上行开采综采面超前支承压力分布规律实测研究

通过对43上03工作面超前支承压力现场实测,分析了煤壁前方沿走向和倾向压力分布规律,研究认为43上03工作面回采期间巷帮实体煤侧煤层沿走向在工作面前方存在支承压力峰值,而巷帮实体煤侧煤层沿倾向在工作面前方应力峰值并不明显,临近工作面时煤层应力均处于应力降低区。     

上行开采综采面超前支承压力分布规律实测研究

该文通过对43上03工作面超前支承压力现场实测,分析了煤壁前方沿走向和倾向压力分布规律,研究认为43上03工作面回采期间巷帮实体煤侧煤层沿走向在工作面前方存在支承压力峰值,而巷帮实体煤侧煤层沿倾向在工作面前方应力峰值并不明显,临近工作面时煤层应力均处于应力降低区。     

切顶卸压无煤柱自成巷开采与常规开采应力场分布特征对比分析

为了探索切顶卸压无煤柱自成巷开采与常规留煤柱开采应力分布的区别,以国内外首个切顶卸压无煤柱自成巷开采工业性试验为工程背景,运用FLAC3D数值模拟软件建立了大煤柱开采,小煤柱开采Ⅰ(相邻工作面回采巷道未掘),小煤柱开采Ⅱ(相邻工作面回采巷道已掘),无煤柱开采4种不同开采方式的数值计算模型,并对其应力分布特征进行了模拟和对比分析。得出如下规律:在工作面前方,平行于工作面长度方向,煤柱留设方式对应力分布的影响存在一定范围,在影响范围内垂直应力大小关系为:小煤柱开采Ⅱ大煤柱开采小煤柱开采Ⅰ无煤柱开采;留大煤柱,小煤柱开采时,靠近本工作面回采巷道附近均存在明显的应力集中,而无煤柱自成巷开采由于取消了超前掘进巷道,从而消除了掘巷引起的应力集中;在工作面侧向,大煤柱开采应力集中位置始终位于大煤柱内部,小煤柱开采Ⅱ位于下区段工作面实体煤内部,小煤柱开采Ⅰ和无煤柱开采则位于巷道煤帮内部,应力峰值位置与巷道距离大小关系为:无煤柱开采小煤柱开采Ⅰ小煤柱开采Ⅱ和大煤柱开采;大煤柱开采时侧向应力峰值最大,小煤柱开采时次之,无煤柱开采最小,其峰值较大煤柱开采降低18.1%~20.3%,较小煤柱开采Ⅱ降低11.8%~17.3%,采空区顶板稳定后,无煤柱开采和小煤柱开采Ⅰ峰值较为接近。     

深井综放沿空掘巷围岩应力特征模型试验研究

以赵楼煤矿深井综放沿空掘巷为工程背景,采用大型地质力学模型试验系统研究深井综放沿空掘巷在上工作面回采、巷道掘进及本工作面回采期间围岩应力演化规律,分析不同煤柱宽度下围岩应力分布特征,并提出相应的工程建议措施。结果表明:掘巷期间不同煤柱宽度条件下煤柱帮围岩应力峰值及分布状态不同,3～6 m煤柱时,竖向应力近似呈三角形分布,8 m煤柱时呈梯形分布,且随煤柱宽度增加,煤柱最大竖向应力增大;不同煤柱宽度下的实体煤帮应力峰值均大于煤柱帮,且随煤柱宽度增加,实体煤帮更加靠近支承压力峰值位置,不利于巷道支护。工作面回采期间,煤柱宽度小于3 m时,随着超载等级的增加,煤柱应力峰值先增大后减小,煤柱宽度大于5 m时,煤柱的应力峰值一直增加但增幅降低,煤柱帮浅部应力逐渐减小;实体煤帮的应力峰值不断增大,且应力峰值位置逐渐向煤体深部转移。工程实践表明,掘采期间的巷道变形均得到有效控制,研究结果可为确定合理的煤柱留设宽度及巷道支护参数和强度提供借鉴和参考。     

