采动岩体应力场与损伤场数值模拟

运用ANSYS数值模拟软件对某矿110工作面开采扰动条件下的应力场与岩体损伤场分布与演化规律进行了数值模拟实验。实验结果表明,由于煤壁前方15 m左右存在1个采动峰值压力带,因此随着工作面向前推进煤壁附近的煤体破坏较充分;直接顶首次深度损伤在30 m左右,之后每隔10 m左右产生1次深度损伤,由此可以确定初次来压及周期来压步距;基本顶的深度损伤并未出现在煤壁附近,而是在采空区后方作周期性损伤和触矸。     

顶底板双软型薄煤层工作面矿压显现规律分析

针对顶底板双软型薄煤层综采过程中围岩控制难度大的问题,建立了顶底板双软型薄煤层围岩变形力学模型,并结合现场实际条件,采用FLAC3D数值模拟分析顶底板双软型薄煤层开采过程中围岩塑性区、围岩垂直应力、煤壁前方支承压力的变化规律,得出薄煤层综采时的围岩破坏机理。赵官煤矿1705E工作面实测矿压结果表明:直接顶初次垮落步距为18.2 m;基本顶初次垮落步距为37.8 m,周期来压步距平均为16.0 m;煤壁支承压力在煤壁前方13 m左右明显增大,影响范围为0~25 m;巷道两帮最大移近量为300 mm;巷道顶、底板最大变形量分别为900、500 mm,围岩变形实测数据与数值模拟结果相吻合。     

综采工作面基本顶来压步距的数值模拟研究

利用UDEC软件对薛湖矿2102综采工作面基本顶的来压步距进行了数值模拟研究,模拟了基本顶随工作面推进时的垮落情况,推测出基本顶初次来压步距范围为36-46 m,周期来压步距范围为16-26 m,工作面前方峰值应力区距煤壁大约12 m,应力值为原岩应力的2.5倍左右,应力达到原岩应力值2倍的范围为工作面前方6-17 m。数值模拟的结果只有与现场实际观测数值相结合,才能更好地用于指导生产。     

坚硬顶板初采预裂钻孔合理角度研究

为有效解决佳瑞煤矿15101工作面初采基本顶石灰岩大面积悬顶无法及时垮落的问题,文章通过理论分析、数值模拟的手段,计算了基本顶预裂前后的初次来压步距,分析了不同初采顶板预裂角度条件下,预裂钻孔深部及开切眼附近超前支承压力的分布情况,并最终确定初采预裂钻孔的合理角度。主要得到如下结论：（1）计算得到基本顶预裂前后初次来压步距分别为30.87 m和25.21 m;(2)随着初采预裂钻孔角度的增加,预裂钻孔深部的应力值逐渐增大;（3）随着初采预裂钻孔角度的增加,开切眼煤壁前方的超前支承压力峰值也不断增加,但超前支承压力峰值所在位置不会发生明显改变,均位于煤壁前方7 m左右;（4）最终确定初采预裂钻孔的合理角度为90°     

放顶煤工作面矿压显现规律数值模拟分析

为进一步了解晋能控股装备制造集团某矿放顶煤工作面采煤作业矿压显现对顶板及工作面的力学作用及造成的顶板及工作面的变形情况,采用数值计算软件FLAC3D来对放顶煤工作面进行了分析,创建了数值计算模型,确定了数值计算参数,模拟分析结果表明:在进行放煤作业时,该防顶煤工作面煤壁前方的超前支承压力范围会变大,支承压力峰值会出现提前现象;在工作面不断推进的过程中,煤壁前方的应力集中系数也会变大,支承压力峰值会出现前移现象;放顶煤工作面煤壁的上部位移、中部位移以及下部位移会出现不同步现象,具体主要为中部位移及上部位移较大、下部位移较小,煤壁片帮现象易出现在煤体的中上部位置,应加强支护煤体的中上部;该放顶煤工作面初次来压步距为32m。     

大采高工作面煤壁片帮影响因素分析

针对晋煤集团成庄矿5310大采高工作面煤壁片帮现状,采用现场统计和数值模拟,分析了地质构造、推进速度及停产、顶板来压、采高、支架工作阻力5个因素对片帮的影响,并提出了相应的技术措施。结果表明:地质构造破坏了煤体连续性,煤壁在压力作用下易发生片帮,推进速度慢和顶板来压均会造成片帮程度加剧;采高大于4.5 m煤壁片帮显著增加;片帮深度与支架工作阻力呈反比关系,合理支架工作阻力应保持在8 000 k N左右;通过调整采高和推进速度、提高支护质量等技术措施,可有效解决煤壁片帮问题。     

