采动应力传播规律研究

以陕西南梁煤矿2~(-2)煤层间隔式采空区下回采3~(-1)煤层为工程背景,现场调研总结间隔式回采工作面地表沉降情况,结合数值计算方法判断间隔式煤柱、采空区状态,确定间隔式煤柱上覆载荷大小及分布规律与冲沟参数之间的函数关系。采用弹性力学半平面无限体理论结合间隔式煤柱上覆载荷、岩性、回采工艺等参数推导单一间隔式煤柱下方应力分布函数,通过坐标系转换得组合煤柱下方集中应力传播规律,利用数学软件绘制各应力分量等值线分布图。分析应力分布规律:垂直方向集中应力在底板中分布变化趋势与冲沟坡向一致;随深度增加,集中应力减小,等值线倾斜程度增大。分析下组煤层背沟过间隔式煤柱工作面顶板压力变化规律:"沟底→煤柱Ⅰ→煤柱Ⅲ"顶板压力先增大后减小,以间隔式煤柱下30107工作面为例验证理论并分析其矿压规律。此研究为冲沟地貌间隔式采空区、房柱式、刀柱式采空区下煤层开采顶板控制提供理论支持。     

同忻矿综放工作面矿压显现分析及控制技术

同忻矿石炭系煤层具有煤层厚、埋藏深、煤层及顶板较坚硬且开采强度大等特点,在开采过程中工作面与端头部位压力大,特别是当石下部炭系工作面过上覆侏罗系遗留煤柱时出现强矿压显现。根据现场矿井实际地质与开采条件,对工作面在煤柱下、采空区下的应力和液压支架的压力进行监测,考察侏罗系煤层采空区及遗留煤柱下支架压力动载冲击演化规律,获得下部煤层开采动载压力增加原理,提出采用注水软化和定向爆破相结合弱化侏罗系残存煤柱技术,有效降低石炭系煤层工作面动载冲击特征。     

双系煤层开采覆岩运移及采空区煤自燃危险区域研究北大核心

针对大同矿区永定庄矿8106综采工作面采空区大量漏风的工程问题,采用数值模拟方法研究了双系煤层重叠采动岩层的运动破断形式和裂隙动态演化规律,分析了双系煤层多层采空区连通机制以及采空区煤自燃危险区域分布规律。结果表明:侏罗系煤层群采空区表现为顶板垮落、底板底鼓及煤柱附近底板剪断式破坏;石炭系3-5#煤层回采依次造成基本顶、下部关键层和上部关键层破断和垮落,上部关键层破断下沉后双系采空区发生连通并导致漏风,下部关键层破断周期为60 m;在上、下关键层之间形成的裂隙区横截面上,主要漏风通道分为动态裂隙和边缘裂隙;有外部漏风时采空区煤自燃危险区域主要分布在距工作面100~175 m之间,无外部漏风时,煤自燃危险区域相对面积减少且总体位置朝工作面方向前移约30 m。     

上行开采房柱式采空区煤柱稳定性及顶板运动规律研究

采用理论计算分析和数值模拟方法,探讨了大同某矿整合后煤层群上行开采中3#煤层房柱式开采采空区残留煤柱稳定性及其顶板的运动规律。通过探讨分析可知:在现有房柱式开采布置参数下,采空区残留煤柱能够保持较长时间的稳定性,由于3#煤层的开采其顶板运动尚未破坏上覆2#煤层的整体稳定性,对处于坚硬顶底板的2#煤层起到了卸压作用,有利于其开采。     

采空区及煤柱下回采巷道合理布置位置研究

针对多煤层开采上覆煤层后采空区及遗留煤柱引起底板应力变化,对寺河二号井94313综采工作面回采巷道位置进行相似模拟研究,分析上覆岩层变形破坏对下部煤层应力的影响,为下煤层回采巷道布置位置提供理论依据。结果表明:残留煤柱下9号煤层垂直应力呈单峰值分布,距离煤柱边缘30 m以外垂直应力趋于稳定。     

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。     

浅埋近距离下煤层工作面过倾向煤柱矿压规律

浅埋近距离煤层上层采空区遗留煤柱对下部煤层开采的来压有显著影响,揭示这种异常矿压的机理,对安全开采具有重要意义.在统计分析神东矿区6个过煤柱开采工作面的矿压特征基础上,通过对哈拉沟煤矿12101工作面过倾向煤柱开采的物理模拟,研究了浅埋近距离下煤层过煤柱开采的矿压规律.结果表明,当下方工作面距离上方煤柱水平距离为10 ...