特厚煤层综放采场支承压力分布的数值模拟

针对特厚煤层综放采场邻空巷道超前支护段巷道大变形问题,通过FLAC3D数值模拟软件模拟郭家河煤矿1305工作面回采过程,得到综放采场支承压力的分布特征,分析邻空巷道大变形的原因。结果表明:随着工作面推进,特厚煤层综放工作面超前支承压力峰值及影响范围逐渐增大,峰值点位于工作面前方10~25 m,峰值应力集中系数在1.2~3.2之间,支承压力影响范围超过100 m,影响集中区域为工作面前方60 m;采空区的存在使得工作面侧向支承压力影响范围增大4倍以上,应力集中系数增大0.7~1.3,随着工作面邻近,侧向支承压力增长速度变快,应力峰值深入实体煤的距离增大;邻空巷道强矿压显现是双向高支承压力叠加作用的效果。     

综放工作面应力分布规律的数值模拟研究

以燕子山煤矿8102综采放顶煤工作面为研究对象,通过数值模拟试验,分析了工作面回采过程中采场围岩应力、破坏分布规律。结果表明:受到采动及巷道围岩应力集中的影响,在工作面煤壁边缘、巷道边缘均发生不同程度的屈服破坏;8102工作面超前支承压力值呈现采面中部运输机机尾运输机机头的特征,支承应力峰值出现在煤壁前方10 m附近,影响范围为工作面煤壁前方80 m,最大应力集中系数1.6。     

近距离跨采巷道预加固技术研究

近距离跨采巷道在受到原岩应力和超前动压的共同作用下,维护变得十分困难。针对近距离跨采巷道围岩控制难题,以桃园煤矿Ⅱ4采区运输上山为研究背景,通过理论分析上覆1042工作面回采时跨采巷道的采动支承压力分布规律,提出了针对性的巷道预加固技术。研究结果表明:随着上覆工作面的推进,在工作面前方底板形成应力增高区,在采空区下方形成应力降低区。由上覆工作面回采引起的垂直应力峰值随着埋深的增加逐渐远离工作面,且应力集中系数随着埋深的增加逐渐减小。沿工作面推进方向的水平应力集中程度远小于垂直应力的集中程度,且受上覆工作面回采引起的水平应力对跨采巷道围岩稳定性的影响较小。当上覆工作面推进至距离跨采巷道50 m时,跨采巷道开始受到超前动压影响;当上覆工作面推进至距离跨采巷道15 m时,垂直应力峰值位于跨采巷道的正上方,此时跨采巷道受超前动压影响最大。采用注浆锚索加底板注浆对巷道底板和围岩深部进行预加固支护,通过预加固能够有效地控制跨采巷道的围岩变形,实现了煤矿的安全高效生产。     

千米深井不同采高下围岩应力分布规律研究

以唐口煤矿1305工作面为工程背景,运用三维数值模拟对不同采高下千米深井围岩应力分布特征进行了研究分析。研究表明:在开采过程中,煤壁前方应力集中区分布呈"双肺状"对称分布,超前支承压力峰值与影响范围随着工作面的不断推进而逐渐增加,采空区上覆岩层破坏面积、高度逐渐增大。     

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。     

工作面超前支承压力分布规律研究

 对某矿岩浆岩侵入条件下首采工作面超前支承压力进行了研究,采用UDEC数值模拟软件分析了回采期间顶底板应力场的变化特征及超前支承压力分布规律。采空区支承压力接近原岩应力,回采工作面明显处于卸压区,回采煤体前方形成应力集中区。并使用钻孔应力计对回采煤体超前支承压力进行了实测分析,进一步研究了超前支承压力分布规律,为首采面的安全回采提供了技术支持。     

