深部脆性岩石三轴卸荷实验研究

深井巷道支护成为影响安全、制约正常生产的主要因素,某些深部开采矿井的围岩没有表现出软岩的特性,顶板在冒落之前没有明显变形,表现为小变形、脆性破坏和顶板突然冒落的特性.本文根据煤矿现场复杂高应力脆性围岩巷道顶板变形、破坏实际,对其岩石试样进行了卸荷破坏三轴实验研究,研究深部复杂高应力脆性破坏围岩的变形、破坏机理及其力学特性,为深部脆性围岩巷道支护方案设计和优化提供有力支持.实验研究结果表明,在深部复杂高应力环境下,中等稳定脆性围岩巷道顶板破坏属于卸荷不平衡力引起的变形破坏,必须采用围岩-支护体之间的刚度、强度、变形相互耦合支护技术,才能有效防止巷道顶板发生剪切、错动或断裂破坏.     

急斜特厚煤层开采采动损害传递途径研究

通过对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采煤岩移动规律研究,提出了开采过程顶煤和围岩破坏发展分区,即顶煤放出区、沿底座滑区、顶板离层破坏区和煤岩滞后垮落区。分析了影响沿底座滑区和顶板离层破坏区破坏的主要因素及其采动损害传递的主途径。     

裂隙带顶板巷道围岩破坏机理及稳定性控制

针对上行开采过程中顶板巷道支护困难的问题,采用UDEC离散元数值模拟软件对上行开采过程中采场采动裂隙、塑性区以及巷道围岩裂隙、塑性区发育进行了系统的研究和分析,研究结果表明:采动作用下顶板巷道围岩破坏以巷道顶、底板破坏最为明显,靠工作面侧的巷帮破坏次之。采场采动裂隙、塑性区发育与巷道围岩裂隙、塑性区发育在工作面的推进过程中不断相互吸引和促进,最终贯通。同时,当采动作用达到一定程度时,采动裂隙会以顶板巷道顶板为起点向上发育,而巷道肩角处塑性区向上产生畸形发展,其发育方向与采场覆岩断裂角一致,其发育高度远远大于未受采动影响的巷道塑性区发育高度。基于分析结果,提出了上行开采裂隙带顶板巷道支护策略,并以山脚树矿上行开采为工程背景对其顶板巷道原有的支护形式进行了改进,改进后的支护能够有效保证巷道围岩稳定。以上研究成果可为上行开采工程中顶板巷道的支护提供设计参考,丰富采动巷道围岩稳定性控制理论成果。     

急倾斜特厚煤层开采采动损害传递途径研究

通过对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采煤岩移动规律研究，提出了开采过程顶煤和围岩破坏发展分区，即顶煤放出区、沿底座滑区、顶板离层破坏区和煤岩滞后垮落区。分析了影响沿底座滑区和顶板离层破坏区破坏的主要因素及其采动损害传递的主途径。     

急倾斜特厚煤层采场围岩运动相似材料模拟

急倾斜煤层赋存条件复杂,开采难度大.以实际工程为背景,通过相似材料模拟实验对浅埋急倾斜特厚煤层水平开采进行研究,分析了沿煤层倾向剖面采场围岩的运动变化规律和支承压力分布特点.水平分层放顶煤开采过程中上覆岩层出现循环破坏的空洞,其顶板岩层内的位移及其破坏位于偏上山方向区域,顶板岩层的影响范围可扩大至煤层法线上方90 m以外区域;采场应力集中区域主要分布干顶板岩层内.研究结论可为同类矿井的开采设计与安全生产提供理论依据.     

复合顶板软弱煤层巷道破坏及支护应用

复合顶板软岩巷道强度比较低,节理裂隙发育,随着工作面的推进顶板极易破坏冒落,影响煤炭高效开采。利用力学模型分析复合顶板的破坏机理以及影响顶板稳定性的因素,得出软弱岩层巷道顶板肩角处和梁中间处容易发生破坏。举出工程实例,结合围岩破坏机理提出支护措施,并用实践分析支护效果。     

矿山深部开采顶板稳定模拟研究

本文首先分析了构造应力型矿山的地应力分布特点,然后对程潮铁矿西区深部开采中,放顶及开采对顶板围岩破坏形式进行了数值模拟,为矿山地压监测和顶板稳定防护提供了理论依据。     

