煤矿地下水库煤柱坝体宽度设计

地下水库储水技术已成为西部矿区实现煤炭高效开采与水资源保护并重的重要途径之一,而煤柱坝体的稳定性是地下水库设计中极其重要的部分,对地下水库稳定性起决定性作用。煤柱坝体既要保证煤炭安全开采,也要保障地下水库安全运行。地下水库煤柱坝体的稳定不仅与埋深、采动应力、地质构造等工程地质条件有关,也与水作用下的弱化作用密切相关。为研究煤矿地下水库煤柱坝体在水作用下强度弱化规律,选取西部矿区麻地梁矿5煤为研究对象,开展煤样无损浸水试验和不同含水率及反复浸水条件下单轴压缩试验。研究得到:不同含水率的煤样在0～20 h内,含水率快速增长; 20 h之后,含水率增长变缓,在20～70 h,含水率慢速增长;在70～140 h,煤样含水率增长接近稳定;煤样含水率随着浸水时间的增加而增加,但增幅逐渐减少,最终趋于稳定;随着含水率(浸水次数)的增多,煤样单轴抗压强度逐渐降低,峰值应变逐渐增大,弹性模量逐渐降低。相较于干燥煤样,初次饱水煤样、浸水3次煤样单轴抗压强度分别降低了27.1%,50.0%,弹性模量分别降低34.6%,58.5%。结合实验室试验结果,运用弹塑性力学理论探讨了煤柱坝体在不同含水率下破坏区、塑性区宽度,开展了考虑覆岩压力、水压力以及水的弱化作用下煤柱坝体宽度设计研究,并结合麻地梁矿的工程地质条件,对其地下水库坝体的宽度进行了设计。同时,进一步分析了煤柱坝体宽度的影响因素,得到含水率、埋深、煤层采厚均对煤柱坝体宽度有很大影响。     

李家壕煤矿地下水库人工坝体稳定性研究

针对人工坝体稳定性问题,以李家壕煤矿地下水库为工程背景,基于Drucker-Prager准则对人工坝体所能承载的极限水头值以及易破坏位置进行了分析研究。结果表明:受地下水库储水水压的影响,坝体易在内表面中点以及外表面四边中点处出现DP峰值,且外表面的DP值大于内表面的DP值。外表面底边中点处DP峰值最大,接着是顶边中点处,左右两边中点次之,中心处峰值最小,并且左右两边中点处峰值呈近似对称分布。坝体的外表面底边中点处是最易发生失稳破坏的位置,并进一步计算得出人工坝体所能承载的极限水头值为17.8 m。并得到了Comsol数值模拟以及现场实测数据的验证。     

灵新煤矿地下水库煤柱坝体合理尺寸研究

近年来,煤矿地下水库技术已成为西部地区保护和利用矿区水资源的重要手段,地下水库矿井水已成为西部地表生态灌溉的重要水源之一。以西部矿区灵新煤矿近距离倾斜煤层群采掘地质条件为工程背景,针对该矿首座煤矿地下水库建设过程中遇到的煤柱坝体留设问题,采用数值模拟的方法,分析了六采区工作面开采和水库储水压力两大因素对煤矿地下水库煤柱坝体的影响。研究表明:相关工作面回采后,会在煤柱坝体及邻近围岩中产生塑性区,随着煤柱坝体宽度的增加,煤柱坝体及附近围岩中塑性区相互贯通的趋势逐渐减弱。当煤柱坝体宽度增至50 m时,塑性区相互贯通的现象消失;当煤柱坝体宽度增加到60 m时,煤柱坝体及邻近围岩中的塑性区间距(塑性区未贯通区域)扩大至40 m左右。在储水压力作用下,煤柱坝体及邻近围岩中的塑性区裂隙将发生二次扩展,随着水压的增大,裂隙扩展长度逐步增大,在3 MPa水压(储水高度300 m)作用下塑性区裂隙扩展长度达到5 m左右。因此,为防止水力作用下煤矿地下水库透水灾害的发生,认为煤柱坝体合理尺寸应取60 m。     