千米深井大采高采场围岩应力分布规律数值分析

煤矿深部开采的应力集中异常突出,以唐口煤矿1305工作面为例,利用FLAC3D有限差分软件对千米深井大采高采场围岩应力分布规律进行数值分析。模拟结果表明:1305工作面回采时,在采空区四周煤体内形成对称的"双肺"状支承压力影响区;随着工作面推进,采场支承压力峰值及采空区上覆岩层破坏高度逐渐增大,工作面见方后,采空区顶板破坏高度与超前支承压力峰值变化趋于稳定,支承压力最大峰值约为72MPa,应力集中系数k为3.0;工作面煤壁前方与采空区两侧煤体内支承压力峰值随工作面推进向深部转移,且支承压力影响范围逐渐增大,压力峰值与工作面煤壁之间的距离基本保持在8~15m范围内。     

三巷道工作面巷道矿压特征分析

对小峪煤矿4801长壁工作面巷道在不同开采阶段,帮部支承压力分布特征进行了研究.研究结果表明:三巷道掘成后,中间巷道两帮围岩破坏深度大,且应力集中系数较高;两边巷道靠近中间巷的帮部围岩破坏深度比靠近外边的帮部围岩破坏深度要大,相应的应力集中程度也较高,但都小于中间巷道的两帮.上区段工作面采过后,由于巷道上覆破断块体的旋转下沉,靠近上区段采空区的煤柱压力增大,煤柱的塑性破坏区域加深,应力集中向岩体深部转移,在所有巷道和煤柱帮部中,靠近上区段采空区的破坏区域大,相应的应力集中程度也高;下区段工作面采过后,由于巷道上覆破断块体的旋转下沉,靠近下区段采空区的煤柱压力增大,煤柱的塑性破坏区域加深,应力集中向岩体深部转移.     

采动影响下底板岩体及巷道破坏时空演化特征分析

明确工作面底板采动应力分布规律,实现采动影响下底板岩体及巷道破坏程度的精准把握,能有效防止底板巷道的变形失稳。为此,根据极限平衡理论,构建煤岩体超前采动应力力学模型,获得支承压力扰动阶段和采空区卸压阶段底板岩体的力学分布规律,并基于压剪破坏准则及岩体卸荷损伤机制,得到底板岩体及巷道围岩破坏时空演化特征,进一步采用数值模拟进行可靠性验证。结果表明：采高增大,工作面前方煤体塑性区范围增大,超前支承压力集中系数减小;超前采动支承压力越大,底板岩体内主应力差越小,莫尔应力圆半径小,对底板的影响强度减弱,具体表现为底板岩体压剪破坏深度的减小;卸荷后底板岩体受力状态相同,岩体卸荷起点的增大,卸荷量增加,卸荷张拉破坏加剧,底板岩体塑性区呈“马鞍形”;推进过程中巷道围岩塑性区发生由“椭圆形”-“蝶形”-“竖直椭圆形”时空演化特征,采动支承应力越大,巷道破坏越严重,破坏主要集中在顶板及肩角位置。设计初采高度为3.5 m,通过布设光纤测试系统,得到采动过程中底板岩体及巷道随工作面推进变形与破坏的时空演化规律,测得底板岩体破坏深度最大为16.7 m,巷道围岩破坏深度最大为5.2 m,巷道围岩体在整个监测期间...     

急倾斜采煤工作面应力集中特征及数值模拟分析

针对长沟峪煤矿-410 m水平超龄向斜以北15槽工作面煤层倾角较大、易塌冒、易发生煤炮等动力失稳现象频发的现状,运用FLAC3D软件模拟了不同推进距离工作面超前支承压力和弹性应变能分布规律。结果显示,在工作面前方局部区域产生2.7倍于原岩应力的垂直应力,并且随着工作面的推进应力集中系数逐渐增大;在较高的动态集中应力作用下,煤岩体聚集了大量的弹性应变能,且随着工作面的推进能量不断的聚集;通过对塑性区的分析可知该区域附近形成变化较大的剪应力,一定程度上加剧了煤岩体破坏。     