弱黏结顶板厚煤层综放开采覆岩移动及 矿压控制研究

弱黏结厚煤层综放开采过程中,覆岩变形垮落及矿压显现特征对其安全高效开采具有重要的影响。在构建弱黏结顶板综放工作面散体拱结构模型的基础上,分析了综放工作面覆岩结构动态演化机制,给出了弱黏结顶板综放工作面支架工作阻力计算方法;并运用相似模拟和数值模拟等方法分析了弱黏结顶板厚煤层综放开采采场围岩变形破坏及应力分布演化特征,提出了覆岩散体拱结构的拉伸-压缩复合失稳、剪切失稳等失稳模式。工程实践表明,优化采放工艺能改善顶板受力环境,有效控制顶板变形破坏过程,降低矿压显现对工作面开采的影响。     

煤矿坚硬顶板分层爆破

文章针对大同矿区坚硬煤层坚硬顶板及坚硬覆岩,介绍了一种特殊的开采沉陷实例,即大同矿区三硬条件大面积整体突然切冒。从煤层特征、围岩性质、采煤方法及顶板管理等方面,对影响顶板大面积一次性整体切冒的因素进行了详细分析,阐述了坚硬顶板大面积一次性整体切冒的机理,指出了其对井下采场和地表破坏具有突发性、随机性和滞后性。破坏十分严重,在国内外罕见,难以预测预防。因此,大同矿区开采沉陷的治理具有重要的推广意义。     

充填支架与顶板的相互作用关系数值模拟研究

为分析膏体充填开采充填支架与顶板的相关作用关系,确定支架参数和顶板受力的情况,采用数值模拟方法,研究了不同支护强度下充填支架对工作面顶板的下沉、离层、应力分布等影响。结果表明,充填工作面围岩破坏范围较小,充填支架对顶板下沉、离层和应力分布影响较小,顶板最大垂直应力大致为支撑强度的2倍。     

急斜特厚煤层开采围岩与覆盖层破坏规律

为了再造一个山川秀美的西北地区,需要进行地下矿床开采引起围岩和地表覆盖层破坏规律,研究了急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采围岩破坏规律,提出开采过程顶煤和围岩的破坏过程大致可分为顶煤放出区,沿底坐滑区,顶板离层破坏区和煤岩滞后垮落区4个区,建立了急斜老顶狭长板模型,分析其变形破坏特征及主要影响因素,得出急斜特厚煤层开采破坏主要向煤层上方发展,地表呈串珠状塌陷坑,在老顶上方地质破坏不显著,只要对塌陷坑进行科学充填,就可实现地表绿化及城市利用。     

上覆煤层开采对下方巷道的稳定性影响分析

分析了上覆煤层工作面开采过程中产生的支承压力对下方轨道大巷产生的影响.通过理论计算工作面底板最大破坏深度为18.57 m.结合工程地质条件,运用大型数值模拟软件ABAQUS建立三维计算模型对开采过程进行模拟,发现工作面开采会使轨道大巷周边围岩应力提高很多,尤其是顶板范围内的应力水平上升约6 MPa.     

急斜近距煤层联合开采三维数值模拟研究

为研究急斜近距煤层联合开采中围岩的稳定性,通过三维数值模拟,对碱沟煤矿联合开采的B19和B20煤层采后围岩的应力场和位移场进行了研究.研究结果表明:联合开采时采场围岩顶板方向引起的位移、应力变化要比在底板显著,但并不会引起围岩破坏运动范围的急剧增加,联合开采可成为解决急斜近距煤层开采困难的有效途径.研究为乌鲁木齐矿区赋存的大量急斜近距煤层的有效开采提供了科学依据,同时对其它具有类似开采条件的煤层的开采也具有一定的借鉴意义.     

不同煤层倾角对围岩及顶底板影响的数值模拟

以安徽某煤矿倾角煤层采煤工作面的开采为工程背景,通过FLAC3D大型模拟软件对不同煤层倾角采煤工作面开采后采场围岩及顶底板矿压分布规律进行研究。研究结果表明:倾角对煤层工作面开挖后采场围岩应力分布、支承压力的分布有显著影响。倾角煤层工作面开采后,采场顶板岩层的变形、破坏和运动形式不同于一般煤层工作面且采场顶板应力分布是不对称的。     

用沙坝矿采场顶板稳定性模拟分析

贵州开磷矿业公司用沙坝矿主体为缓倾斜矿体,采用机械化盘区分段充填采矿法开采,通过研究采场跨度与顶板稳定性之间关系确保了作业人员安全和稳定生产.建立合理矿山开采力学模型后,对不同跨度采场在未支护方案下进行数值模拟分析表明,采场整体位移变化基本服从近对称分布;靠近开挖边界处围岩位移最大,距开挖边界越远,围岩位移越小,且移动方向均指向采空区;采场跨度在20m以内,采场顶板不发生破坏;当超过25m以上时,采场顶板出现较大拉应力,顶板开始发生破坏.     

