基于不同工作面长度对覆岩移动破坏的数值模拟

为了满足矿床开采的需要,布置长距离的工作面减少巷道回采工作量,提高回采效率,以内蒙古北山盘陀山钨矿南部矿段为研究背景,采用FLAC3D进行数值模拟,通过分析不同高度覆岩内部应力及地表下沉曲率的变化,研究矿层在不同工作面长度开采过程中对覆岩移动变形和破坏的影响。结果表明:当矿层开采的距离相同时,随着工作面长度的增加覆岩内部应力平均值和地表下沉量增大的幅度在逐渐减小,通过对比预测不同工作面长度对覆岩内部的扰动情况,对地表沉陷控制、建筑物保护和工作面的安全生产具有重要作用。     

近距离开采巷道矿压及覆岩运动规律研究

以光道矿为研究背景,利用数值模拟软件对煤层与采空区交接应力分布及底板应力分布进行模拟分析,确定了下煤层巷道合理布置位置,同时通过对上工作面不同回采范围下煤层巷道变形进行分析,发现当上煤层工作面回采距离为0～60 m的范围时,下煤层巷道变形量最大,而当工作面回采大于60 m时,巷道变形量较小,巷道较为稳定。     

大采高综采工作面上覆岩层运移规律研究

通过理论计算的给出了斜沟矿8号和13号煤层上覆岩层的冒落带及裂缝带的高度及运移规律,并通过3DEC数值模拟软件对上覆岩层的各层下沉量进行监测,发现在煤层开采时155 m测点的位置上覆岩层总下沉量最大约为1.76 m,为斜沟矿巷道的支护提供一定的借鉴。     

坚硬顶板定向水力致裂弱化顶板技术

定向水力致裂技术能够通过高压水流切断煤岩体的原有结构联系,起到定向转移部分上覆岩层压力,主动改善煤岩体中的应力集中状况的作用。本文利用这一技术对临空巷道帮、顶板下沉等变形进行了实践,通过数据显示,该技术有效控制了巷道变形,保障了工作面顺利回采。     

强烈动压条件下巷道支护技术研究与应用

为了解决相邻工作面之间巷道动压影响的问题,结合马兰矿10704工作面轨道的实际情况,采用有限元模拟软件FLAC3D,分析了10704面轨道顺槽在掘进时受回采的动压影响,研究表明超前影响范围约为50 m,并且巷道与10702面回采相遇之后,受到临近工作面采空区上覆岩层形成结构动态变化,巷道围岩变形持续加剧趋势。采用“Φ22 mm×2 400 mm螺纹钢锚杆加W钢带加锚索加金属菱形网”联合支护,使10704轨道巷掘进期间未出现过大的巷道变形,同时顶板下沉量并不大,巷道的变形量趋于稳定。较好地解决动压条件下锚杆支护巷道掘进难题。     

大采高工作面顺槽围岩破坏特征及控制技术研究

针对大采高工作面顺槽回采期间围岩变形破坏严重问题,以西曲矿18501工作面顺槽为研究对象,通过分析巷道围岩破坏特征,结合工作面的覆岩赋存特征,研究了回采期间巷道围岩变形破坏机理,提出了大采高工作面顺槽围岩联合强化控制技术,并在现场进行工业性试验。试验结果显示,在工作面回采期间,巷道并未出现大变形现象,围岩控制效果良好,为类似地质矿井生产提供借鉴。     

软弱层状岩体巷道破坏形式及掘支技术

瓦房子锰矿巷道围岩为泥质页岩,属于缓倾斜极薄的层状岩体,矿岩层节理发育,比较破碎。在开采过程中,巷道地压显现严重,阶段运输巷道出现了顶板整体下沉后岩层折断、底板起鼓、两帮内挤等破环现象,虽然采取了多种支护措施,但效果不明显。通过对地压进行理论计算及巷道围岩变形破坏原因和形式的分析,提出了顶拱加仰拱的协同巷道围岩变形的巷道掘支方案,据此研究了巷道掘进断面形式和喷锚网支护参数。利用Flac3D对巷道进行数值模拟分析,通过对巷道断面及支护形式改进前后的对比分析,可以看出改进后的断面形状以及支护形式可以很好地协同巷道围岩变形。     

