大倾角煤层开采围岩的力学行为研究

针对大倾角工作面上覆岩层运动和破坏特征、支承压力分布规律及其对开采的影响,以走向长壁大倾角综采工作面为工程背景,采用现场实测、理论建模及数值模拟等方法,研究了大倾角煤层开采顶板岩层的断裂机制,以及大倾角煤层煤壁前方和采空区倾向的最大应力集中系数、支承压力塑性区范围、顶板的来压步距、顶底板的位移量等特征。在获得大倾角煤层开采矿压特征基础上,提出工作面支架稳定性、设备防滑以及来压期间采场围岩的控制技术。对减少煤矿顶板事故、提高大倾角煤层开采的安全性具有一定的指导意义。     

近距离采空区下大倾角俯伪斜工作面矿压显现特征研究

针对大倾角俯伪斜工作面矿压分布特点,结合潘北矿大倾角近距离煤层群开采地质与工程条件,开展了大倾角煤层采空区下俯伪斜工作面不同开采阶段支承压力演化特征研究。根据现场观测数据以及数值模拟分析,构建了不同回采阶段大倾角煤层俯伪斜开采煤壁前方支承压力分布以及数值计算模型,计算了煤壁前方支承压力作用范围,揭示了大倾角煤层采空区下俯伪斜工作面支承压力“鞍型”分布特征。通过理论分析及现场实测分析了工作面周期来压步距及顶板来压强度,提出了工作面矿压控制对策,取得良好的经济技术效益。     

不同煤层倾角对围岩及顶底板影响的数值模拟

以安徽某煤矿倾角煤层采煤工作面的开采为工程背景,通过FLAC3D大型模拟软件对不同煤层倾角采煤工作面开采后采场围岩及顶底板矿压分布规律进行研究。研究结果表明:倾角对煤层工作面开挖后采场围岩应力分布、支承压力的分布有显著影响。倾角煤层工作面开采后,采场顶板岩层的变形、破坏和运动形式不同于一般煤层工作面且采场顶板应力分布是不对称的。     

煤矸互层顶板大倾角大采高工作面覆岩活动规律相似模拟研究

为了弄清煤矸互层顶板大倾角大采高工作面覆岩活动规律,以新疆焦煤集团25213工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验方法研究了煤矸互层顶板大倾角大采高工作面覆岩活动规律。研究结果表明:25213工作面来压步距的变化范围为8~17m。与同倾角条件下的坚硬顶板大倾角大采高工作面相比,工作面来压步距较大,覆岩垮落形成冲击载荷的量级较大,工作面支承压力分布平稳且较大,上、下端煤柱支承压力峰值均较小。沿煤层高度方向,该工作面下位岩层运移量大于上位岩层;沿煤层倾向,该工作面中上部区域覆岩运移量大于下部区域。     

大倾角综采工作面矿压显现规律研究

为了确保大倾角煤层工作面的安全生产以及预防回采过程中顶板事故的发生,通过数值计算软件UDEC对长沟峪煤矿4槽煤层进行数值模拟分析,研究大倾角煤层综采工作面的矿压显现规律,以及工作面前方支承压力分布规律。结果表明:工作面老顶初次来压步距为34 m,周期来压步距为14 m。支承压力的影响范围为工作面煤壁前方4~11 m,支承压力的应力峰值区为工作面前方5~8 m。     

大倾角煤层长壁开采顶板应力传递路径倾角效应

大倾角煤层安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,而发现并揭示围岩采动应力的时空演化特征及其倾角效应是围岩稳定性控制的基础。以新疆某矿25221工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析与数值计算相结合的研究方法,在综合厘定与分析工作面矿压显现一般规律及其成因的基础上,研究顶板采动应力传递路径的时空演化特征及其倾角效应。结果显示：在大倾角煤层开采中,顶板采动应力随工作面推进的动态演化过程先后经历了增长期和稳定期,其对应支承压力峰值的演化呈现为先增大后趋于稳定的特征。受煤层倾角影响,顶板采动应力的三维传递演化沿走向对称、沿倾向非对称。在倾向剖面内,顶板应力的传递路径呈非对称拱形形态,且沿顶板自上而下,应力偏转位置由工作面倾向中轴线左侧逐渐向其右侧迁移,上覆岩层载荷以应力偏转界线为界,分别向倾向上、下侧煤体传递,造成倾向上侧支承压力集中系数大于下侧。在工作面走向剖面内,围岩应力的传递路径呈扁平拱形态,扁平拱两侧半拱形区域上覆岩层载荷除了向工作面走向两侧煤体传递外,亦向工作面倾向上、下侧煤体传递,而扁平拱中间直线段区域上覆岩层载荷主要向倾向上、下侧煤体传递。随着煤层倾角的增大,围岩应力传递演化的...     