大同矿区坚硬顶板大面积整体切冒分析

针对大同矿区坚硬煤层坚硬顶板及坚硬覆岩介绍了一种特殊的开采沉陷实例,即大同矿区"三硬"条件上覆岩层大面积整体突然切冒。从煤层特征、围岩性质、采煤方法及顶板控制等方面对影响顶板大面积一次性整体切冒的因素进行了详细分析,阐述了坚硬顶板大面积一次性整体切冒的机理,指出了其对井下采场和地表破坏具有突发性、随机性和滞后性。因此对大同矿区开采沉陷的治理具有重要意义。     

近距离煤层顶板稳定性分类研究

为实现近距离煤层巷道顶板的稳定性分类,首先根据近距离煤层下开采顶板岩层的结构特点构建"散体—块体"力学模型,分析其顶板围岩破坏机理;然后用层次分析法对影响顶板稳定性的不同因素指标进行权重分析,将顶板划分为三类;最后经各钻孔顶板稳定性计算绘制出各煤层顶板稳定性分区图。     

基于FLAC~(3D)的深部大规模开采围岩稳定性分析

以马城铁矿-900~-720 m阶段V矿体开采为研究对象,采用FLAC~(3D)数值模拟软件对其充填开采过程进行模拟研究得出:开挖后矿房肩角及顶板中间处出现应力集中现象,且随着相邻矿房开采,矿房顶板、上盘围岩、矿柱位置出现不同程度的以拉伸为主的破坏现象,塑性区呈不断增大的趋势;通过尾砂胶结充填,矿房围岩应力重新分配,原有矿房顶底板、两帮及矿柱集中应力减小,受力呈均匀分布趋势发展,顶板沉降和底板底鼓受到抑制,塑性区破坏减小,尤其是充填体周围的塑性区没有增大,说明充填体抑制了塑性区的发展,充填对采空区围岩变形控制效果显著。     

动态扰动诱发嗣后充填采场灾变事故分析

为了明确某矿阶段嗣后充填采场破坏事故原因,结合事故现场工程实际及调查结果,采用相似模型、数值分析及现场监测手段,研究了阶段嗣后充填采场围岩变形特征、破坏模式、巷道表面变形规律。结果表明:开采活动对嗣后采场围岩及周边工程影响具有明显的区域特性;不同分段的开采活动对采场顶板位移影响程度不同,第2分段开采导致顶板最大位移增量最多,而第3分段开采时加剧了矿柱应力集中,致使矿柱发生沿近似60°的结构面发生剪切滑移破坏;同时也使位于矿柱内部邻近空区的巷道侧壁发生垮塌。通过对比分析数值模拟与现场监测的结果,证明了相似模型试验的结论。研究结论不仅全面认识了该矿阶段嗣后充填采场破坏事故原因,还明确了阶段嗣后充填采矿方法采场安全潜在危险源,可为其他类似矿山提供安全借鉴。     

深部采动巷道顶板稳定性分析与控制

深部采动巷道冒顶事故是当前煤炭资源开采中面临的重大难题。基于深部采动巷道围岩应力环境,分析了双向非等压条件下巷道围岩塑性区形成的力学机制及其形态特征,并对顶板稳定性影响因素进行了探讨。结果表明:1深部采动巷道围岩双向压力比值λ(0λ1)较小时,围岩塑性区形态不再是圆形和类椭圆形,而呈现出蝶形分布的特征,当碟叶位于巷道顶板上方时,容易发生冒顶;2采动应力方向决定围岩最大破坏深度的位置,并控制潜在冒落区的范围,当围岩最大破坏深度与潜在冒落高度相同时,顶板稳定性最差。要保持顶板围岩稳定,支护体必须要有足够的长度和延伸性能,据此,提出了可接长锚杆支护技术,现场试验结果表明,可接长锚杆较好地适应了顶板围岩的剧烈下沉,取得了良好的支护效果。