深井冲击地压回采巷道围岩变形破坏规律研究

为了掌握深埋坚硬特厚煤层冲击地压作用下的巷道围岩变形规律,为深部矿井深化冲击地压防治提供依据,采用理论分析、FLAC3D数值模拟及现场试验等综合手段,研究了胡家河煤矿回采期间受冲击地压影响的402102工作面回风巷围岩冲击变形破坏机制及破坏规律。研究结果表明：深部条件下回采扰动达到一定程度后,巷道围岩变形会急剧增长,距离工作面越近,变形变化趋势越大,顶板围岩受超前支护影响变形趋于平缓,最大围岩位移量达180mm|在距离工作面前方45～55m范围内,巷道围岩受采动影响剧烈,围岩变形明显,主要表现为顶板及煤柱侧围岩变形,且顶板围岩塑性区破坏深度达3m以上。     

大采高综采工作面20m煤柱二次复用巷道矿压规律实测研究

针对回采工作面二次复用巷道围岩变形量大、支护困难的问题,在枣泉煤矿大采高综采11203工作面进行了20m煤柱二次复用巷道矿压规律实测研究。研究结果表明,二次复用巷道矿压显现主要分为工作面超前影响阶段、剧烈变形阶段、蠕变阶段,巷道在回采工作面后方的变形量可达回采工作面超前影响阶段变形量的4~6倍,巷道顶板浅部离层略大于深部离层;锚杆锚索受力变化比巷道围岩变形对扰动更敏感,受力变化远超前于围岩变形,锚杆锚索受力呈现先增大后减小的趋势,受力急剧增加阶段出现在回采工作面前后50m范围内;巷道顶板和两帮煤岩体在受采动影响后围岩浅部破坏范围有所增加,煤层破碎程度加剧,深部煤岩体出现不同程度破坏现象。     

采空区侧保留巷道围岩破坏分析及控制技术

针对王家塔煤矿3s101工作面采空区侧保留巷道受采动影响导致围岩破坏变形的问题,采用现场监测、理论分析、数值模拟等研究方法,对采动影响下保留巷道的围岩变形破坏特征、采动应力分布规律、以及围岩塑性破坏特征进行了研究。结果表明:受工作面采动影响,保留巷道位移变化主要在工作面后方顶底板,最大顶底板移近量达310 mm;巷道围岩主应力、主应力比值、最大主应力与z轴夹角的变化值在工作面后方175 m左右达到最大,最大主应力达到16 MPa,主应力比值达到2.32,最大主应力与z轴的夹角偏转至20°左右;受采动应力的影响,巷道围岩塑性破坏区也主要发生在工作面后方,塑性破坏范围在工作面后方175 m左右达到最大,顶板最大破坏深度达7.5 m。针对性地提出了“锚索+钢带”加强支护顶板的补强治理方案,保证了巷道围岩稳定,回采期间安全生产。     

回采动压影响下深井巷道变形破坏规律数值模拟研究

为正确指导深井工作面回采巷道经济安全支护,通过FLAC3D数值模拟软件,对工作面回采巷道在支护状态和工作面回采动压影响下,巷道变形破坏机制和破坏规律进行了模拟研究。研究结果表明,受工作面回采动压影响,巷道变形量和变形速率明显增大,且距离工作面越近,变化趋势越快,巷道移近量超过1000mm。在距工作面40m,受周期来压影响移近速率相对减小,巷道两帮和顶底板移近速率最大均为工作面回采到距离监测点10m范围内。     

向斜作用下回采巷道冲击地压力学分析及冲击特性研究

为探索向斜对回采巷道冲击地压的作用机制,以河南某矿区21221工作面为研究背景,采用力学分析、CDEM数值计算及现场实践相结合的方法,对向斜作用下回采巷道围岩冲击特性规律展开研究。建立了向斜作用下回采巷道力学模型及数值计算模型,分析了向斜作用下回采巷道围岩能量随采动影响变化趋势,得出如下结论：(1)向斜作用下回采巷道底板围岩应力集中较大,易发底板冲击,帮部围岩应力集中相对较高,可发帮部冲击,顶板围岩应力较小,不易发顶板冲击;(2)向斜作用下回采巷道围岩能量随采动影响总体上呈现先急剧增大,后持续稳定,然后突变降低,最后持续稳增加到一定应力状态,或者稳定不变;(3)向斜轴部巷道围岩变形以底鼓为主,向斜翼部巷道围岩变形是底板和帮部同时变形,向斜轴部巷道围岩变形整体上大于向斜翼部,前者底鼓量约为后者的2倍,且向斜轴部巷道底板深度1～3 m围岩变形剧烈,底板深度5～8 m围岩较为稳定,而向斜翼部巷道底板深度1 m围岩变形明显大于底板深度2～8 m围岩。力学分析及现场应用表明,其与数值计算结果较为吻合。     

