不规则孤岛工作面应力演化数值模拟

不规则孤岛工作面是在井田边界、工作面接续不合理等因素的共同影响下产生的,针对受邻近采空区支承压力以及构造应力作用,不规则孤岛工作面回采期间动压显现异常且频繁问题,以某矿203孤岛工作面为工程背景,采用FLAC^3D数值模拟软件对203工作面回采期间垂直应力分布及演化以及工作面拐角煤柱前后方采动应力变化规律进行探究,分析了在开采扰动作用下,工作面“拐角煤柱处”区域应力场以及位移场的动态演化特征。结果表明,相较于规则工作面,不规则工作面回采至“拐角煤柱”处,垂直应力存在阶梯式跃升趋势,应力跃升值为8.62 MPa,垂直应力峰值最易出现在工作面“一次见方”以及“二次见方”阶段,所得结论可为不规则孤岛工作面回采期间冲击地压针对性防治提供参考。     

孤岛工作面拓宽回采应力演化规律

以山东省鲍店煤矿八采区3上煤层地质条件为背景,运用FLAC~(3D)数值模拟软件,模拟了该矿83上03综放孤岛工作面初期回采及后期拓宽回采期间的支承应力演化情况。研究表明:孤岛工作面采前,由于相邻两侧采空区侧向支承应力影响引发"孤岛效应";孤岛工作面拓宽回采期间,应力峰值最大达到为19.07 MPa,应力集中系数为2.54;由于孤岛工作面与相邻煤矿之间的煤柱承受着上覆岩层的重量,相邻煤矿采空区的侧向支承压力对于工作面回采影响不大,为孤岛工作面避免盲目开采提供了理论依据。     

综采工作面过上覆煤层孤岛煤柱的实践

以鲁西煤矿3下104综采工作面为例,介绍采用穿采煤柱降低应力集中程度,加强巷道支护和工作面顶板管理,确保综采工作面安全通过上覆煤层孤岛煤柱区。     

千米深井下孤岛工作面采场应力演化规律

以山东某矿千米深井下3306孤岛工作面地质条件为工程背景,建立FLAC3D三维计算模型进行数值模拟。研究了3302和3308工作面采空的情况下,3306孤岛工作面回采过程中的应力演化情况,得出3306工作面回采过程中的支承应力演化规律和潜在的冲击危险区域。结果表明:3306工作面回采期间整体冲击危险性较高,重点冲击危险区域出现在工作面回采过程中顶板来压、"见方"期间等;由于工作面静载较高,超前支承应力达30 MPa,且3302、3308工作面侧向支撑压力影响范围较大,因此在整个回采期间,冲击危险性较高,需及时检测并卸压处理。为实现煤矿工作面的安全高效生产提供了依据。     

孤岛工作面上覆岩层破坏结构及应力分布

通过对某矿孤岛工作面上覆岩层的破坏结构及应力分布进行数值模拟分析,结果表明,孤岛工作面的上覆岩层断裂为C型结构,工作面的应力呈马鞍型分布,随着工作面的推进,工作面两侧及前方垂直应力呈不断增大趋势。     

金桥煤矿孤岛工作面形成过程中应力场演化研究

以金桥煤矿孤岛工作面2321为例,采用FLAC~(3D)数值模拟软件模拟分析了两侧工作面开采后侧向支承应力的分布状态,得出:单、双侧工作面开采时,在工作面还未采到测线时,测线处的垂直应力近似等于原岩应力,但双侧工作面开采时的应力略高于单侧开采。当工作面推过测线后,测线处的垂直应力随之增大,当上覆岩层彻底稳定后,垂直应力达到最大值。     

厚、硬顶板采场覆岩动态变化规律研究

基于采场覆岩的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数服从Weitul分布的假设，建立厚、硬板条件下采场的有限元计算模型，用岩石破裂分析系统（耐），模拟不同开采方式的覆岩冒落与支承压力的动态变化规律，计算结构显示厚、硬顶板冒落模式有三种：（1）拱形破断与冒落；（2）短块状破断与冒落；（3）大块破断与冒落。这对研究厚、硬顶板开采工艺和设备的选型有重要的参考价值。     

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。     

孤岛工作面回采巷道能量特征及位移演化规律

以山东某煤矿5311工作面为背景,运用FLAC3D数值模拟,分析了该孤岛工作面顶板能量分布特征、巷道能量分布特征及工作面回采时巷道位移演化规律。分析表明,随着孤岛工作面的回采,基本顶及工作面巷道周围岩层形成能量积聚区域,表现出"煤体-围岩"系统的突然性释放。巷道采空帮聚集的弹性应变能远大于回采帮,发生冲击地压的危险性较大。巷道顶板最大位移量为115 mm,巷道顶板变形量明显大于两帮的变形量。     

综采工作面回采过上覆集中煤柱及采空区技术

为解决综采工作面在回采过程中过上覆煤层集中煤柱及采空区易出现大面积冒顶事故的问题,以石圪台煤矿31201综采工作面为研究对象,对工作面过上覆煤层集中煤柱及采空区过程中出现的冒顶事故原因进行了分析。结果表明:根据工作面矿压观测情况可知,工作面3次周期来压异常区域均处于上覆22煤层房采区集中煤柱及采空区区域,22煤层房采集中煤柱及采空区导致31201综采工作面出现次生顶板结构,受采动影响22煤层集中煤柱及采空区破坏失稳,形成动载矿压最终产生大面积冒顶事故。针对冒顶事故,通过采取矿压观测、微震监测、岩层内部位移监测、地表观测和上覆集中煤柱爆破等技术手段,对工作面的继续回采提供了安全技术保障。     