综放开采运输巷矸石膏体充填无煤柱开采技术研究

工作面的遗留煤柱在回采过程中回收困难,会造成地下煤炭资源的大量浪费。针对张集煤矿煤柱资源浪费问题,本文通过数值模拟的手段对张集煤矿综放工作面两次回采过程中围岩的应力分布规律进行了分析,提出了综放巷内矸石膏体充填无煤柱开采技术,改进了现场工程中的巷道支护方案,验证了无煤柱开采技术的可行性和安全性。结果表明：上工作面回采期间,作用于实体煤上顶板的应力峰值稍大于充填体上的顶板;下工作面回采时,在超前10～20 m范围,实体煤帮下所受应力最大值将超过充填体处,而在20 m范围外,实体煤帮下所受应力最大值会低于充填体处,实现了无煤柱开采,为解决煤柱的遗留问题提供了技术基础。     

深井特厚煤层综放工作面支承压力分布特征的实测研究

为研究深井特厚煤层综放工作面支承压力分布特征,采用冲击地压实时监测预警系统对新巨龙矿井1301工作面走向及侧向巷帮煤体垂直应力进行了实测。研究表明：深井特厚煤层综放工作面走向支承压力峰值位置到煤壁的距离及巷帮煤体侧向支承压力峰值位置到巷帮的距离比一般工作面大;巷帮煤体侧向支承压力峰值出现在采空区后方;回采期间巷帮煤体垂直应力的变化沿走向可分为应力稳定区、应力升高区、应力峰值区、应力降低区、二次升高区和应力蠕变区。     

倾角变化对回采工作面区段煤柱应力分布的影响

依据平煤集团十三矿二 1 煤层的具体条件,分别对煤层埋深300,500,800 m和倾角0,25°,30°情况下运输巷下帮侧向压力分布规律和不同宽度区段煤柱受力情况进行了数值分析,并对该矿12020采煤工作面下巷实体煤侧的应力、围岩变形及锚杆受力的情况进行了现场监测。结果表明：随煤层倾角增大下区段运输巷与上区段回风巷两侧应力呈非对称分布,采场顶板应力分布也是高度不均匀、不对称的,侧向水平应力峰值随煤层倾角增大而增大,且工作面后方增加幅度大于工作面前方;峰值位置随煤层倾角增大而逐渐靠近煤壁。煤层倾角加大时,应力明显偏向下区段运输巷,使得下区段运输巷顶部出现明显应力集中,并且随着煤层倾角的增大,应力集中程度更加显著。     

浅埋两硬煤层综放面支承压力分布规律研究

为研究浅埋两硬煤层综放面支承压力的分布特征,用钻孔应力计对安家岭矿4102工作面回采巷道两侧煤体内的应力进行了实测。研究表明:浅埋两硬煤层综放面超前支承压力、后方支承压力及侧向支承压力的影响范围较大,超前支承压力峰值位置到煤壁以及侧方支承压力峰值点到煤柱侧帮的距离都较小(3~4m),这是与普通煤层综放面超前支承压力峰值点前移及侧方支承压力峰值远离巷帮的规律不同之处,侧方支承压力峰值出现在工作面后方,在工作面采动影响稳定后,煤柱侧巷帮煤体内会出现明显的破碎垮落区、塑性区和弹性区。     

综放采场围岩支承压力分布及动力灾害的层厚效应

以谢桥矿1151(3)综放工作面地质及开采技术条件为背景，采用大型非线性三维计算机数值模拟，对不同开采高度（3.0，5.4，8.0，12.0 m）进行模拟研究.研究表明：不同采高工作面围岩支承压力分布规律存在明显差异，随着煤层一次采高的增加，工作面煤体内和采空侧煤柱内支承压力峰值呈下降趋势，峰值位置超前工作面距离增大，煤体抵抗损伤应变能的区域变大；工作面侧向实体煤支承压力峰值沿走向在工作面前方与煤层厚度无明显关系，而在工作面后方随采高逐渐降低，峰值位置离煤壁也越远.应用损伤力学和能量法分析了支承压力分布对煤与瓦斯突出层厚效应影响规律，表明综放开采随一次开采高度的增加，采场周围煤岩体内积聚的弹性能降低且抵抗损伤变形的能力增强，有利于减缓动力灾害.     