采动影响下超前巷道围岩应力及变形控制技术研究

为进一步提高回采效率,降低工人成本支出,陈四楼矿21015工作面超前巷道采用主动支护进行围岩变形控制,通过对回采前后超前巷道围岩应力场及位移场进行计算,分析围岩变形破坏规律、不同回采程度下巷道围岩变形情况、不同工作面长度条件下巷道围岩变形规律,探明影响超前巷道围岩变形影响因素。研究表明,回采次数的增加导致超前支承压力由218 MPa增大至406 MPa,工作面前方应力增大区为27~32 m。其中,顶板位移量增大300 mm左右,两帮增大175 mm左右,随着回采推进,端部处巷道顶板位移呈现增大变化,距端部前方10 m处,4次回采顶板位移分别为699、874、869、827 mm,在端部前方15 m左右处,顶板位移基本恢复至未回采阶段,且工作面长度对水平位移影响较大,采用松动圈支护理论对超前巷道进行锚杆（索）参数计算,提出4种支护方案,并运用FLAC3D模拟不同方案下支护效果,最后通过工业性试验检验测得最佳方案有效地控制了围岩变形。     

孤岛工作面回采巷道能量特征及位移演化规律

以山东某煤矿5311工作面为背景,运用FLAC3D数值模拟,分析了该孤岛工作面顶板能量分布特征、巷道能量分布特征及工作面回采时巷道位移演化规律。分析表明,随着孤岛工作面的回采,基本顶及工作面巷道周围岩层形成能量积聚区域,表现出"煤体-围岩"系统的突然性释放。巷道采空帮聚集的弹性应变能远大于回采帮,发生冲击地压的危险性较大。巷道顶板最大位移量为115 mm,巷道顶板变形量明显大于两帮的变形量。     

孤岛工作面顶底板应力传递规律数值模拟研究

针对下伏运输大巷长期受孤岛工作面应力集中影响破坏严重现状,对孤岛工作面进行回 收处理,从而减小其对巷道围岩应力集中的影响。 采用数值模拟方法,对比分析孤岛工作面回采 前后顶底板应力传递规律,探讨孤岛工作面顶板支承压力规律、下伏运输大巷与孤岛工作面底板 垂直距离不同时底板应力变化规律。 研究发现:随着下伏巷道距离底板距离的增大,巷道围岩应 力集中程度呈现减小的趋势;工作面回采后底板应力明显得以释放,底板巷道围岩应力集中系数 减小52% ~60% ;底板巷道围岩剪切破坏呈现X形破坏。 研究结果为后续巷道围岩支护优化提 供了理论依据。     

赛尔四矿易冒落顶板锚杆支护参数的数值模拟

采用FLAC3D有限差分软件,对徐矿新疆赛尔公司四矿B9煤层易冒落顶板回采巷道在不同锚杆长度和直径下围岩破坏变形规律进行数值模拟研究,系统分析了工作面应力分布、回采巷道变形分布规律及回采巷道锚杆合理支护参数。结果表明:工作面支承压力分布超前约30 m,在此范围内,回采巷道变形显著,此区段需进行超前支护;合理的锚杆支护参数是锚杆长度为1.8 m、锚杆直径为18 mm。     

特大断面冲击地压巷道破坏机理及控制技术研究

为解决马耿村矿特大断面冲击地压巷道支护难题,介绍了巷道地质条件及围岩地质力学参数特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征,冲击地压巷道变形破坏的主要影响因素是高应力、强动载、卸压和支护体系。频繁冲击能量会产生冲击破坏效应;卸压措施会对冲击地压巷道围岩结构及支护体系产生巨大影响;主动支护体系失效导致冲击地压巷道变形严重破坏。提出特大断面冲击地压巷道矿压特征明显不同于非冲击地压巷道,不同区域及位置的巷道表面位移和顶板离层差异较大;受掘进影响巷道变形更快速更剧烈,稳定时间更长;冲击地压巷道锚杆锚索受力呈锯齿形或台阶形剧烈波动。在耿村矿进行试验,13230上平巷掘进断面超过30 m2,属特大断面冲击地压巷道。矿压监测数据显示,采用提出的支护方案后围岩变形得到有效控制,巷道支护状况得以明显改善。     