综采工作面顶板围岩应力特征相似模拟研究

为揭示采动影响下上覆岩层变化规律,以淮南矿业集团谢桥矿1232(1)综采工作面地质条件为工程背景,采用相似材料模拟实验和理论分析的方法,对综采工作面顶板围岩应力特征进行研究。相似模拟研究结果表明:随着采煤工作面的不断推进,工作面前方煤体内应力与超前支承压力峰值不断增大,当工作面由30 m推进至150 m,工作面顶板围岩各监测点处超前支承压力达到峰值时的最大应变量由14增大到292;工作面前方煤岩体经历了由原岩应力到应力升高再到应力降低的过程,其中80 m范围之外为原岩应力区,10～80 m为应力增高区,10 m范围内为应力降低区;随回采推进,各区逐渐向内部转移,对于地质变化不大的煤岩体而言,"三区"会逐渐扩大前移,但整体变化范围不大。研究结果可为中厚煤层的实际开采提供一定的理论指导。     

采动条件下褶皱构造区不均匀应力场演化特征研究

褶皱作为地壳岩层运动形成的地质构造之一,其附近岩层分布较大的残余不均匀构造应力,是诱发煤矿冲击地压的主要因素。针对这一问题,以义马煤田千秋煤矿21221工作面为工程地质背景,建立了褶皱构造赋存条件下的数值模型,施加了不均匀构造应力,分析了工作面开采时褶皱构造区域应力场的演化特征,研究了采动影响下褶皱构造不同区域矿压显现规律。研究结果表明:褶皱构造的原岩应力场的分布具有明显的空间分布区域性,即垂直应力和水平应力在向斜和背斜轴部表现出不同的分区特性,向斜轴部处出现了应力集中。随着工作面推进过向斜和背斜,水平应力和垂直应力在采空区顶板和底板均形成了椭圆形卸压区,垂直应力卸压区演化沿褶皱向斜或背斜法线方向逐渐扩大,垂直应力在工作面超前区域出现了一定范围的应力集中,应力集中区远离轴部扩大;水平应力在工作面垂直方向上较远处区域出现了应力集中,应力集中区逐步向顶板和底板远处发育,水平应力在卸压区内顶板应力的释放程度要明显高于底板。在工作面过褶皱轴部和翼部阶段,工作面超前支承压力的峰值随开采距离的增加而增大,应力集中系数则先增大后减小。工作面自背斜轴部俯采时工作面前方支承压力较大,自向斜轴部仰采时较小。当工作面过褶皱轴部时,直接顶受压状态的应力集中程度逐渐减小,减小的过程伴随着能量释放激增的现象,此时极易诱发冲击地压。     

大倾角煤层多重扰动煤巷围岩应力分布规律

基于山西大远煤业有限公司1202工作面运输平巷大倾角煤层赋存条件,采用理论分析和数值仿真的综合研究方法,研究巷道在采空区侧向支承压力与超前支承压力叠加作用下的应力分布规律,并基于应力分析结果,提出合理的区段煤柱宽度。研究显示：在叠加压力作用强烈影响下,巷道围岩应力呈非对称分布特征,帮部集中应力与煤层底板侧向支承压力峰值影响范围贯通;侧向支承压力成为导致工作面超前支承压力非对称分布的主要因素,两者产生强烈应力叠加效应,形成典型多重扰动叠加应力环境;从减小巷道围岩应力非对称程度出发,并考虑煤柱与顶板和底板岩层的滑移破坏,建议山西大远煤业有限公司大倾角煤层区段煤柱宽度取值范围为6-12 m。     

深井跨采巷道围岩应力分布及变形规律模拟研究

基于煤矿跨采过程中存在的工作面矿压显现加剧、巷道围岩难于控制等现实问题,结合具体工程条件,应用FLAC数值模拟软件对上方工作面开采过程中的巷道围岩应力分布特点及围岩变形移动规律进行了模拟研究,得出了工作面前方移动支承压力在底板的传播引起底板岩层处于应力升高区,位于该区内的底板巷道,随着工作面的推进,巷道依次处于原岩应力区、应力升高区、卸压区和卸压稳定区,且在工作面距离跨采巷道前后50 m范围内,应力集中程度较强。在跨采期间,巷道的主要变形发生在工作面跨巷道的时间段,2帮应力集中程度强于顶底板,并引起巷道一定程度的变形。     

