倾斜煤层底板采动应力分布规律及破坏特征

为探究倾斜煤层采动底板应力分布规律,根据弹性力学中的半元限体理论推导建立了沿煤层倾斜方向底板应力求解力学模型,计算了倾斜煤层采动底板内任一点处的水平应力、剪应力大小。基于FLAC~(3D)数值仿真软件对陈四楼煤矿21110工作面回采动过程中底板的应力变化规律和破坏特征进行了数值模拟。研究表明:1)当工作面推进90 m时,煤壁下方底板垂直应力开始大于水平应力,采空区煤层下方30 m范围内底板岩层中水平应力大于垂直应力,采空区煤层下方10 m范围内水平应力的减小幅度远小于垂直应力的减小幅度;2)当工作面推进至工作面"见方"(推进距离与工作面宽度相等)期时,煤壁后方10 m处采空区底板垂直应力开始大于水平应力,并且其减小幅度小于水平应力的减小幅度;3)采用钻孔双端封堵测漏装置对21110工作面进行现场实测,测得底板最大破坏深度为16.2 m,与理论计算、数值模拟所得结果基本吻合。     

相对固定位置采动煤层底板应变的解析法及其应用

在分析矿山压力的基础上,建立了煤层底板应力分析的计算模型,并运用弹性力学理论对煤层底板下相对固定位置剖面应变分布规律进行了初步探讨。结合实际资料,对软岩底板和硬岩底板2种情况进行分析研究。随着工作面的推进,煤层某相对固定位置剖面底板应变沿深度变化幅度越来越小,但在底板浅部均出现了一定程度的拉应变,并且软岩的变化幅度远比硬岩大。这可为煤层回采巷道发生底鼓的原因提供部分力学参考依据。     

骑跨采动压巷道数值研究及位置优化设计

当煤层工作面推进方向与底板岩石大巷走向一致时,大巷围岩将长期受上部煤层回采时的采动影响,其应力与变形相对较复杂。借助弹塑性理论,运用岩土数值模拟软件FLAC3D,研究了巷道深度及其与上部煤层工作面的相对位置对巷道稳定性的影响,结果证明,在巷道深度为600～800 m时,骑跨采底板巷道距离工作面煤柱垂直距离应>20m,水平距离应保持>16 m。     

采空区底板不同深度岩体裂隙演化规律

为研究采空区底板不同深度岩体裂隙演化规律,首先探讨了工作面推进过程中底板不同位置的垂直应力和水平应力分布情况,工作面推进工程中,水平应力变化程度较小,垂直应力变化显著,变化程度远大于水平应力,底板应力也变化显著,其中围压基本保持不变,轴压会随工作面推进呈现先增大后变小的趋势,并可能减小到0,甚至使轴压由压应力变成拉应力;以杏花矿为背景,通过UDEC数值模拟软件得到了底板不同深度裂隙倾角分布规律,底板深度与裂隙数量的关系,结果表明:煤层开采后底板裂隙数量随底板深度增加而减小,直至不再发育;底板浅部以倾角较小的拉张裂纹或Ⅱ型剪切裂纹为主,深部以倾角较大的压剪扩展裂纹为主。     

煤层倾角对综采工作面底板卸压规律的影响

为了研究煤层倾角对综采工作面底板卸压规律影响,通过力学理论分析得出随着煤层工作面倾角的增大,其底板泄压深度呈减少趋势;运用FlAC3D数值模拟软件模拟了0°、15°、30°、45°时的工作面底板应力分布特征,以卸压系数达35%为界,得出了不同底板卸压深度,并根据不同倾角工作面底板煤岩体垂直应力及位移分布曲线,分析了底板应力释放与变形规律。以瓦斯突出煤层矿井为实际工程背景,验证了理论及数值模拟分析的正确性。     

华北型煤田下组煤开采围岩破坏规律研究

为了防止华北型煤田下组煤开采因围岩破坏致煤层底板奥灰突水,基于FLAC3D数值模拟软件,建立了下组煤开采试验工作面数值模型,利用光纤光栅传感器技术,监测了工作面回采过程中底板突水信息,通过数值模拟与监测结果的对比,获得了工作面煤层顶底板应力与破坏特征.结果表明:试验工作面初次来压步距为35～40 m,周期来压步距为10～20 m;工作面底板存有3个应力分区,即应力增高区、应力降低区和应力恢复区;煤层顶板破坏形态为沿走向和沿倾向方向“马鞍形”的叠加;试验工作面煤层底板破坏深度10.0～12.5 m,开切眼与终采线位置附近煤层底板破坏深度均达22.5 m,终采线位置附近煤层底板破坏深度大是试验工作面突水的主要原因.     