鄂尔多斯深部矿区冲击地压防治思考

根据国家能源西进战略,鄂尔多斯矿区近年来新建了部分深部矿井,由于缺乏深部开采经验,其在矿井建设阶段未充分考虑冲击地压因素,导致矿井在开采过程中面临冲击地压灾害.通过对鄂尔多斯深部矿区冲击地压显现现场调研,分析了其冲击地压影响因素,提出了鄂尔多斯深部矿区冲击地压研究方向.鄂尔多斯深部矿区受开采深度、煤岩冲击倾向性、顶板特...     

厚硬顶板宽煤柱临空巷道冲击地压防治技术研究

为研究厚硬顶板宽煤柱临空巷道冲击地压致灾机理,以彬长矿区文家坡矿4104工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究分析了两次回采扰动下宽煤柱垂直压力分布状态及覆岩活动规律,得出了该矿工作面集中动、静载荷的演化机制及冲击地压致灾机理。针对4104工作面临空巷道44.5m宽煤柱及顶板以上20m处厚硬砂岩岩层,设计了基于帮部煤体爆破卸压及顶板深孔爆破预裂卸压的动静载荷分源治理补强方案,通过微震监测结果分析,相比措施调整前临空巷道围岩活动性降低了95%,防治效果显著。     

中厚煤层窄煤柱沿空掘巷围岩稳定性研究

以恒源煤矿487工作面窄煤柱沿空掘巷为工程背景,基于该矿工程实况采用理论计算、数值模拟等手段综合确定487工作面回风巷最优护巷煤柱宽度为5m;基于数值模拟分析了487工作面回采后沿空掘巷超前段顶板、实体煤以及煤柱内围岩应力分布、围岩变形与塑形区演化特征,针对性提出了高强锚杆索组合非对称支护技术,并分析了巷道支护应力场的...     

深井高地压坚硬顶板采场围岩特性的数值模拟

深井高地压坚硬顶板采场矿压显现与围岩控制问题更加突出,分析煤壁、顶板、底板的应力状态与变形破坏特征,对深井高地压坚硬顶板采场围岩控制具有重要的意义．本文采用AN—SYS6．1数值模拟软件,模拟分析了不同采深条件下煤层和顶底板应力状态的变化特征,通过比较得到了支承压力、煤壁破碎区、煤壁变形、直接顶及底板应力等的变化特征,初步研究了深井高地压坚硬顶板采场围岩特性．结果表明,深井条件下围岩的受力情况更加复杂,围岩更容易出现应力集中,这提高了工作面的支护难度．     

深部近距离煤层群采动力学行为探索

我国深部近距离煤层群赋存开采比重大,采动力学机理不清,导致开采效率低,安全事故频发。深部煤岩体所表现出的物理力学特性及变形破坏特征较浅部有着本质差异,尤其在深部近距离煤层群开采条件下,临近工作面扰动影响将导致更加复杂的采动应力重分布过程。针对深部近距离煤层群采动影响下巷道围岩控制难题,依托平煤十二矿己_(14)和己_(15)深部近距离煤层群工程实践,在己_(15)-31030工作面进风巷内开展了巷道收敛变形、锚索应力现场原位监测试验,理论计算了近距离煤层群底板破坏范围并推导得出了巷道围岩变形速度公式,初步揭示了深部近距离煤层群采动力学行为。研究表明:己_(14)煤层底板破坏深度理论值约21.24～30.88 m,上覆煤层采动影响导致本煤层采场边界改变,巷道顶底板及左右帮收敛量约400 mm,巷道收敛变形量随采煤工作面推进呈现阶梯式缓慢增长与指数式快速增长两阶段模式,其中指数式快速增长阶段为巷道变形的主要阶段;锚索应力随采煤工作面推进呈现"近线性增长—跃阶式降低"两阶段演化模式,顶板锚索应力平均变化率、峰值应力均显著高于巷帮相应参数,巷道顶板采动效应较巷帮更为明显;锚索应力峰值点滞后最大收敛变形位置约40 m,采动影响时效相比单一煤层开采大幅延长约35 m,采动应力变化率及其峰值分别降低约53.5%,24.5%,己_(15)煤层采动影响范围约105 m;巷道围岩变形速率与距采煤工作面距离呈现反比例函数关系,在此基础上,进一步推导得出深部近距离煤层群距采煤工作面不同距离处围岩变形速度预测公式,并对比现场原位监测数据验证了该公式的合理性。研究成果可为同类深部近距离煤层群的巷道围岩变形速度预测、巷道支护及采矿技术优化等工程问题提供参考。     