基于正交异性板模型的煤矿地下水库人工坝体结构优化

大柳塔煤矿地下水库人工坝体一般由挡水坝墙和一个与其平面垂直的支撑墙组成,坝体结构稳定可靠但强度富余系数过大,因而存在可优化的空间。挡水坝墙承载性能主要与其骨架结构和厚度有关,由于其骨架结构的等效配筋率已接近规范要求的最小值,因此可通过改变其厚度来进行坝体结构优化。利用正交异性板模型对坝墙在水压与上覆垂直载荷共同作用下的极限承载性能进行了分析,结果表明:随着上覆垂直载荷的不断增大,坝墙极限水头值会不断减小,坝墙稳定性会由外表面强度控制逐渐转变为由内表面强度控制,且该变化的转折点出现的时间受坝墙厚度影响,坝墙厚度越小,转折点出现的时间越早;若在水库服务期间,水库储水水位一直保持不变且上覆垂直载荷不断增大,则坝墙内外表面会先后发生破坏,且其破坏的先后次序会受水库储水水位的影响,当水库储水水位高于转折点对应的极限水头值时,则坝墙内表面先发生破坏,外表面后发生破坏,反之则坝墙内表面先发生破坏,外表面后发生破坏;储水水位越低,坝墙表面发生破坏所需的时间越长,坝墙的长期稳定性越好;根据大柳塔煤矿地下水库日常储水高度及坝墙上覆垂直载荷的变化范围,得出现有人工坝体结构中的支撑墙可去除,且其中的坝墙厚度可...     

缓倾斜煤层地下水库煤柱坝体宽度计算及影响因素分析

为分析缓倾斜煤层条件下煤矿地下水库煤柱坝体的影响因素,建立煤矿地下水库煤柱坝体力学模型,划分地下水库煤柱坝体在复杂应力环境下的强度分区,构建煤体的理想弹塑性应变软化模型,区分煤体的破坏过程阶段,推导煤柱坝体合理宽度的理论计算公式,并以灵新煤矿一采区煤矿地下水库煤柱坝体合理尺寸问题为例,分析不同因素对煤柱坝体理论宽度的影响规律。结果表明：与煤矿地下水库运行期间的储水因素(储水时间、储水高度及水源情况)相比,煤矿地下水库所处煤层的地质条件(厚度及埋深)对煤柱坝体合理宽度的影响要更大。     

煤矿地下水库人工坝体嵌入煤柱/体的构筑参数优化研究

为了得到煤矿地下水库人工坝体嵌入煤柱/体的掏槽构筑作业的合理参数,利用FLAC^3D数值模拟软件,以神东浅埋大采高典型开采条件为背景,通过设置不同掏槽深度和掏槽位置,对拟构筑人工坝体的巷道两帮煤体受掏槽作业及后续采空区地下水库储水外推力影响下的塑性区发育及煤体位移等开展了研究。结果表明,巷道帮部掏槽深度越大,越有利于减少采空区地下水库储水的渗漏通道,但会在煤体内部原始弹性区新增发育一定范围塑性区;而掏槽位置越靠近外侧巷道口,掏槽处直至巷道口范围的煤体越易在储水外推力作用下发生整体剪切滑移,造成溃坝危险。据此基于不同掏槽参数对帮部煤体稳定性的影响规律,确定了神东矿区典型开采条件下的合理掏槽参数。     

煤矿地下水库人工坝体安全多层次模糊综合评价研究

基于煤矿地下水库人工坝体安全评价包含多种因素、准则和层次复杂的情况,为了准确评价坝体安全稳定性,提出了人工坝体安全多层次模糊综合评价模型。在该模型中,通过文献研究、访谈专家的方式分析了影响煤矿地下水库人工坝体安全的关键因素,建立坝体安全综合评价指标体系,采用层次分析法计算各层级因素的权重,建立比较判断矩阵并满足一致性检验|根据坝体安全评语集,以模糊理论为基础结合专家调查表,确定评价因素隶属度、评价矩阵并综合评价。应用该模型对神东矿区大柳塔矿地下水库人工坝体安全现状进行评价,结果表明坝体处于安全状态。     

煤矿地下水库人工坝体稳定性分析

为了研究煤矿地下水库人工坝体稳定性,对人工坝体修建位置应力环境进行分析,认为煤矿地下水库蓄水后在坝体周围会形成围压环境。利用FLAC3D数值模拟软件建立人工坝体模型,对模型正面施加梯度水压模拟水库水压环境,模拟结果表明：对坝体施加不同围压条件后,人工坝体稳定性与无围压条件下差距明显,施加较低强度的均匀围压和非均匀围压均会提高人工坝体的稳定性,当施加较高水平均匀围压或明显的不均匀围压时会促进人工坝体的破坏。利用理论公式及数值模拟对人工坝体外表面最大位移进行分析,研究发现坝体外表面最大位移与水库储水高度表现出良好的线性关系,当围压水平较低时,坝体外表面变化趋势相差很小,但坝体稳定性差距较大。     

