区段煤柱留设合理宽度FLAC3D数值模拟研究

本文以河北某矿6#煤实际开采情况为背景,通过采用FLAC~(3D)数值模拟方法对留设不同宽度区段煤柱时,煤柱内应力和位移分布、煤柱宽度与巷道围岩稳定性进行了分析,得出了工作面间需留设合理煤柱宽度范围,在此基础上,结合矿井实际情况,确定采用留设6m区段煤柱方案,并进行了工业性试验。通过观测发现随着工作面的不断回采,巷道围岩先后经历无采动影响阶段、采动影响阶段以及采动影响剧烈三个阶段,巷道围岩处于可控范围之内,满足生产要求,这与按经验需留设15m区段煤柱相比,减少了煤炭损失,提高了采出率,同时本文的研究对类似条件下区段护巷煤柱的留设具有指导和借鉴意义。     

巷道煤柱留设FLAC~(3D)模拟分析

针对不同巷道煤柱留设而引起的地表下沉量及水平位移,采用FLAC~(3D)快速拉格朗日有限差分法,在支护方案确定的条件下,对不同留煤柱尺寸(10、15、20m)进行数值模拟,根据对比不同方案的顶板下沉量及水平位移量,选择更为安全及经济的区段煤柱留设方案,研究成果对区段巷道煤柱留设设计具有重要实践意义。     

工作面煤巷支护方式和区段煤柱尺寸组合正交试验与数值模拟

针对西部浅埋厚煤层工作面煤巷支护方式与区段煤柱留设尺寸的最佳组合问题,以杨家村煤矿222205工作面为例,采用正交试验得到9组不同工作面煤巷支护与留设煤柱方案组合;通过数值模拟,得到9种不同支护方案巷道应力集中系数、顶底板及两帮位移变化,最终确定了最优方案为方案6(A3B3C2),即顶板采用锚杆间排距为1 100 mm×1 000 mm、帮部锚杆间排距1100 mm×1 400 mm(使用1根)、锚索交叉支护方案,留设煤柱宽度15 m。     

采动诱发断层活化规律相似模拟试验研究

针对煤层回采诱发断层活化突水的复杂问题,以五沟煤矿F13断层为背景,借助二维相似材料实验平台,通过所设计的代替含水层的水囊加载方式以考虑承压水的作用,对煤层采动过程中断层活化规律进行了深入研究。研究结果表明:断层上盘界面无论是垂直位移还是水平位移都比断层下盘界面位移量大;无论是断层上盘或是下盘,断层界面的垂直位移都比水平位移大;水囊加载方式是一种行至有效的和试验方法,能有效地反映承压水作用下煤层回采对断层活化的影响,研究结果指导五沟煤矿F13断层的防水煤柱留设,既实现了工作面安全回采,又减少了资源浪费,提高矿井的经济效益,同时对类似条件下的断层防水煤柱留设问题也具有借鉴意义。     

申南凹矿综放工作面沿空留巷煤柱合理宽度确定

针对高强度开采综放工作面围岩结构复杂和巷道围岩变形严重,留设煤柱宽沿空掘巷造成资源浪费等问题。以申南凹矿20108工作面为工程背景，利用数值模拟软件对合理留设煤柱宽度进行研究，首先对留设不同宽度煤柱下巷道垂直应力和水平位移进行分析，发现当煤柱宽度小于6.0m时，无法满足巷道稳定性要求。当煤柱宽度大于6.0m时，此时煤柱内部稳定区域增加，煤柱稳定性较好，同时当煤柱宽度大于6m时，煤柱抗水平变形能力增强，水平位移较小，同时发现随着煤柱宽度的增大，巷道顶板和巷道两帮移近量呈现出逐步减小的趋势，综合分析确定最佳煤柱宽度为6m，并进行现场应用,巷道围岩控制效果明显。     

复杂应力区段煤柱合理留设宽度仿真研究

针对南关煤矿3205运输巷道工作面掘进与支护困难、巷道变形严重且维修频繁的现状,为破解复杂应力情况下煤柱合理留设宽度这一关键性问题,借助FLAC 3D软件进行了应力场与位移场仿真分析。研究结果表明:显著的水平应力场、邻近的采动应力场与劣化的围岩稳定性三重因素的综合作用是制约3205运输巷正常掘进作业的瓶颈。在不同煤柱宽度方案比选过程中,窄煤柱在应对较强水平应力与剪切应力作用时处于劣势。煤柱宽度越大,采动应力场对煤柱及工作面的影响越小,采掘活动更为安全。经过方案比选,最终确立留设煤柱在复杂应力区段的合理宽度为30 m。     

露天煤矿端帮逆倾软岩边坡稳定性研究

为达到提高露天煤矿经济效益的目的,在确保最大限度回采压煤的前提下,以露天煤矿边坡稳定性问题作为边坡优化设计标准,结合胜利西二露天煤矿西端帮逆倾软岩边坡工程实际,采用刚体极限平衡软件和数值模拟软件FLAC3D相结合的方法,通过不断调整边坡参数,研究分析了不同留设煤柱长度到界边坡滑移模式及稳定性变化规律,优化设计了胜利西二露天煤矿西端帮最终边坡形态。研究结果表明:胜利西二露天煤矿西端帮逆倾软岩边坡滑移模式及稳定性主要受煤顶底板弱层控制;其稳定边坡角随着煤柱长度的增加呈先减小再增加最后趋于稳定的趋势;采用内排压帮可将西端帮压煤全部采出,最终帮坡角提高至32°,采出压煤471.44万t。     