沿空留巷预制充填采空区数值模拟研究

为了解决沿空留巷采空区的上覆软弱岩层受工程扰动引起的围岩大变形和顶板的下沉量大等问题,本文利用数值模拟软件3DEC对不同预制断裂角下的巷道顶板下沉量和沿空留巷采空区上覆岩层的下沉量进行了分析,为解决沿空留巷造成采空区围压变形和顶板下沉提供了指导。     

深井巷道变形破坏形式与安全支护技术研究的探讨

冬瓜山铜矿是典型的千米深井矿山,深井具有高应力、存在岩爆倾向的特点。根据采切工程的性质、岩石物理力学试验、服务时间及矿岩的破碎程度,总结了冬瓜山矿井巷道工程变形破坏的一般规律。对影响冬瓜山深井巷道变形破坏形式的主要影响因素从地质构造条件、技术及管理等方面进行了深入的分析,对凿岩硐室、隔离矿柱、出矿巷道、出矿进路等主要回采作业地点中已出现的变形破坏情况,采用了不同的锚杆、喷锚、喷锚网＋锚索联合支护形式及参数支护措施,取得了很好的效果,基本保持了采切巷道工程的稳定性,为下步安全回采作业及大量出矿创造了很好的条件。     

大埋深厚硬顶板下分层工作面回采巷道布置优化研究

为研究厚煤层分层开采时下分层回采巷道合理布置问题,以首山一矿己15-17-12062工作面为工程研究背景,理论分析了下分层工作面回采巷道变形破坏特征,并对比分析了下分层巷道垂直、内错、外错三种不同布置方式的优缺点,并确定在该矿下分层工作面采用内错式布置巷道.通过数值模拟软件对不同内错距条件下的下分层巷道围岩演化规律进行...     

近距离煤层工作面煤柱合理留设与巷道围岩控制技术

为探究近距离煤层工作面煤柱合理留设宽度以及回采巷道围岩控制技术,以回坡底煤矿近距离煤层开采为工程背景,通过数值模拟、理论分析、现场实践等技术手段对不同宽度条件下煤柱破坏演化过程、影响因素、底板破坏范围以及11号煤层回采巷道围岩控制技术进行了深入研究。研究结果表明:(1)煤柱在预留煤柱时期、区段煤柱时期、保护煤柱时期、孤岛煤柱时期四个阶段过程中,煤柱破坏范围逐渐增大;煤柱弹性核占比均随煤柱宽度的增加而增加,本煤层回采巷道随煤柱宽度的增加从非对称性破坏逐渐演化为对称性破坏。煤柱破坏宽度与煤层倾角、黏聚力、煤柱宽度、内摩擦角和泊松比等因素成反比关系,只与埋深成正比关系。(2)随着煤柱宽度增大,煤柱底板破坏宽度与深度会发生变化,且底板破坏集中在煤柱边缘侧,煤柱正下方底板破坏区域较小。(3)煤柱应力集中作用致底板下方最大主应力发生偏转,底板任意一点与煤柱中心线的距离越大,最大主应力偏转角度越小;随着11号煤层巷道与煤柱边缘距离的增大,巷道围岩塑性区由倾斜的“X”形分布转变为倾斜的“8”形分布,再转化为倾斜的“O”形分布,最终转化为椭圆形分布;离煤柱距离较近时,巷道往往出现非对称性破坏,支护也要采取非对称支护形式。      

深部软岩巷道支护方案数值模拟研究

为确定某煤矿安全生产的巷道支护方案,以其601综采工作面顺槽开挖为背景,利用FLAC2D数值软件模拟,并对比分析了有无预应力桁架两种支护方案下巷道围岩的位移.应力和塑性区分布状态. 结果表明:采用原支护方案时,巷道顶板.两肩角及两帮等多处出现应力集中,塑性区域较大,并且巷道的变形量大,两帮的变形位移高达1 m;采用预应力桁架支护时,巷道顶板应力分布状况良好,只有两肩角及两帮深处岩体出现了应力集中,但塑性区域明显减小,巷道变形有较大改善,两帮变形位移降至0.0106 m,深部软岩巷道的损伤变形降低显著,在实际应用中取得了良好的效果,为煤巷支护设计提供了一种可行的方法.      

