基于ABAQUS数值模拟的采区巷道断面形状优化研究

 选取矩形、梯形、直墙半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、直墙半圆加反拱形6种常用采区巷道断面形状进行数值模拟分析,研究不同巷道断面形状开挖后位移分布,分析表明直墙半圆拱形巷道变形量最小,且加设反拱后对于减少底臌量效果明显。选取矩形和直墙半圆拱形断面作为代表断面,分析不同埋深H及侧压力系数λ对采区巷道变形特征、围岩应力影响。在此类围岩条件下,当采区巷道埋深小于400 m、侧压力系数小于1.6时,矩形巷道和直墙半圆拱形巷道围岩变形量差距较小,此时可以选择矩形巷道断面以满足经济性要求。     

区段煤柱留设宽度及耗散性研究

针对常村煤矿相邻工作面之间留设30m煤柱,巷道变形依然较严重的问题,通过经典极限平衡区理论公式计算,确定巷道最小煤柱留设宽度范围在6.7～7.58m;利用FLAC~(3D)数值模拟确定不同煤柱留设宽度方案中垂直应力和能量耗散情况分析,得出2015工作面巷道合理留设宽度为7m,能够保证巷道稳定性和煤炭回收率。     

大倾角煤层留小煤柱沿空掘巷技术研究

针对长沟峪煤矿大倾角煤层留小煤柱沿空掘巷问题,采用岩体极限平衡理论,将沿空掘进的巷道布置在有一定的承载能力的塑性强化区中,区段小煤柱预计留3 ～4m.通过对综采一壁开采后和综采二壁区段回风巷开挖后两种情况模拟,小煤柱的留设尺寸分别取3m和4m二种情况进行数值计算.计算结果表明:留设3m小煤柱比留设4m小煤柱能够更好地满足安全生产要求.该研究能够为其他类似条件矿井的煤柱留设提供一些重要的参考依据.     

软煤层大采高工作面巷道煤柱尺寸优化

针对长平矿大采高工作面巷道留设合理煤柱宽度问题,通过煤柱稳定性理论计算、应力实测、有效支撑面积分析,对大采高综采工作面巷道煤柱尺寸进行了合理优化。采用煤柱稳定性理论计算得出护巷煤柱宽度为64m,实践结果表明留设煤柱尺寸较保守。经综合分析认为留设煤柱宽度约为50m时,既能保证巷道回采的稳定性,又可减少煤柱资源浪费。     

复采煤层末采煤柱合理留设宽度研究

为优化煤柱留设宽度,提高采区煤炭采出率,确保工作面的回采推进速度,结合薛虎沟煤矿2-106工作面实际开采条件,运用理论分析与数值模拟相结合的方法对2-106B工作面停采护巷煤柱尺寸进行研究,通过对护巷煤柱进行极限平衡计算,确定留设合理煤柱尺寸应不小于20.32 m;通过FLAC3D数值模拟分析保护煤柱宽度为25,22,20,15,10 m条件下巷道围岩变形情况,得出留设保护煤柱宽度为22 m时,煤柱内集中垂直应力逐渐向稳定非对称拱形分布形态过渡,煤柱两侧产生一定剪破坏和拉破坏,但煤柱中部未破坏区域范围扩大,煤柱稳定性较好;煤柱留设宽度为22 m时,对2-106B工作面液压支架拆除的时间段护巷煤柱应力进行监测,结果表明,巷道围岩得到有效维护,并处于稳定状态。     

千米深井综放工作面小煤柱护巷参数设计

针对千米深井强矿压煤层条件巷道支护难题,以新河煤矿3#煤层综放工作面开采实践为基础,模拟分析了宽度为5 m的小煤柱沿空掘巷侧向支承压力及煤柱应力分布规律,分析计算了合理的巷道断面尺寸及支护参数,进行了工作面超前支承压力及小煤柱应力分布规律的现场监测分析。研究结果表明:沿空巷道掘进后小煤柱应力分布呈现两侧压力降低、中间压力增高的趋势,工作面超前支承压力峰值位于工作面前方约20 m处,采空区侧超前支护范围应大于30 m,确定沿空巷道断面尺寸为4.5 m×3.8 m,小煤柱留设尺寸、巷道断面及支护参数满足巷道围岩控制要求。     

矿井沿空掘巷工程理论基础及关键技术研究

以5-407工作面胶带巷为研究对象,分析了保证煤柱和沿空巷道稳定的最小和最大煤柱留设尺寸,通过公式计算得到煤柱合理留设范围为4.8～6.9 m。采用FLAC3D对工作面沿空巷道留设不同煤柱尺寸垂直应力大小和巷道围岩变形量进行数值模拟,通过分析煤柱垂直应力图和巷道顶板、两帮变形量,得到保证煤柱和巷道稳定的煤柱最优尺寸为5 m。     