煤矿地下水库人工坝体构筑材料适用性研究

为分析地下水库人工坝体构筑材料适用性,将渗透性作为衡量标准,以李家壕煤矿为研究背景,通过实验室相似模拟实验,使用电液伺服岩石力学试验机对实验试样进行应变-渗透系数研究,分析了不同岩性体在外界应力变化的情况下渗透系数的变化情况。研究得出不同岩性体在变形破坏过程中渗透系数的变化规律：孔隙度越大,其渗透系数越大,呈对数关系|且外界应力会改变岩体裂痕和孔隙的尺寸和数量：当外界应力使得岩体裂痕孔隙更加紧密时,渗透系数减小,反之,渗透系数增大。对相同岩性体而言,随着外界围压和水压的降低,渗透系数均减小。     

矿井水库煤柱坝体力学性能分析

为研究矿井采空区地下水库煤柱坝体在井下作业环境中的力学性能变化以及变形情况,以李家壕煤矿为研究背景,采用实验室相似模拟和FLAC^3D数值模拟的方法,首先,将取自李家壕煤矿3-1煤层的煤样按照ISRM加工成标准试样,试样按照一定时间周期浸水处理,对其进行力学性能分析实验;随后,采用数值模拟技术模拟煤柱坝体的实际作业环境,分析煤柱坝体力学性能和变形情况。研究得出:水对煤样有软化作用,随着浸水时间的增加煤样单向抗压强度、单向抗拉强度均有所下降,但并未出现规律性递减趋势;在软化作用和上覆岩层的压力的共同作用下,煤柱浸水面容易发生水平变形,变形随着时间的增长逐渐增大,靠近底板处的变形量最大,从而现场煤柱更容易遭到破坏。     

木瓜井田地下采煤对下杨家塔骨干坝的影响评价

通过概率积分法和FLAC3D数值模拟法计算木瓜井田地下采煤产生的地表移动变形量,定量评价其对地表杨家塔骨干坝的影响程度,在矿井灾害控制、构建和谐社会和经济效益上有着重要的意义。     

潞安常村煤矿区段煤柱优化研究

为了减少潞安常村矿厚煤层综放开采工作面煤柱过大造成开采率低、煤炭损失严重等现象,结合常庄矿地质条件,系统地分析了巷道围岩处于不同时期区段煤柱的应力演化及变形规律。采用理论计算和数值模拟相结合的方法,通过分析煤柱侧向支承应力、塑性区的分布,并建立应力分析及位移图进行效果检验,得出了潞安常村矿区段煤柱合理宽度为18 m。     

王村煤矿煤柱稳定性和煤柱尺寸优化研究

采用实验室测试和数值模拟方法对王村煤矿护巷煤柱的稳定性进行了分析研究。通过煤样单轴抗压强度试验估算出煤体强度介于1.9~12MPa之间,煤样宽高比与其抗压强度有显著正相关关系,实验数据拟合了王村煤柱强度公式。通过数值模型分析可知,12m煤柱可以兼顾煤柱稳定性和提高采出率的要求,实际应用情况理想。     

浅谈屯兰矿煤柱优化研究与应用

根据屯兰矿回采工作面布置、岩层力学特性、矿压显现规律等情况,合理设计回采巷道保护尺寸,通过不断地观测和分析,探讨了屯兰矿煤柱优化设计技术,为掘进工作面创造安全条件,提高煤炭资源回收率。     

古书院矿煤柱回采工作面超前支承压力研究

通过对煤柱回采工作面运输巷、回风巷围岩变形和超前支护阻力的监测,预测超前支承压力分布范围.分析了煤柱回采工作面、回采巷道围岩力学特征,为回采巷道的支护和维护提供了科学依据.     

平朔井工三矿区段煤柱宽度优化研究

区段煤柱的留设宽度是影响回采巷道围岩稳定性的重要因素,平朔井工三矿工作面区段煤柱宽度一直采用经验值20m,为优化区段煤柱宽度,提高资源采出率,采用现场实测、理论计算和数值模拟方法对平朔井工三矿合理区段煤柱宽度进行了研究。煤柱应力实测表明：井工三矿9104与9105工作面间20m煤柱宽度有一定的富裕量,根据极限平衡理论计算与数值模拟结果,平朔井工三矿区段煤柱合理宽度应大于12m。