两翼工作面采动影响下采区大巷围岩变形破坏特征

与单翼采区相比,两翼工作面开采能提高煤炭资源开采效率和巷道利用率,然而两翼工作面先后回采对采区大巷具有多次采动影响,易导致采区大巷围岩变形加剧,甚至破裂。本文通过数值模拟、理论分析和现场实测等方法,研究了内蒙古利民煤矿I0309采区大巷在两翼工作面顺序采动影响下的应力分布及变化特征,分析了采区大巷围岩大变形机理,确定了I030901工作面停采线合理位置,研究结果对两翼工作面开采采区大巷的稳定维护具有重要的参考价值。     

厚硬顶板弱化前后垮落致灾数值模拟研究

针对采空区大面积顶板垮落对采区机械设备及工作人员造成的冲击灾害问题,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立顶板弱化前后块体冲击地面的三维计算模型,研究顶板弱化前后垮落体引起巷道内飓风风速的变化规律及冲击载荷对工作面煤层的影响。结果表明：在顶板下落过程中,由采空区到巷道口处,飓风速度呈增大趋势,且在巷道口处风速急剧增大,但风速在巷道内随着距巷道口距离的增大而衰减;随着顶板下落时间的增加,巷道内的风速整体呈上升趋势,但巷道内风速的衰减速率逐渐降低,且风速峰值随着所在位置与巷道口距离的增大呈对数衰减;大面积顶板垮落使工作面煤层出现应力集中现象,顶板弱化放顶循环步距控制在30 m以下可显著降低飓风的影响范围及冲击载荷对工作面煤层的影响。     

高水速凝材料在宁东矿区充填开采中的应用

宁东矿区是国家规划的13个亿吨级大型煤炭基地之一,同时也是国内少有的百亿吨级整装煤田。煤炭是我国的主要能源之一,但是在资源开采中为了提高经济效益,易形成采空区,产生地表沉陷等问题。为了减少地表沉陷,会使用煤柱在采空区进行支撑,但会造成大量煤炭的损失,不符合国家的可持续发展战略。在考虑了相关地质条件后,为了避免地表沉陷和造成煤炭损失,采用充填开采的方式开采煤炭资源,并用高水材料来代替煤柱,提高充填堆积体的整体强度和空间刚度,增强充填体对巷道顶部的支撑能力,降低了煤矿在掘采过程中巷间煤柱失稳的概率;同时,采用高水材料代替煤柱进行填充,提高煤炭资源的利用效率。     

地表超高渣堆对井下巷道稳定性的影响研究

The continuous growth of the height of the coal mine surface slag heap will make the stress size and distribution characteristics of the surrounding rock of the underground roadway under it change significantly, which will seriously lead to large deformation or damage of the roadway, and affect the safe and efficient production of the mine. Based on the geological occurrence conditions of coal strata, mining production and the actual situation of surface super-high slag pile in Wuhushan Coal Mine, a threedimensional model of surface slag pile and underground mining face in Wuhushan Coal Mine is established. The characteristic parameters of roadway surrounding rock stress peak value and location, mining influence range under different slag pile heights have been simulated and calculated, and then the influence law of different slag pile height on roadway stability is analyzed. Combined with the measured data of roadway deformation, the safety critical height of the surface slag pile is initially determined. The research results have important reference value for the safe and efficient production of similar mines.     