高应力厚煤层不同宽度护巷煤柱数值模拟研究

为研究高应力厚煤层巷道掘进过程中护巷煤柱宽度留设的问题,根据掘进工作面工程地质概况,采用FLAC~(3D)数值计算方法对不同煤柱宽度进行模拟,研究不同宽度煤柱下的垂直应力、水平应力及塑性区分布规律。研究结果表明:煤柱宽度的留设对巷道围岩应力影响较大,留设5m煤柱,峰值应力达到43.3MPa,煤柱宽度为25m时,峰值应力为27.5MPa;巷道开挖过程中,受到压应力远大于拉应力,拉应力随煤柱宽度增加"先增后减",当煤柱宽度为15m时,压应力最大,为20.7MPa,当煤柱宽度为20m时,压应力最小,为17.7MPa;煤柱宽度小于10m,煤柱整体呈塑性状态,煤柱宽度大于10 m,弹性核区宽度随煤柱宽度增大而增大。综合考虑,留设护巷煤柱最佳宽度为20m。     

厚煤层条件下合理宽度煤柱留设研究

采用FLAC2D模拟软件对跃进煤矿特厚煤层条件下不同宽度煤柱留设进行了理论模拟,分析了不同护巷煤柱条件下垂直应力与垂直位移分布情况,理论得知留设5m的窄煤柱段与30m的宽煤柱段对掘进巷道起到的保护效果基本相同。井下现场在1210工作面掘巷期间留设5m的小煤柱和30m的宽煤柱进行了现场工业性试验,KBD5仪器采集的电磁辐射数据整体偏小且波动不大,说明留设5m的小煤柱能稳定的起到对巷道的保护作用。     

深井厚煤层沿空掘巷巷旁煤柱留设与支护设计

该文通过对朝阳煤矿深井厚煤层沿空掘巷由巷道变形量的计算推算出原始巷道断面尺寸大小从而进一步计算出巷旁煤柱留设尺寸,并对巷道支护参数进行了计算。对国内其它深井厚煤层矿井沿空掘巷巷旁煤柱留设与支护计算起到一定的借鉴作用。     

大倾角工作面回采巷道断面形状优化

针对开采大倾角煤层时,矩形回采巷道出现围岩变形不对称的问题,在3308工作面轨道巷开挖前,设计矩形和直墙微拱形巷道断面,采用FLAC^3D对巷道应力分布特征、巷道围岩移进量及塑性区进行比较。结果表明：应力方面,直墙微拱形断面帮部和顶部破坏减少,承载能力较强。位移方面,直墙微拱形断面巷道围岩移进量总体比矩形小。综合可得,直墙微拱形巷道断面为最合适断面,最后针对直墙微拱形巷道提出对应支护建议,对类似巷道断面选取具有借鉴意义。     

基于能量耗散留设窄煤柱合理尺寸研究

针对某矿2101W工作面巷道煤柱留设尺寸不合理,巷道变形严重的问题,利用能量释放的方法进行沿空掘巷窄煤柱留设研究,确定工作面窄煤柱合理留设尺寸;首先基于理论计算确定窄煤柱留设尺寸范围为6.29～7.11 m,然后设计煤柱方案,利用FLAC~(3D)并结合热力学定律进行可释放弹性能的分析,确定沿空掘巷合理煤柱尺寸为7 m。     

大采高综放面采动影响下合理区段煤柱宽度研究

大采高综放工作面由于生产需要,形成了一类超高煤帮、特大断面的巷道,增加量巷道支护的难度。留设合理宽度的区段煤柱,能够使巷道处于应力降低区内,避开残存支承压力顶峰的影响,有效改善巷道围岩的应力环境,降低支护难度、增强巷道的安全可靠性,还能够一定程度提高资源的回收率。本文以塔山矿8105工作面5105回风巷道区段保护煤柱为例,应用极限平衡理论计算得到合理的煤柱尺寸为34m,采用FLAC5.0数值模拟软件模拟分析了不同护巷煤柱宽度煤柱内的垂直应力分布和巷道变形破坏情况。通过理论分析与数值计算相结合,最终确定留设煤柱宽度为34m。     

平煤十三矿沿空掘巷窄煤柱留设及支护技术应用实践

窄煤柱留设尺寸及围岩支护控制关乎沿空掘巷的成功与否,也是煤矿安全生产的关注重点。为摸清沿空掘巷煤柱留设尺寸与围岩运动特征之间的规律,设计合理的支护参数,以平煤十三矿现场实际需求出发,采用数值模拟的手段模拟分析了不同煤柱尺寸下围岩运动特征,结合理论计算确定了沿空掘巷窄煤柱合理留设尺寸,设计了动压巷道支护参数,并模拟分析了巷道支护控制效果,最后将设计的围岩控制方案进行了现场应用及围岩观测。研究结果表明:平煤十三矿工况条件下沿空掘巷窄煤柱留设尺寸为5m时,巷道断面收缩率最小;提出的组合支护方案参数设计合理可行,现场观测受采动影响巷道断面收缩率控制在15%以内,围岩控制效果较好。研究成果能够为类似工况条件下煤矿工程施工提供可鉴经验。     