基于FLAC3D数值模拟的钻孔变形特征及围岩稳定性研究

为了对钻孔变形特征及围岩稳定性进行研究,采用FLAC^3D数值模拟软件,建立了卸压开采数值模型,采用多维耦合数值模拟方法,研究了开采煤层顶板垂直应力随工作面推进的运移规律以及钻孔的挤压安全系数分布规律和剪切滑移量分布规律,分析了钻孔破坏的影响特征。研究得出:随着工作面的开采,上覆煤层产生了同步的位移,且岩层移动范围比下层煤开采范围大;随着开孔位置距离煤层顶板的偏移,当钻孔避开了顶板5~11 m挤压失稳区,钻孔挤压破坏危险区域也相对随之缩小,提高了钻孔开孔位置高度,有效减少了钻孔危险区范围。研究为钻孔的合理布置提供技术支持。     

采动巷道围岩非均匀变形特征及稳定性控制技术研究

受到原岩应力与采动应力叠加影响的巷道会产生非均匀变形,甚至发现顶板事故,采动巷道围岩稳定性控制是实现矿井安全高效开采的关键。针对长岭一号煤矿152106工作面轨道巷受到采动影响变形严重的问题,采用现场监测、数值模拟等研究方法,分析了采动巷道围岩变形特征及塑性区演化规律。结果表明：在采动影响下,巷道围岩变形呈非均匀特征,工作面前方巷道围岩变形量小于工作面后方,巷道煤柱侧变形量大于煤壁侧,顶板出现离层并且靠近煤柱侧底鼓量更大,局部可达400mm|工作面前方最大主应力、主应力比值、塑性区范围均小于工作面后方,塑性区呈椭圆形分布,巷道围岩位移量与塑性区范围具有一致性。据此提出了补强支护方案,即顶板补打锚索、煤柱对穿锚索及打设单体液压支柱,现场试验结果表明轨道巷煤柱帮变形减少了65%,巷道底鼓量260mm,工程应用效果较好。     

大倾角大采高煤矸互层顶板失稳规律及对支架的影响

为研究大倾角大采高煤矸互层顶板失稳规律及对支架的影响,以新疆焦煤集团2130煤矿25213工作面为研究对象,采用物理相似模拟实验、Rhino+Kubrix+FLAC 3D相结合的数值模拟及现场实测的方法,深入分析了大倾角大采高工作面不同夹矸层数、厚度下煤矸互层顶板失稳规律与顶板-支架相互作用特征。结果表明,煤矸互层顶板破坏是由于倾斜中部、靠近支架的煤线先产生局部压剪破坏,随之向附近软煤夹层、夹矸扩展,导致顶板非均衡破坏,诱发架前冒顶、煤壁片帮等现象。大倾角大采高煤矸互层顶板工作面支架工作阻力、顶板最大主应力及顶板变形均呈明显的非对称性,且随着夹矸层数增加,支架上方煤矸顶板集中应力影响范围、围岩变形影响范围及塑性破坏范围均有所增大。煤矸互层顶板支架与围岩有顶板与支架正接触、破断顶板作用于支架掩护梁、架间相互作用等3种作用特征。较一般顶板的大倾角工作面,煤矸互层顶板对支架作用力明显减小,支架工作阻力整体呈倾斜中、下部大于上部的特征;支架非对称受载表现为前柱侧向载荷大于后柱,但随夹矸厚度的增加,顶梁受载程度趋于均布化。结合研究结果,提出了缩短空顶时间、分区域控制、超前预爆破及工作面实时矿压监测等一系列大倾角大采高煤矸互层顶板稳定性控制措施,其中,重点控制工作面倾斜中部煤矸互层顶板的稳定性,来保证工作面的安全高效生产。     

深部巷道围岩破坏特征的数值模拟分析

针对深部巷道围岩失稳变形严重、围岩变形量大、应力集中程度高的支护特点,以淮南矿区丁集矿1422(3)工作面的巷道围岩为研究背景,运用理论分析和数值模拟的综合研究方法对深部巷道围岩的失稳变形机理及岩体破坏特征进行深入研究。相应探讨了围岩应力场的时空演化规律,揭示了围岩分区破裂的力学本质,为深部巷道的围岩治理及支护设计提供重要的理论参考。