基于UDEC采场上覆岩层应力分布及破坏规律研究

采空区这一多孔介质对采空区瓦斯抽放与采空区瓦斯运移规律有重要的影响作用。基于UDEC软件对工作面上覆岩层的垮落规律进行研究,分析采空区在形成过程中采场上方岩层的应力分布和破坏规律,从而在水平与竖直方向上明确地对采空区进行划分,得出冒落带与裂隙带的高度分别为15.9 m与29.5 m,顶板初次垮落步距与离层区的宽度分别为41.6 m与120 m。这将为采空区的瓦斯治理及高抽巷位置的确定提供一定的科学依据。     

厚、硬顶板采场覆岩动态变化规律研究

基于采场覆岩的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数服从Weitul分布的假设,建立厚、硬板条件下采场的有限元计算模型,用岩石破裂分析系统(RFPA),模拟不同开采方式的覆岩冒落与支承压力的动态变化规律,计算结构显示厚、硬顶板冒落模式有三种:(1)拱形破断与冒落;(2)短块状破断与冒落;(3)大块破断与冒落.这对研究厚、硬顶板开采工艺和设备的选型有重要的参考价值.     

大倾角煤层孤岛工作面采动应力演化规律研究

为指导大倾角煤层孤岛工作面矿压防控,以王家山煤矿203工作面为工程背景,通过数值模拟和现场实践,揭示该类孤岛工作面采动应力演化规律及冲击危险性。结果表明：在北部采空区、小窑破坏区和东部采空区的耦合影响下,203工作面回风巷侧采动应力集中程度高于运输巷侧;203工作面周围煤岩体存在顶煤和底煤双剪切带,导致顶板侧顶煤在重力作用下易于破碎放出,而顶板侧底煤的应力集中程度进一步加剧。基于采动应力集中系数K的分区结果和现场钻屑监测,203工作面回风巷是矿压防治的重点区域。提出综合大直径钻孔卸压和煤体卸压爆破的分级解危措施并在现场实施,解危效果显著。     

复采工作面横跨煤柱上覆岩层运移规律研究

针对复采工作面横跨煤柱时极易出现煤壁片帮、顶板压力过大等问题,以白沟煤业首个复采工作面为研究背景,采用相似模拟与数值模拟相结合的方法,研究复采工作面横跨煤柱“前—中—后”整个动态过程中顶板变形破坏情况及运动演化规律。研究结果表明：随着工作面的推进,煤柱左右侧最大垮落高度不断增加,煤柱稳定性由弱变强,煤柱上方由最初的“倒梯形”结构最后变为“倒三角形”结构;顶板支撑结构演变形式为“煤柱”型→“液压支架—残留煤柱”型→“液压支架—旧采区煤矸”型。     

采煤工作面顶板破断规律及其应力状态的研究

用弹性理论方法分析了月亮田煤矿１３１２４工作面顶板的破坏规律，并对工作面顶板的应力状态进行了数值模拟，其结果与实测资料比较吻合。     

孤岛工作面顶板破断的薄板模型分析

为了研究孤岛工作面的顶板破断机理,利用理论分析和数值模拟的方法建立了两对边简支两对边固定、三边简支一边固定的顶板薄板力学模型。分析计算得出薄板的极限破断准则和应力分布情况,并通过极限破断准则计算出顶板破断初次来压步距和周期来压步距。通过现场观测顶板断裂的初次来压步距和周期来压步距,其结果与理论分析计算的结果较吻合,可为类似的工作面来压预报提供依据。     

孤岛采空区自燃发火规律的实验和模拟研究

孤岛采空区是矿井开采过程中出现的新现象,由于开采设计不合理,在管理不善的情况下,容易造成采空区严重漏风,进而导致孤岛采空区煤炭自燃的发生。通过漏风测定实验对孤岛采空区的漏风量和漏风通道进行了研究,同时为了确定采空区自燃发火危险地点,对孤岛采空区特殊通风阶段的漏风状态进行了模拟研究。通过数值模拟找到该阶段的漏风规律,从而进行有效的漏风控制措施。     

采空区覆岩垮落演化规律特性研究

矿井采空区覆岩演化规律特性研究对于保障煤矿安全高效生产有着重要作用。在对综采采空区现场测定的基础上,运用PFC颗粒流数值模拟软件对采煤工作面现场实际情况进行数值模拟。通过PFC^3D软件的数值模拟,选取地层不同高度处作为测量基准位置,对高家堡煤矿204工作面回采过程中煤层、直接顶、岩层及关键层的垮落规律和孔隙率结构进行分析。分析结果表明,覆岩垮落程度与工作面回采距离呈正相关,当回采距离达到70 m时垮落过程基本结束,此时上覆岩层垮落高度为26.15 m,孔隙率稳定在0.42左右,为未开采时的3倍。该模拟结果为高家堡煤矿采空区灾害防治提供了理论基础。