450m综采面巷道布置及支护方式合理性分析

为提高回采率,减少资源丢失,哈拉沟煤矿12上101工作面设计布置450 m长综采工作面。介绍了该工作面巷道布置方式和支护方式,采用理论计算方法对巷道煤柱留设和支护强度进行了验算,并经实践验证,巷道支护稳定性较好。表明巷道煤柱留设15 m,巷道采用锚杆、锚索+钢带、钢筋网的支护方式合理。     

伊田煤矿护巷煤柱合理尺寸研究

留设煤柱对回采工作面巷道的稳定性至关重要.为确定伊田煤矿2203综放工作面回风顺槽与2205综放工作面回风顺槽之间护巷煤柱的合理尺寸,在了解巷道地质赋存条件、煤岩力学特性及巷道的几何断面特征后,结合FLAC3D模拟结果,最终确定了在该矿区生产地质条件下留设煤柱的合理宽度为7m.     

中厚煤层区段煤柱合理留设宽度分析

工作面开采过程中区段煤柱合理留设宽度对矿山提高回采率及巷道围岩稳定性具有重要作用。以彬长矿区某矿综采工作面区段煤柱留设为研究背景,通过区段煤柱宽度理论计算,得出煤柱宽度为7.9～9.8 m。利用数值模拟方法分别对8 m、10 m、15 m煤柱宽度条件下工作面开采过程中的煤柱垂直应力、水平应力和位移进行研究,发现从平衡应力场状态出发,留设8～10 m宽度煤柱以确保应对较长时间尺度下煤岩体非塑性状态的蠕变和流变;而从平衡后的位移场出发,选择留设8 m煤柱即可满足其变形很小且有一定有效宽度并处于良好弹性状态,同时能够发挥其对顶底板岩层的支承作用和对巷道的保护作用。综合分析相关结果并应用于工程实践中,得出了区段煤柱合理留设尺寸,为类似条件下区段煤柱的留设提供了依据。     

大采高沿空留设小煤柱宽度优选

为减少井下因留设区段煤柱造成煤炭资源的丢失,以内蒙某矿大采高沿空掘巷留设小煤柱为研究背景,通过对地质资料勘察、有限元数值模拟方法对留设不同小煤柱宽度尺寸进行研究,研究结果表明:当煤柱宽度为3 m、4 m时,巷道处于煤柱支承应力升高区域内;煤柱宽度为5m、6m、7m时,巷道处于煤柱应力降低区域,留5 m时的煤柱应力峰值依然较高,峰值为23 MPa,留7m小煤柱时煤柱的应力降低幅度不大,留设7m煤柱浪费煤柱资源,不符合现场生产效益的要求。所以,从煤柱承载稳定性和煤炭的采出率角度,留设6m小煤柱最为经济合理,现场工业性试验表明该条件下沿空掘巷巷道控制效果良好。     

孤岛工作面小煤柱合理尺寸与支护研究

针对特殊的孤岛工作面伴随冲击地压现象的煤柱留设及巷道支护问题,对工作面上覆岩层"T"型结构稳定性特征进行了分析,计算出小煤柱理论最小宽度。运用UDEC数值模拟比较了留设不同煤柱尺寸下采场围岩的稳定性,并对30222工作面回采巷道进行锚喷注浆支护。研究表明:"T"型结构的稳定性决定了小煤柱尺寸的留设,留设不同宽度煤柱时,采场矿山压力显现有较明显的差异。针对30222孤岛工作面,留设7m宽度的小煤柱时,矿山压力显现相对较缓和,锚喷支护后,护巷煤柱和回采巷道顶底板的相对变形量均较小,效果明显。     

二叠系厚煤层综放工作面合理区段及停采煤柱留设宽度研究

同发东周窑矿目前开采山西组4#煤层,属二叠系厚煤层综放开采,目前区段煤柱普遍留设30 m,停采煤柱留设120 m,存在巷道强矿压显现以及煤柱资源严重浪费等问题。本次研究运用理论分析、数值模拟的方法,就同发东周窑矿8103工作面区段煤柱与停采煤柱如何合理留设宽度进行研究,最终确定留设6 m区段煤柱及80 m停采煤柱可以有效解决巷道及停采强矿压现象,工作面煤炭资源回收率大幅提高。