巷内预充填无煤柱开采围岩应力分布及变形破坏特征

巷内预充填无煤柱掘巷技术可有效解决留窄煤柱沿空掘巷存在煤炭资源浪费的问题,阐述了该无煤柱开采方法的原理,采用数值模拟综合分析了巷内预充填无煤柱掘巷"二次掘采"过程中围岩的应力分布及变形破坏特征,总结了充填体在"二次掘采"过程中的作用机理。结果表明:在"二次掘采"过程中充填体受力状态较复杂,且始终处于高应力状态;本工作面回采阶段应力峰值向实体煤侧转移;沿空巷道顶板在靠近充填体上部的顶煤发生压剪破坏切落下沉,巷道浅部的顶板发生拉伸破坏,同时顶板层间发生剪切错动离层,实体煤帮在高应力作用下发生压剪破坏。     

孤岛煤柱下沿空掘巷底鼓机理及控制技术

针对孤岛煤柱下沿空掘巷围岩应力大、巷道底鼓严重的问题,分析了巷道围岩性质、工作面动压、沿空掘巷窄煤柱宽度、孤岛煤柱集中应力等对巷道底鼓的影响,通过数值计算得到该类巷道具有围岩塑性区分布大、最大主应力等值线远离底板、底板岩层易挤压流动造成巷道剧烈底鼓等特点。在分析平沟煤矿1603轨道平巷底板浅部围岩位移特点的基础上,提出采用2根底角锚杆、2根底板锚杆的加固法控制巷道底鼓,现场观测表明,该支护方案加固后巷道底鼓量减小65%,取得了良好的控制效果。     

综放采场走向压力分布规律及终采线位置确定

为合理确定综放采场工作面终采线的位置,以谢桥煤矿C_(13-1)煤一综放工作面为研究背景,采用相似材料模拟试验和现场测试,从煤层顶板运动、巷道煤层受力和位移、巷道深部位移、轨道上山支架受力、巷道支架受力和变形、工作面周期来压等方面,全面分析了综放采场走向围岩压力分布规律。结果表明,围岩压力峰值位置平均值为14．4m,超前影响距离平均值为66．8 m,在工作面前方平均29．2 m处,围岩矿压显现由缓和趋向剧烈,并将终采线位置确定在离轨道上山30 m处,比预先按传统设计的50 m缩短了20 m留设煤柱,经济效益十分显著。     

保护层卸压开采两煤层终采线合理位置确定

为了研究保护层开采过程中围岩应力分布演化及其对前方底板巷的动态影响规律,基于采动支承压力在煤层前方及底板内的演化规律,运用FLAC^2D模拟分析了淮南矿区11煤作为13煤下保护层开采过程中在不同煤柱宽度下的采场围岩应力分布特点,并进行了巷道围岩变形监测。结果表明：下保护层开采过程中,留110m煤柱可以减弱采动对前方底板巷道的影响,当开采上方解放层时,应避免两煤层终采线留设在同一位置,错距为30—50m,可以减少采动应力叠加影响。     

浅埋煤层走向煤柱对支承压力影响的数值模拟研究

为研究浅埋煤层走向煤柱对近距离下部煤层工作面开采时支承压力的影响,运用FLAC3D软件对大柳塔煤矿21306工作面进行数值模拟。结果表明:当煤层埋藏较浅,对工作面开采带来的影响不大,但如果煤层间距变小或随着采深加大,影响的程度则会加大。     

特厚煤层综放开采冲击地压防治技术与实践

基于华亭煤矿250102综放工作面冲击地压显现强烈、巷道返修难度大,开展了一系列技术研究和防治实践。分析表明,大采深、煤层具有冲击倾向性、坚硬厚层砂岩顶板、护巷煤柱留宽不合理是导致该工作面发生冲击地压的主要因素,并采用综合指数法判定该综放面冲击危险指数0.89,具有强冲击地压危险性。在早期预测的基础上,采用微震法对冲击危险区域进行监测。对具备冲击危险的区域,综合采用巷帮煤体卸压爆破、顶板深孔爆破、动压注水(8~13 MPa)与静压注水等卸压解危措施,削弱了冲击地压显现强度,有效降低了综放工作面冲击地压的发生。     