大倾角松软厚煤层放顶煤开采覆岩移动规律研究

针对大倾角松软煤层开采覆岩移动规律,采用理论分析和数值模拟等研究手段对顶板岩层位移及应力分布规律进行了研究。大倾角煤层采出后,由于下部垮落矸石充填对顶板起到支撑作用,整个采场覆岩形成“厂”形弯曲结构移动拱;垂直位移和水平位移都表现为自下而上逐渐减小的趋势,煤层的超前支承压力分布范围约为40 m,这些数据可以为工作面下一步矿压管控提供依据。     

某煤矿大倾角伪倾斜综放面采场应力数值模拟

顶板岩层强度大小决定着顶板在开采扰动下的变形破坏程度,从而影响到顶板应力释放区的形成。为分析某煤矿在伪倾斜角度不变的情况下综放面不同倾角推进方向的应力场及在煤层倾角不变、不同伪倾斜角度的情况下的应力场,采用FLAC3D软件进行了数值模拟分析,结果表明:随着煤层倾角的逐渐增大,受支承压力影响的范围逐渐减小,工作面的初次来压步距逐渐变大,周期来压步距相近。     

大倾角煤层变角度综放工作面开采覆岩运移规律

大倾角煤层变角度综放工作面受倾角变化的影响,覆岩运移、矿压显现规律更为复杂。针对枣泉煤矿大倾角煤层120210变角度工作面综放开采条件,采用物理相似模拟实验和现场监测方法,对比研究了大倾角煤层变角度工作面和单一角度工作面综放开采覆岩运移规律。研究表明:120210工作面受不同倾角的影响,覆岩运移规律较单一角度工作面差异大,上部区域倾角26°,覆岩运移特征表现出倾斜煤层开采的特征,基本顶以"悬臂梁"结构形式发生破断运动,顶板平均压力23.7 MPa,分布均匀;下部区域倾角44°,覆岩运移特征表现为大倾角煤层开采特征,顶板垮落的矸石沿倾斜滑移充填采空区,顶板平均压力29.5 MPa,分布不均、变化范围大;中部区域过渡段覆岩运移既有倾斜煤层又有大倾角煤层开采特征,顶板平均压力27.15 MPa,分布较均匀,是两者转换的关键区域。根据工作面不同倾角区域覆岩运移、矿压显现特征提出大倾角煤层变角度综放工作面开采围岩控制原则,并依据此原则提出工作面分区域顶煤放出量控制方法。     

浅埋薄基岩厚煤层覆岩移动演化规律数值模拟研究

 本文应用RFPA2D岩石破断过程分析系统对神府煤田柠条塔煤矿浅埋薄基岩厚煤层N1201首采工作面开采过程中覆岩移动演化规律进行数值模拟分析。模拟研究了煤层采动后其上覆岩层破断发展过程,揭示了工作面推进过程中采场岩层的破断机理和来压特点以及煤层顶板支承压力的变化规律,并与井下现场实测来压步距进行对比分析,为今后开采神府矿区相似工作面的顶板管理及矿压控制提供了重要的参考价值。     

大角度俯采覆岩运动规律数值模拟

针对大倾角煤层俯采过程中覆岩运动所引发的支架倾倒、输送机下滑和顶板破碎等安全事故,以霍州煤电辛置煤矿10 428C工作面为例,运用FLAC3D数值模拟软件,分析了顶板岩层沿工作面走向和倾向采动特征。结果表明：大倾角俯采煤层顶板岩层无论沿工作面走向或倾向方向上,垂直应力等值线和位移等值线均呈现非对称拱形态。工作面下方支承压力和位移值普遍大于上方,岩层运动范围在中上部扩展较快。工作面顶板塑性破坏区向顶板发展,工作面下方顶板破坏范围明显增大。     

大倾角斜井煤柱综采支架选型分析

大倾角煤层开采后采场围岩矿压显现规律、顶板岩层变形、破坏和运动形式不同于近水平煤层。依据谢一矿4671B4大倾角综采工作面地质赋存条件,对该工作面支架的安全性进行了分析。现场监测表明:大倾角综采工作面地质条件确定的支架工作阻力,基本能够控制大倾角采场覆岩运动的矿压显现,满足工作面支架选型的安全性。并针对该工作面倾角较大的特点,提出预防工作面冒顶压架以及支架倒滑的技术措施,以期实现大倾角综采工作面的安全高效开采。     

大倾角煤层长壁开采覆岩空间活动规律研究

针对大倾角煤层长壁开采覆岩变形、破坏和运移规律复杂,对工作面安全开采影响大等问题,采用现场实测、数值模拟和相似材料模拟,研究总结了大倾角煤层长壁开采直接顶、基本顶和高位岩层空间的变形、破坏和运移规律。结果表明:大倾角煤层走向长壁机械化开采过程中,沿倾斜方向采场顶板低位岩层与高位岩层均呈现出非对称力学特征,且破坏运移呈现出时序性和不均衡性。沿工作面倾斜方向中、上部区域内"三带"特征明显,且层位较高,而下部则顶板岩层没有明显的"三带"特征或"三带"形成的层位较低且不完整;多区段、多煤层开采时,上覆岩层影响程度远大于单一煤层,且具有一定冲击性。     