近距离煤层群上位煤层开采底板破坏特征分析

针对高瓦斯近距离煤层群下伏煤层回采巷道变形、破坏严重并影响工作面安全高效开采的难题,通过实验室试验对近距离煤层及其顶底板力学参数进行了测试,结合底板滑移线理论给出了上位煤层开采后底板破坏带分区,应用离散元数值软件计算分析了上位煤层开采对底板造成的破坏程度,得到了底板最大集中应力沿底板水平及垂直方向的分布曲线。结果表明:近距离煤层群上位煤层开采后,沿底板岩体垂直方向底板破坏岩层厚度呈线性增长,沿水平方向岩层塑性破坏以扇形方式扩展且其最大厚度在工作面边缘。     

煤层底板采动应力分布及破坏特征

基于弹性理论建立了沿煤层走向采动底板受力力学模型,计算了煤层回采过程中底板内任一点处的剪应力大小。根据武所屯煤矿16105工作面采场条件,利用FLAC~(3D)数值仿真软件对工作面回采过程中底板的应力分布规律进行流固耦合数值模拟。研究表明:煤层回采后,采空区底板垂直应力等值线呈"椭圆型"分布,采空区底板垂直应力向底板深部先迅速减小后缓慢增加,且增加的幅度越来越小。工作面两侧采动底板剪应力等值线大致呈"泡型"分布,当工作面推进至工作面见方(工作面推进距离等于其斜长)期时,底板剪应力达到峰值12 MPa,此时底板剪切破坏最为严重,同时还模拟计算了16105工作面底板的最大破坏深度为15 m。     

多因素影响下煤层底板变形破坏规律研究

利用快速拉格朗日分析方法，单因素分析了工作面斜长和构造应力对煤层底板应力应变的影响，提出水平构造应力是煤层底板变形破坏不可忽视的重要因素之一。综合分析了煤层倾角，煤层埋藏深度，工作面斜长和构造应力影响下煤层底板的变形破坏规律，得到了煤层底板最大破坏深度计算公式。     

近距离煤层双重采动对上层煤轨道大巷扰动影响规律研究

针对山西省黄土坡煤矿1109工作面轨道大巷受近距离煤层双重采动影响的问题,采用FLAC 3D数值模拟软件对近距离煤层双重采动大巷底板所在标高应力分布特征进行了分析研究。研究结果表明:下层1249工作面停采后,随着距离1249工作面水平距离的增大,工作面上方煤柱内垂直应力峰值由44.2 MPa逐渐降低,大巷底板位置应力集中现象明显;下层煤开采结束后,当上层1109工作面推进至距离大巷180m时,大巷开始受到采动影响,随1109工作面的继续推进,大巷所在位置垂直应力逐渐增大,水平应力逐渐减小。现场实测显示,当1109工作面推进至距离测点155m时,大巷发生明显变形,工作面在此处停采,停采线距大巷平均距离169m。     

采场底板围岩应力壳力学特征及时空演化

针对采场底板围岩三维应力场特征及演化规律，以谢桥煤矿1232(1)综采工作面为研究对象，采用综合研究方法开展了系统研究。结果表明:煤层回采过程中，伴随着采场围岩三维应力场的不断调整，在采场底板围岩空间区域也存在高应力束，高应力束在三维空间形成了采场底板围岩应力壳，应力壳壳体内外岩体主应力均低于壳体中的主应力。应力壳内边界之上垂直应力和水平应力均显著降低，部分岩层内压应力转化为拉应力，壳体和应力壳外边界岩层垂直应力降低，水平应力仍然较大，存在水平应力集中现象，三维应力场作用的选择性是采场底板围岩应力壳形成的内在力学本质。采场底板围岩应力壳形态随着采场结构的变化而调整，具有典型的短边依赖效应，破裂区和最大位移区主要发育在应力壳壳体内边界之上的低应力区内。采场底板围岩应力壳是抵抗底板岩层卸压膨胀、进而发展到拉剪破坏的主要集中力系，采场底板围岩应力壳的失衡可能引起较大的动力现象。     

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。     

刘桥一矿663工作面底板破坏深度分析及监测

为了研究刘桥一矿663工作面底板破坏深度,采用了理论计算和钻孔压水试验法.理论公式计算获得工作面底板破坏深度为16.27m,最大破坏深度距工作面端部的水平距离为10.57m,采空区内底板破坏区沿水平方向的最大长度为86.54m;通过钻孔压水试验的三个钻孔测试获得底板破坏深度在16m左右,结合经验公式计算最终确定底板破坏深度为18.88m.该研究成果为其他的工作面底板破坏深度提供了重要的参数依据.     

急倾斜厚煤层顶底板移动特征的模拟研究

以新疆某煤矿急倾斜特厚煤层采煤工作面为工程背景,运用FLAC数值模拟软件对采后顶底板运动特征进行模拟研究,为相似赋存条件下的煤层开采提供了瓦斯涌出路径和预防顶板事故的理论基础。结果表明:随工作面煤层的开采,两侧顶板岩层中垂直应力分布表现为工作面前方出现应力升高区、峰值区和降低区,应力集中程度最大。煤层采出后,上覆岩层压力得到释放,在顶板产生一定深度的卸压区,其应力值仅有0.5 MPa。     

