向斜轴部倾斜煤层应力状态分析

为了保证长沟峪矿向斜轴部倾斜煤层的安全开采，用FLAC^2D对工作面推进过程中的煤层应力状态进行工程数值模拟，研究向斜轴部原岩应力状态的变化规律和向斜两翼采空后轴部煤层的应力状态分布规律，结果表明向斜轴部煤层应力状态相对集中，采空区前方煤体存在应力集中区，在对轴部煤层进行开拓采掘时应加强超前支护管理，确保向斜轴部工作面安全生产。     

褶皱构造对深井采动应力演化的控制规律研究

针对褶皱构造引起的采场应力异常及采场动力灾害问题,采用FLAC~(3D)数值模拟的方法,研究了褶皱区域煤层开采过程中的应力演化规律,分析了褶皱区域不同位置工作面煤岩应力分布特征。研究结果表明:受上覆岩层和水平挤压作用形成的皱褶,背斜与向斜轴部水平应力集中,其中背斜与向斜内弧压应力集中,外弧拉应力集中;在褶皱中回采时,水平应力起主要控制作用,工作面接近背斜轴部时,顶板岩层稳定性逐渐降低,而底板岩层稳定性逐渐升高;工作面在背斜与向斜之间推进时,自背斜轴部仰采推进时煤壁前方应力更低,回采更安全。赵楼煤矿千米埋深的7301工作面在褶皱中推进时,俯采接近向斜轴部时微震日平均能量增大,仰采推进至背斜轴部时发生工作面煤壁片帮,顶板破碎、垮落等现象,现场观测与模拟分析结果较为吻合。研究结果对采场褶皱区安全开采具有一定的指导意义。     

褶皱构造形成机制及其应力场分布规律的研究

为探究褶皱形成机制及其应力场分布规律,基于粘弹性梁理论,推导了褶皱蠕变弯曲后挠度、弯矩、剪力方程,表明褶皱的形成主要受构造应力与自重应力控制,与岩层的蠕变特性密切相关。利用数值软件模拟了褶皱形成过程,发现水平方向上背斜向斜轴部是应力集中区域,竖直方向上应力由大到小依次为:核部、背斜向斜的波峰波谷、翼部。建立了褶皱模型并对中间煤层采用不同工作面推进方式开挖,通过监测顶板、支撑面、底板3处应力可知,采用自向斜轴部工作面仰采的推进方式更为安全。     

复杂构造突出煤层地应力分布与损伤状态模拟

复杂地质构造突出煤层中地应力分布与煤体损伤状态对煤层瓦斯赋存状态与瓦斯压力梯度分布起着重要作用。运用岩石力学模拟软件分析了里王庙矿-1152石门与坦家冲矿236-80石门揭煤区域复杂地质构造突出煤层中地应力分布与煤体破坏规律,结果显示:在曲率较大位置的煤层顶底板岩层极易出现水平应力集中的现象,构造区域煤层内水平应力呈现明显的竖直层状分布,在一定程度上导致了在煤与瓦斯突出过程中煤层会呈层状破坏向外喷出现象的产生;在背斜或向斜轴部附近的翼部区域会存在应力梯度变化拐点,应力变化明显;褶皱背斜轴部及其附近区域出现了应力中和面,且中和面附近翼部区域煤体最先产生破坏,且破坏最为严重。     

向斜构造煤与瓦斯突出机理探讨

为了确定向斜构造煤与瓦斯突出机理,从应力、煤体结构特征和瓦斯压力及含量等方面对向斜构造进行了分析.利用弹性梁的应力、应变理论,分析了煤层与围岩组成的软硬互层系统的层间滑动特征和应力-应变特征、煤体宏观与微观结构特征、瓦斯压力与瓦斯含量分布特征.研究表明,向斜构造的两翼与轴部中性层以上为高压区,中性层以下为相对低压区,距离向斜轴部越近,主应力及其梯度越大.向斜构造形成过程中的层间滑动造成煤体原生结构遭到破坏,煤体强度降低,煤层增厚.向斜构造部位瓦斯生成量亦相对较高,同时中性层以上煤(岩)体中的裂隙和孔隙被压密、压实而闭合,阻止了下部瓦斯的向上逸散,中性层以下的张性作用下的断裂或折裂面、煤体中的割理、节理等降低了解吸压力,形成良好的瓦斯聚集空间,也有助于煤层中吸附瓦斯的解吸,使得向斜轴部瓦斯含量较高.向斜构造同时具备的高地应力、高瓦斯压力(含量)和构造煤发育等3个因素是其发生煤与瓦斯突出的主要原因.     

褶皱区工作面开采布置与冲击地压的关系探讨

为提高褶皱区冲击地压的防治水平,在总结褶皱区冲击地压发生特点的基础上,对褶皱区巷道掘进方向和工作面开采布置对冲击地压的关系进行了分析,并从冲击地压的战略防御角度提出了有针对性的防治措施.结果表明,沿最小水平应力开挖巷道、自褶皱背斜轴部起工作面俯采推进和先开采位于褶皱翼部的工作面,再开采位于向斜附近的工作面都易于在煤体中积聚更多的弹性能,冲击危险性会越大.研究认为,在褶皱区巷道应与最大水平构造应力成平行或小角度掘进;褶皱区工作面合理的开采方向应是从向斜起往背斜方向逐渐推进;工作面布置上,应先开采位于向斜附近的工作面,然后往背斜方向逐渐展开.     

向斜轴部双机联运防治煤层顶板水

通过对淮北双龙矿业集团公司水文地质特征以及历年突水水源、突水规律的分析和研究,结合设计工作面具体地质特征,提出在向斜轴部开采煤层时,采用双机联运防治煤层顶板砂岩裂隙水,详细介绍了向斜轴部双机联运的采掘工艺,该方法在实践中能有效消除回采过程中的顶板水害,保障矿井安全生产。     

煤矿褶皱构造区冲击地压机理研究及防治实践

针对胡家河煤矿402103工作面褶皱构造区开采期间煤岩应力异常和强矿震事件频发问题,基于数值模拟和现场实测方法分析了褶皱构造区工作面回采期间顶板、煤层和底板的应力演化特征,探讨了褶皱构造区冲击地压发生机理。模拟结果表明:工作面开采至褶皱构造不同区域时,褶皱构造区垂直、水平应力场分布具有明显的分区特性;褶皱构造区工作面开采时,水平应力起主控作用,开采至背斜轴部区域时顶板围岩稳定性降低,开采至向斜轴部区域时底板围岩稳定性降低,开采至翼部区域时煤层稳定性降低;基于煤矿褶皱构造区冲击地压发生机理,制定了402103工作面巷道围岩系统的顶板、煤层定向爆破释能降载防治方案,卸压后日均微震总能量下降47.6%,日均微震总频次上升16.7%,有效降低了工作面冲击危险性。研究结果对煤矿褶皱构造区工作面开采动力灾害防范具有一定借鉴意义。     

向斜轴部双机联运防治燥层顶板水

通过对淮北双龙矿业集团公司水文地质特征以及历年突水水源、突水规律的分析和研究，结合设计工作面具体地质特征，提出在向斜轴部开采煤层时，采用双机联运防治煤层顶板砂岩裂隙水，详细介绍了向斜轴部双机联运的采掘工艺，该方法在实践中能有效消除回采过程中的顶板水害，保障矿井安全生产。     

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。