浅埋近距离煤层开采房式煤柱群动态失稳致灾机制

针对我国西部矿区浅埋近距离煤层房采煤柱下开采时易发生工作面压架、地表台阶塌陷以及矿震灾害的现象，采用物理模拟及数值模拟方法对下煤层工作面采动时上覆房采煤柱群的动态失稳过程及工作面压架机理开展研究。实测统计榆阳区部分矿井本煤层房式开采后，只有当房采煤柱的弹性核区比例大于31%时，房采煤柱才能处于长期稳定。下煤层采后的模拟结果表明:上覆房采煤柱的破坏形式及其失稳次序同其与下煤层工作面相对位置密切相关，房采煤柱依次从工作面开切眼位置、工作面位置、采空区中部位置发生破坏及失稳，且工作面开切眼和工作面位置处煤柱多发生顺向采空区的斜切破坏，而采空区中部煤柱则发生垂向压裂破坏。根据石圪台煤矿数值模拟结果显示，上部2-2煤层房采后煤柱支承应力峰值由原岩应力2.8 MPa增大至12 MPa，应力集中系数为4.28;当下部3-1煤层工作面采后，上覆2-2煤层房采煤柱的支承应力峰值增大至30 MPa，应力集中系数达10.71;下煤层工作面开切眼侧与工作面正上方的房采煤柱呈现垂向不均匀承载特征以及受水平拉伸变形影响，是导致边界处房采煤柱易出现对角斜切破坏模式的主因。两侧边界煤柱失稳后，其顶板岩层瞬间发生整体拉剪破断从而引发矿震，顶板多层岩层以“整体运动”的形式急剧快速下沉并撞击底板，将采空区中部上方的房采煤柱压垮压塌，同时巨大的冲击力进而导致上下煤层间的岩层发生全厚切落，造成下煤层工作面发生切顶压架。实验发现从上覆房采煤柱群首个煤柱发生破坏至整体失稳运动并达到稳定，历时仅约为0.45 s，其中，上下煤层之间的岩层发生全厚切落历时仅约为0.05 s。     

近距离下煤层综采工作面侧向支承压力分布研究

为确定木瓜煤矿近距离下煤层综采工作面区段煤柱的合理宽度,基于矿山压力与岩层控制理论,建立了侧向岩层断裂的三角块结构力学模型,计算出基本顶沿工作面推进方向断裂长度和沿侧向断裂跨度均为11郾 9 m,三角块结构在煤体中的断裂位置为11郾 5 m;同时应用数值模拟的方法,建立采场三维力学模型,得出随采场推进巷道侧向支承压力峰值为20 MPa、应力集中系数最大为2郾 55、塑性区范围为10 m左右。经现场检验,区段煤柱的合理宽度为16 ~18 m时,回采巷道受综采工作面采动影响较小     

邢台矿厚煤层分层开采垂直布巷技术

在邢台矿厚煤层分层开采过程中,为提高底分层工作面煤炭采出率,通过分析顶分层采场围岩应力分布规律,优化巷道支护方式和施工工艺,将底分层工作面巷道布置在顶分层相应巷道正下方,实现分层开采垂直布巷,可以回采护巷煤柱。     

煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出危险性研究

 通过分析含瓦斯煤体的力学性质及其破坏类型,说明了突出的发生是由于含瓦斯煤的Ⅱ类破坏和瓦斯高速渗流耦合作用的结果,为掘进工作面前方煤体的应力分布特点及防止突出的发生提供了理论依据。分析了煤巷掘进过程中卸压区宽度与突出危险性的关系,推导出煤巷巷帮在支护条件下的卸压区安全宽度公式,并针对某矿区的实际情况进行了验证。所得结论对预测预报掘进工作面突出、合理确定巷道支护形式具有重要的意义。     

特厚煤层超前采动原位应力演化规律研究

特厚煤层超前采动应力演化规律是顶板控制的基础,但目前缺乏现场采动过程应力演化的研究成果。依托同煤集团同忻矿8309工作面,进行了特厚煤层采动应力演化规律原位实测研究。现场试验结果表明:随着工作面推进,前方煤岩扰动强度不断增大,支承压力由原岩应力逐渐上升至峰值强度,然后随着煤岩的破坏开始下降至残余强度;侧向水平应力则呈现出阶段性稳态降低的趋势。根据支撑压力规律,工作面前方煤岩具有扰动分区化特征:该试验点工作面前方200 m以上为未扰动区域;工作面前方100~200 m为弱扰动区域;工作面前方50~100 m为强扰动区域;工作面前方50 m以内为剧烈扰动区域,结合工作面前方不同区域扰动强度提出了针对性的分区支护措施建议。研究成果可为室内开展扰动应力路径加卸载试验和特厚煤层现场安全高效开采提供指导。