采高对煤层底板破坏深度的影响

随着埋深增大,原底板破坏深度经验公式对不同采高工作面底板破坏深度的预计误差增大。以赵固二矿为背景,通过有限元数值计算方法对底板破坏规律进行研究、采用矿井对称四极电剖面法对不同采高底板破坏深度进行实测并运用Spass软件对4个底板采动破坏影响因素与底板破坏深度的关系进行多元统计回归分析。研究得出,煤层埋深较大时采高对底板破坏深度的影响明显;随着采高的增大,底板垂直应力减小,围岩竖直位移增大,位移等值线梯度减小,底板破坏深度增大;考虑采高因素的底板破坏深度线性回归公式对煤层开采工作面底板破坏深度的预计准确率高,适用性强。     

地面L型井抽采采空区瓦斯适应性及其水平段位置优选

地面L型井抽采采空区瓦斯不仅可减少工作面上隅角瓦斯积聚，而且可获取洁净能源，已在我国多个矿区进行了试验性应用，瓦斯治理效果和经济效益显著，但部分地面L型井抽采效果与预期目标仍有一定差距。为改进L型井瓦斯抽采效果，基于采场岩移“三带”理论及工作面瓦斯运移规律，全面分析了L型井抽采采空区瓦斯的影响因素，对其适应性和L型井水平段位置优选进行了研究。研究结果表明，地面L型井抽采采空区瓦斯技术适宜于采空区涌出量占比高、U型通风和仰采工作面、采空区瓦斯资源量多的高瓦斯工作面。L型井的水平段应靠近工作面回风巷侧布置，垂直方向上，其起始点至终孔点应呈一定的下向倾角，起始点和终孔点高度应分别位于裂隙带上部和下部|水平方向上应位于裂隙发育区内且尽量靠近回风侧边界，同时建立了L型井水平段起始点与煤层底板的垂直距离和距回风巷水平投影距离的计算方法。     

九里山矿16071工作面底抽巷层位选择研究

基于九里山矿16071工作面采矿地质条件,通过现场观测得到了九里山矿底抽巷失稳变形破坏过程:喷体开裂、帮部错动外鼓、顶板下沉甚至冒落、整体收敛变形失修;并通过数值模拟方法从垂直方向、水平方向综合分析得到该工作面底抽巷的最佳层位选择:底抽巷距煤层底板的垂向距离为11 m;水平方向上内错工作面巷道5 m。     

深部开采卸压巷道合理位置研究

随着矿井开采深度的不断加大,深部软岩巷道底鼓问题日益严重,开掘卸压巷是解决巷道底鼓的有效途径之一,其位置的选择决定了巷道的卸压效果。为了进一步研究卸压巷的合理位置,以某矿E2337工作面为背景,采用理论计算和FLAC数值模拟分析的方法,对距采空区10,15 m处卸压巷两侧煤柱的垂直应力和卸压巷的变形量进行了对比和分析。研究表明:合理布置卸压巷,既可以减小两帮的表面位移量,又可以转移巷道周围的集中应力,降低巷道底鼓的变形量,在煤层上分层距采空区10 m处布置卸压巷卸压效果最好。     

留底煤掘进双巷布置大采高工作面巷间煤柱尺寸优化研究

确定巷间煤柱合理尺寸是保证留底煤掘进双巷布置大采高工作面安全、高产与高效的关键所在。以某矿122106大采高工作面沿底掘进胶运巷和辅运巷之间的护巷煤柱为工程背景,对工作面生产地质条件展开现场调研,同时原位测试巷道围岩地质力学参数。基于上述原始数据理论,估算出煤柱极限强度与合理的煤柱宽度范围,通过数值试验研究手段,分析初步选定宽度煤柱条件下,二次回采阶段巷道围岩及煤柱内部应力、位移和塑性破坏特征。结果表明:煤柱的极限强度为50.48 MPa,合理的煤柱宽度为19.24~29.28 m。煤柱宽度20 m时,煤柱内塑性区是2个独立的区域;当煤柱宽度达到一定程度后,接续面回采对上个工作面侧煤柱应力影响较小,主要是对本侧煤柱影响较大;靠近煤柱侧顶板和帮部变形较大,垂直位移最大值集中在巷道肩角位置,顶板出现不均匀下沉;煤柱核区内垂直应力均小于其极限强度,能保证稳定;煤柱最大垂直应力集中在两侧,靠近采空区的位置,煤柱中部存在较明显的应力下降区域。     

急倾斜特厚煤层水平分段开采煤岩应力演化规律数值模拟研究

急倾斜特厚煤层赋存条件非常特殊,为揭示急倾斜特厚煤层开采过程中灾害的致灾机理,基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件对乌东煤矿45~#急倾斜特厚煤层水平分段开采条件下,岩体及煤体的应力演化规律进行数值模拟研究,研究结果表明:煤层顶板附近的岩层应力较大,靠近煤层底板处的岩层应力变化不大;覆岩局部区域内产生了应力集中现象;工作面煤体的应力集中多分布在靠近顶板处的煤体,而靠近底板处的煤体其应力集中程度较顶板小;工作面煤体的轴向应力的分布分为塑性区、弹性区和原岩应力区三个区,工作面煤体沿走向方向上的侧向应力随距离工作面的距离增加而减小。