复杂采空区对工作面开采影响的数值模拟分析

基于FLAC3D数值模拟软件对复杂采空条件下的工作面开采进行模拟,分别模拟不同推进距离对工作面基本顶塑性破坏区及围岩支承压力分布的影响,得出了采动过程中直接顶初次垮落步距和基本顶初次来压步距;煤层顶板开始与上覆破坏岩层导通时的推进距离;工作面最易发生压架事故的位置。模拟结果表明,运用数值模拟方法,可以较为全面地揭示复杂采空区下基本顶塑性破坏特征及破坏范围,围岩支承压力分布特征,有利于选择、优化设计方案,根据上覆煤层的采空条件,合理布置下部煤层工作面的开采位置。     

变坡度大倾角煤层开采覆岩应力场分布规律研究

以刘东煤矿西47201工作面生产实际为背景,采用数值模拟、理论分析和现场实测相结合,研究了变坡度大倾角煤层开采工作面覆岩应力场分布规律、超前支承压力分布规律、以及变坡点附近支架承载特征等,并提出了相关的顶板控制技术措施,保证了变坡度大倾角煤层的安全高效回采。     

急倾斜特厚煤层水平分段综放开采冲击矿压机理

我国急倾斜特厚煤层开采冲击矿压越发凸显,且灾害显现特殊。为了揭示急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击矿压机理,建立覆岩力学模型,分析了覆岩运动、能量释放、煤层应力分布等规律;采用工作面液压支架工作阻力监测数据,分析了工作面支架工作阻力与动载系数分布规律;利用微震监测得到的矿震空间分布,分析了岩层运动和能量释放规律。研究结果表明:急倾斜特厚煤层水平分段开采,顶板倾向破断步距与煤层倾角呈非线性正相关关系,当煤层倾角大于60°时,破断步距出现陡增;覆岩下位坚硬岩层破断后在倾向上可暂时形成平衡结构,随着下位分段开采和放煤,平衡结构可发生破断旋转、断块跌落、结构挤压俯冲等3种类型的失稳冲击过程,对工作面形成动态冲击;在顶底板夹持作用下,工作面煤体靠近顶底板侧将形成非对称倾向支承压力分布,靠近顶板侧为封闭夹持状态,应力集中程度高,靠近底板侧为开放夹持状态,煤体易破坏卸压而处于塑性状态,在非对称支承压力作用下,工作面中部至顶板侧底煤受强烈剪切应力作用,且处于底板弹塑性交界区,易于失稳冲击;急倾斜特厚煤层水平分段综放开采,覆岩破断步距大,顶板破断和失稳冲击的瞬间释放能量强,扰动底煤高应力区诱发冲击矿压显现,...     

复杂特厚富水煤层大采高开采岩层运动局部化特征

以神华宁煤集团清水营煤矿富含水工作面安全开采为目标，采用地球物理勘查、理论解析、现场监测与开采实践等方法，揭示了复杂特厚煤层大倾角、大采高开采工作面覆岩载荷呈局部化非对称向顶板逐渐扩展的演化机制。工作面局部应力集中显著，超前支承压力影响范围变窄，周期来压步距为10~15 m，采空区岩层发育呈现出明显变异性。     

中厚煤层综采首采工作面矿压显现规律

通过对孙疃矿10煤层首采1028工作面开采过程中工作面、运输巷及回风巷的矿压观测,分析了首采工作面煤层的矿压显现特征、顶板运移规律、液压支架的性能和对该煤层顶底板的适应性及控制效果,并利用工作面的现场观测数据,对初次来压和周期来压期间支架载荷特征、工作面顺槽超前支承压力分布规律等进行了分析,为后期开采合理地安排回采工序、选择采煤参数、支护方式和顶板管理方法提供科学依据。     

厚黏土层对薄基岩工作面矿压规律的影响

薄基岩厚黏土层煤层开采时具有与普通薄基岩厚松散层工作面不一样的矿压显现规律,基于赵固二矿的具体地质条件通过UDEC4.0模拟研究了当基岩厚度为0m,30m和60m时工作面初次来压步距、周期来压步距、支承压力分布和上覆顶板岩层垮落形态等,通过模拟得知,黏土层顶板有较小的来压步距,能缓和工作面煤壁前方的支承压力,并能与薄基岩共同成拱或独立成拱用以承担上覆岩层的重量,且厚黏土层以弯曲下沉为主,对于防止地表水侵入工作面也是有利的。     

大倾角煤层覆岩断裂带高度影响因素的数值分析

基于对大倾角煤层开采特点的分析,认为在工作面长度一定的条件下,煤层倾角、顶板岩层强度、开采高度是大倾角煤层开采顶板断裂带高度的主要影响因素。对上述影响因素进行正交试验,对模拟结果进行单因素极差分析与多元线性回归分析,得出各因素对断裂带高度的影响程度,依次为:岩层倾角>顶板岩层强度>采煤高度,得出大倾角煤层开采顶板断裂带高度的回归公式。最后用回归公式与相似模拟实验数据进行对比验证,表明数值模拟结果的正确性。