榆神府矿区采煤地表裂缝发育规律及特征

榆神府矿区是陕北一个重要的原煤产地，煤炭开发利用规模大、强度高，但区内生态环境脆弱，采煤诱发的矿山地质环境问题尤为显著。为全面掌握榆神府矿区采煤地表裂缝“静”、“动”态发育规律、揭示其形成机理，以榆神府矿区的安山煤矿、柠条塔煤矿和小保当一号井的典型工作面为对象开展研究。研究结果表明:① 地表裂缝分为台阶型、挤压隆起型、滑动型和拉张型4种类型以及“塌陷槽”、“平行并列”2种组合方式；② 榆神府矿区地表裂缝平面展布规律具有相对统一性，而地表裂缝表现特征具有差异性，且与采深采厚比呈负相关关系；③ 极浅埋煤层开采、浅埋煤层开采以及中深埋煤层开采地表裂缝分别具有滞后回采位置1.0 m、超前回采位置8.5 m和滞后回采位置30.14 m的动态展布规律，且地表裂缝滞后距与采深采厚比之间存在多项式的函数关系；④ 边界裂缝和面内正向坡裂缝具有“只开不合”的活动特征，面内逆向坡裂缝具有“先开后合”的活动特征，面内平坦区裂缝则具有“先开后合再开”和“先开后合”两种裂缝活动特征，平均活动时间3.7～7.0 d；裂缝“先开后合再开”的活动受覆岩运移控制，“只开不合”和“先开后合”的裂缝活动受地表移动变形控制，而斜坡裂缝活动机理则与坡体滑移密切相关。研究成果可为榆神府矿区地表裂缝治理和生态修复提供指导。      

金川二矿区地应力特征及其对巷道变形破坏的影响研究

随着地下工程建设不断向地球更深处发展,高地应力已成为影响深部巷道围岩稳定性的关键因素。针对金川二矿区高地应力问题,总结研究区地应力分布特征,采用离散元数值方法计算了3种不同地应力条件下巷道围岩的变形破坏过程。所得主要结论包括：（1）研究区地应力分布离散性较强,已测最大主应力多数为水平方向,但随着埋深的增加,竖直主应力逐渐接近水平主应力;（2）均质围岩巷道变形模式主要为顶板下沉和底鼓,变形主要依靠塑性流动,高地应力未改变巷道围岩变形模式,但加剧了其破坏程度;（3）在以水平地应力为主导的条件下开挖巷道,应加强顶、底板的支护,且塑性变形往往具有显著的时间效应,施工中应对巷道变形进行周期性监测。     

海底倾斜矿体开采沉陷预测研究

三山岛金矿新立矿区是我国唯一一座海底金属矿山,其对开采技术的要求较高,海下开采遇到了严重的安全问题,其中海底移动变形对采矿安全造成重大威胁。金属矿开采所引起的覆岩移动和变形是一个复杂的力学问题,掌握采空区覆岩体采动岩体移动规律和实现对覆岩沉陷的有效预测是新立矿区亟待解决的重要课题。通过对新立矿区井下55线各中段石门巷道顶板位移进行监测,得到了充填法开采倾斜金属矿体的覆岩移动和变形特征。在此基础上,提出了倾斜金属矿体充填采矿法引发覆岩内部移动和变形的悬臂梁机制。最后,通过分析顶板位移监测数据和位移曲线特征,提出了倾斜矿体充填法开采覆岩沉陷预测的轮廓函数方法。该方法由几个指数函数组成,采用该方法得到的沉陷预测曲线与实测结果十分接近,预测准确率都在85%以上。该研究结果对海底矿山的安全生产具有重要的指导意义。     

高温深井通风降温技术的适用条件研究

随着矿山开采深度的不断增加,“三高一扰动”恶劣开采环境问题日益突出,给矿井通风降温工作带来极大困难。对于深井矿山,仅采用通风降温难以满足深部开采的需要,系统研究高温深井矿山通风降温技术的适用性问题,对矿山深部开采具有重要的理论意义和工程适用价值。首先从热力学角度,揭示风流在通风线路中的热交换规律;其次利用差分法原理计算深井筒风流温度,并依此推导出巷道和回采工作面风流温度变化趋势;然后结合采场安全生产允许温度进行反推,最终获取通风降温条件下的可采极限深度计算公式,并选取广西铜坑矿锌多金属矿体作为工程应用试验区进行论证分析。结果表明：基于风流的热交换模型可以推导出风流在井筒、巷道及工作面的温度计算公式,该公式与低温梯度、风流流经路径长度有关;假定工作面温度达到安全开采允许最高温度,可反推出该条件下矿山可采极限深度和巷道通风极限长度（仅采用通风降温措施时）;基于铜坑矿区锌多金属矿的实际条件,代入相关数据,验证计算所得极限开采深度符合实际,即所推导公式是可行的。