布尔台矿区42102工作面大采高改综放开采矿压显现分析

针对布尔台矿区原42102大采高综采工作面矿压显现强烈,煤壁片帮深度大,工作面液压支架前漏矸、漏顶严重等问题,采用FLAC3D数值模拟方法,对比分析了42102工作面在综放开采和大采高综采两种开采模式下的矿压显现规律,结果表明:综放开采可以有效降低煤壁片帮,并且采高越小,煤壁片帮值越小,采高3.5 m综放开采的煤壁片帮量仅为采高5 m大采高综采的65%左右,且顶板下沉量仅为综采的20%~30%。在42102工作面改为综放开采后,经现场实测:综放工作面煤壁片帮程度较大采高综采减小了50%,未出现漏矸、漏顶和冒顶现象,工作面支架工作状态良好,控顶效果良好。     

急倾斜厚煤层综放开采覆岩运动及安全开采模式研究

 摘 要：采场上覆岩层的变形、破断和离层等矿压显现是制约工作面高效安全开采的关键,针对默勒二矿主采煤层厚、倾角大等复杂条件,通过现场观测、相似材料模拟试验和数值模拟方法研究了放顶煤开采时工作面的矿压显现及上覆岩层运移规律。物理模拟直观地反映了工作面开采中煤层顶板的运移特点与支撑压力分布,数值模拟反映了巷道及采场周围的塑性范围和应力分布。理论及模拟结果表明：工作面开采中有明显的初次来压和周期来压,支架沿走向易向煤壁失稳,沿倾向易向工作面下方失稳。工作面压力集中体现在下顺槽与工作面相接及附近区域。试验工作面合理参数为：放煤步距0.8 m（两采一放）,采放比1:2左右,工作面采煤机割煤高度2.3 m。     

大采高工作面推进速度对煤壁片帮影响分析

以霍尔辛赫矿3207大采高工作面为工程背景,采用现场观测和数值模拟的方法对不同推进速度下煤壁片帮情况进行分析。研究结果表明当推进速度由4.4m/d变为2.4m/d时,周期来压步距由19.8m变为14.7m,煤壁日平均片帮深度增大为原来的1.22倍,片帮范围也增大为原来的1.35倍。推进速度低导致周期来压步距短、来压频繁、煤壁暴露时间长是造成煤壁片帮情况加重的直接原因。     

杜儿坪矿721001工作面覆岩运动及矿压显现规律研究

为了解杜儿坪矿721001综采工作面覆岩运动及矿压显现规律,通过UDEC数值模拟软件对工作面回采时覆岩的运动情况进行模拟分析,并进行矿压监测。结果表明,工作面基本顶的初次来压步距约为40.5 m,周期来压平均步距为16.0 m,数值模拟与矿压监测数据基本一致,来压期间应加强顶板及煤壁的管理,并加强支架初撑力的管控。     

火成岩下开采矿压显现规律的数值模拟

针对淮北芦岭煤矿Ⅱ884-1面直接顶为火成岩,运用UDEC数值模拟软件,模拟了不同厚度火成岩的破断和应力演变规律。研究结果表明,火成岩厚度每增加1 m,老顶初次来压步距约增3 m;周期来压步距也随着火成岩厚度的增大而加大。同时火成岩厚度越大,其破断时工作面前方煤壁的应力集中程度也相对较大。     

薄煤层工作面液压支架可靠性评价及围岩控制技术研究

以某矿为工程背景,通过理论分析、现场监测对工作面液压支架的可靠性进行分析,并借助现场检测、数值模拟的方法对片帮、煤柱的合理宽度进行研究。通过研究发现:该矿选择的额定工作阻力为4 000 kN的液压支架能够满足该矿回采的需要;在正常生产期间工作面煤壁片帮、漏顶现象并不严重,仅在顶板周期来压期间出现较为明显的煤壁片帮、漏顶现象,片帮深度小于等于100 mm所占的比例较大;同时通过对工作面侧向支承压力分析发现,其影响范围为工作面侧向30~35 m,剧烈影响范围为20 m左右,峰值大小约30 MPa,峰值距工作面侧向距离7~9 m,由此判断,工作面正常留设煤柱的合理尺寸为30~35 m;沿空掘巷时,留设煤柱的合理尺寸可以确定为7~9 m。     

直接顶厚度对厚硬顶板工作面矿压显现规律的影响

为研究直接顶厚度变化对厚硬基本顶工作面开采的影响,以淮南潘二矿11313工作面的工程条件为研究背景,基于煤岩物理力学参数测试分析,构建了UDEC~(2D)数值模拟模型,分析了无直接顶、1.58 m直接顶、5 m直接顶、9 m直接顶4种顶板条件下综采工作面矿压特征。研究表明:0~1.58 m直接顶条件下的初次来压步距小于5~9 m直接顶条件,薄直接顶条件下的支架动载系数较大,工作面煤壁片帮严重;5~9 m直接顶条件下的持续来压步距大,对支架的工作阻力要求高。     