大断面沿空掘巷围岩变形规律数值模拟分析

利用FLAC3D软件对大断面沿空掘巷围岩变形规律进行计算,分析沿空巷道在掘进和本工作面回采期间的应力、位移及塑性区分布变化规律,得出沿空巷道围岩以剪切破坏为主,破坏形式为两帮中下部煤体向巷道内挤出;在沿空巷道掘进和掘后稳定阶段,小煤柱为主要承载结构,在本工作面超前支承压力影响下,小煤柱受到破坏,支承压力高峰逐渐向实体煤侧转移。     

大断面沿空掘巷围岩变形规律数值模拟分析

利用FLAC3D软件对大断面沿空掘巷围岩变形规律进行计算,分析沿空巷道在掘进和本工作面回采期间的应力、位移及塑性区分布变化规律,得出沿空巷道围岩以剪切破坏为主,破坏形式为两帮中下部煤体向巷道内挤出;在沿空巷道掘进和掘后稳定阶段,小煤柱为主要承载结构,在本工作面超前支承压力影响下,小煤柱受到破坏,支承压力高峰逐渐向实体煤侧转移。     

特厚煤层大采高工作面支承压力分布规律研究

随着厚煤层一次采全高高度的增加,工作面超前支承压力特征势必与普通工作面不同。尤其对于特厚煤层而言,超前应力影响范围、围岩破碎程度等会表现出不同的特征。文章以山西某矿特厚煤层12302工作面为背景,通过现场监测得出,超前支承应力影响范围为45 m左右,在超前工作面20 m附近达到峰值,围岩移近量及破坏程度远大于普通采高工作面;通过钻孔窥视得出特厚煤层大采高工作面回采巷道超前工作面20 m范围内靠近工作面侧顶板较为破碎,靠近煤柱侧及中央破碎位置主要位于巷道留设的顶煤中。该研究结果对特厚煤层大采高工作面巷道支护及顶板管理提供科学的指导。     

受采动影响综采工作面矿压显现特征数值模拟分析

针对古汉山矿17126大采高综采工作面的地质条件,采用计算机数值模拟(FLAC3D)系统,对试验面不同回采距离时,超前支承压力、上覆岩层移动以及围岩塑性区分布等特征进行分析,得出该工作面超前支承压力的影响范围为煤壁前方50 m,应力峰值位于煤壁前方5~7 m;回采时工作面中部顶板下沉最大,且最大下沉量不足以造成工作面压架;随着工作面的推进,采场围岩塑性破坏区范围不断增大且表现为采空区上方以拉伸破坏为主,工作面上方以剪切破坏为主。     

大倾角煤层回采巷道的矿山压力研究

针对石台矿Ⅲ313工作面回采巷道在工作面回采过程中围岩变形破坏的具体情况,采用数值计算、现场实测等研究手段,研究了大倾角工作面回采巷道围岩在工作面超前支承压力的作用下变形破坏的规律性和复杂性。结果表明,倾角增大不仅使回采巷道内围岩应力分布表现出与倾斜、缓倾斜煤层不同的特征,而且上下平巷矿压显现也不尽相同,其主要表现为运输平巷的集中应力大于回风平巷,给出了运输平巷和回风平巷超前支护的范围和巷道支护的关键位置。     

宽沟煤矿冲击倾向性顶板综放面超前支承压力规律研究

为了掌握宽沟煤矿特厚煤层坚硬顶板放采场超前支承压力分布规律,以宽沟煤矿W1123综放面为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法分析了工作面不同推进度下超前支承压力应力集中系数、峰值距煤壁距离和影响范围,掌握了宽沟煤矿综放面前方支承压力的分布特征及围岩塑性区扩展特点,确定了工作面前方巷道侧和煤柱侧各自的应力分布特点,并结合现场实测结果,确定了该矿综放工作面的动压影响范围,为后续工作面巷道支护参数的调整和超前支护范围的确定提供了参考。