直接顶厚度对厚硬顶板工作面矿压显现规律的影响北大核心

为研究直接顶厚度变化对厚硬基本顶工作面开采的影响,以淮南潘二矿11313工作面的工程条件为研究背景,基于煤岩物理力学参数测试分析,构建了UDEC^(2D)数值模拟模型,分析了无直接顶、1.58 m直接顶、5 m直接顶、9 m直接顶4种顶板条件下综采工作面矿压特征。研究表明:0~1.58 m直接顶条件下的初次来压步距小于5~9 m直接顶条件,薄直接顶条件下的支架动载系数较大,工作面煤壁片帮严重;5~9 m直接顶条件下的持续来压步距大,对支架的工作阻力要求高。     

鹿台山矿工作面推进对煤壁影响范围的数值模拟分析

以鹿台山矿为工程背景,以FLAC~(3D)数值模拟为主要研究手段,对该矿2201综采工作面推进过程中对煤壁前方煤体产生的影响进行了数值模拟分析。结果表明:(1)该矿工作面推进对工作面煤壁前方煤体的垂向压应力在距工作面煤壁20.0 m时开始产生明显影响,对压应变则在距工作面15.0 m处才产生明显影响;(2)距工作面煤壁10.0 m范围附近的小区域可能形成"煤壁微结构紧密墙",该区域将阻碍远煤层内瓦斯向煤壁运移;(3)距工作面煤壁5.0 m范围为一分界点,该分界点将导致煤壁前方煤体压应力小于初始应力、原压应变逐渐减小甚至出现拉应变区域。在上述分析的基础上,认为该矿工作面推进对煤壁前方煤体内瓦斯产生的影响作用非常复杂,故建议在布置瓦斯抽采钻孔时选择合理区域。     

工作面坚硬顶板破断特征与覆岩运移规律

针对坚硬顶板综放工作面顶板破断特征与覆岩运移规律不清,在实际生产中严重影响工作面安全生产这一问题;以某矿8201工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟以及现场实测的方法对坚硬顶板综放工作面的顶板破断特征以及覆岩运移规律进行研究分析。研究结果表明:对顶板煌斑岩进行岩石力学实验得知煌斑岩在节理面单轴抗压强度为45 MPa左右,无节理为90.99MPa、单轴抗拉强度7.3～9.4 MPa;通过建立深梁结构破断过程中顶板受力模型,得到基本顶初次来压步距为47.57 m;数值模拟得到8201基本顶的初次来压步距约为45 m,周期来压的距离为20 m左右。在现场实测中基本顶初次来压平均46 m,周期来压步距为18.7～20.8 m,来压影响范围1.7～5.6 m。现场实测与理论分析所得结果和数值模拟所得结果相差不大。     

薄煤层综采工作面矿压显现规律研究

结合数值模拟和现场实测探讨了薄煤层综采工作面对煤壁前方的影响范围及其分布规律。由于采高较小,初次来压和周期来压显现不明显,需用连续记录仪和现场人员及时观察才能对煤壁前方影响范围准确确定。通过研究得到对前方煤壁较强烈的影响范围为距离煤壁1～6m,对前方煤壁的影响范围为距离煤壁约为16m。     

“两硬”薄煤层工作面围岩运动规律与矿压显现规律研究

针对姜家湾煤矿8213薄煤层综采工作面的地质条件,并结合8213薄煤层工作面现场连续观测矿压数据,应用数值模拟的方法对工作面矿压显现规律及围岩运动规律进行研究.研究表明姜家湾矿8213工作面老顶初次垮落步距62 m,老顶周期来压步距30 m,来压期间矿压显现强度平均在20 MPa左右,来压期间支承压力峰值区为工作面煤壁前方1～4 m,表明薄煤层工作面来压强度较低.     

华北型煤田下组煤开采围岩破坏规律研究

为了防止华北型煤田下组煤开采因围岩破坏致煤层底板奥灰突水,基于FLAC3D数值模拟软件,建立了下组煤开采试验工作面数值模型,利用光纤光栅传感器技术,监测了工作面回采过程中底板突水信息,通过数值模拟与监测结果的对比,获得了工作面煤层顶底板应力与破坏特征.结果表明:试验工作面初次来压步距为35～40 m,周期来压步距为10～20 m;工作面底板存有3个应力分区,即应力增高区、应力降低区和应力恢复区;煤层顶板破坏形态为沿走向和沿倾向方向“马鞍形”的叠加;试验工作面煤层底板破坏深度10.0～12.5 m,开切眼与终采线位置附近煤层底板破坏深度均达22.5 m,终采线位置附近煤层底板破坏深度大是试验工作面突水的主要原因.     

首采工作面覆岩矿压显现特征研究

运用UDEC数值模拟、现场矿压实测等综合研究手段,对12326工作面矿压显现及覆岩移动破坏特征进行研究。研究表明:工作面煤壁前方周期来压时支撑压力集中系数最大值为2.36;切眼位置与工作面位置下沉曲线呈现不对称;超前支护范围控制在35 m左右。