缓倾斜煤层沿含水采空区掘巷煤柱稳定性研究

针对缓倾斜煤层含水采空区沿空掘巷存在围岩失稳和突水风险,为了分析和判断防水煤柱及其周围煤岩层的破坏规律和抗溃水能力与研究得出最优的沿空巷道支护控制技术,基于沿空掘巷的煤柱留设理论研究和现场实践,研究了沿含水采空区掘巷时护巷煤柱留设宽度的理论计算与无支护与有支护情况下护巷煤柱的流固耦合—力学反应,采用正交试验设计和FLAC3D数值模拟的方法综合分析了影响护巷煤柱稳定性的因素敏感性、不同护巷煤柱留设宽度下围岩的应力场、位移场、孔隙水压力的分布特征以及不同支护参数下的效果优化。研究结果表明:在煤柱宽度为12～18 m,水头压力为0～0.3 MPa,煤层倾角为2°～10°情况下,护巷煤柱稳定性影响因素的主次顺序为:水压煤层倾角煤柱宽度;在最大水头压力的作用下,护巷煤柱的合理宽度为12 m;确定了2214回风巷的最优支护参数。井下工业性试验验证了留设12 m宽度的护巷煤柱安全经济,采用主被动联合支护参数的沿空巷道的围岩表面位移均处于工程允许范围内。     

动压沿空掘巷煤柱宽度留设数值模拟研究

通过FLAC~(3D)对留设煤柱宽度为4、6、8 m分别进行模拟,对比分析各方案巷道围岩垂直位移、水平位移及塑性区分布。研究表明:煤柱宽度为8 m时巷道围岩垂直位移和水平位移最小,塑性区范围最小。所以选取8 m煤柱宽度为该煤矿7112运输巷的留设煤柱宽度。     

中厚煤层区段煤柱合理留设宽度分析

工作面开采过程中区段煤柱合理留设宽度对矿山提高回采率及巷道围岩稳定性具有重要作用。以彬长矿区某矿综采工作面区段煤柱留设为研究背景,通过区段煤柱宽度理论计算,得出煤柱宽度为7.9～9.8 m。利用数值模拟方法分别对8 m、10 m、15 m煤柱宽度条件下工作面开采过程中的煤柱垂直应力、水平应力和位移进行研究,发现从平衡应力场状态出发,留设8～10 m宽度煤柱以确保应对较长时间尺度下煤岩体非塑性状态的蠕变和流变;而从平衡后的位移场出发,选择留设8 m煤柱即可满足其变形很小且有一定有效宽度并处于良好弹性状态,同时能够发挥其对顶底板岩层的支承作用和对巷道的保护作用。综合分析相关结果并应用于工程实践中,得出了区段煤柱合理留设尺寸,为类似条件下区段煤柱的留设提供了依据。     

软顶底采场沿空掘巷窄煤柱尺寸留设研究

留设较宽的沿空掘巷煤柱不但造成煤炭资源浪费,往往在回采后出现应力集中效应,窄煤柱的留设是沿空巷道围岩结构的关键组成部分,其稳定性最终关系沿空掘巷技术的成效好坏。本文根据具体的地质资料采用FLAC~(3D)数值模拟软件分析了回采期间煤柱应力分布以及位移特征,综合考虑煤柱的尺寸设计及留设煤柱的稳定性、资源的回收率,最后留取5m煤柱作为沿空留巷的护巷煤柱。     

基于FLAC3D的平朔东露天矿南帮滑坡区稳定性分析

对东露天矿南帮滑坡区域治理方案采用FLAC3D进行数值模拟分析,得出当南帮滑坡区经过优化治理后,经强度折减,南帮优化后边坡的位移量很小,满足边坡稳定性要求,证明边坡优化合理,同时根据滑坡的力学成因机制类型为推动式,滑坡模式主要为以煤层底板弱层为底界面的切层-顺层滑动,边坡岩体的破坏形式为拉-剪复合型。     

双马煤矿巷道开挖围岩稳定性计算与分析

为了研究神华宁煤集团双马煤矿不同巷道断面形状和留设煤柱对巷道稳定性的影响,采用FLAC_(3D)软件进行了拱形断面巷道和矩形断面巷道在留设30 m煤柱条件下的开挖模拟。计算了开挖卸荷引起的围岩应力场、位移场变化规律,锚杆应力分布和塑性区范围,并进行了详细分析。计算结果表明,拱形巷道优于矩形巷道,且留设的30 m煤柱可以保证巷道的稳定。     

孤岛工作面沿空掘巷巷道位置及支护设计研究

针对孤岛工作面沿空掘巷巷道位置及支护问题,结合2302孤岛工作面工程实例,采用理论分析、FLAC~(3D)数值模拟和现场实测等方法研究孤岛工作面应力分布特征,分析留设不同宽度煤柱对巷道安全生产的影响,确定巷道最佳位置及支护方案。结果表明,受两侧采空区影响,孤岛工作面应力呈现马鞍形分布;FLAC~(3D)软件分别模拟不同煤柱下巷道开挖情况,分析煤柱内应力分布与巷道顶板位移情况,确定沿空掘巷合理留设煤柱宽度为6 m;通过数值模拟与现场实测,得出巷道采用设计的支护方案,变形得到有效控制。     

端帮开采下边坡稳定性的分析研究

以安太堡矿在相似模拟下端帮开采不同长度下边坡稳定性为研究对象,研究端帮开采对边坡稳定性影响,结果表明:随着开采长度的增大,位于留设煤柱上方的覆岩下沉逐渐放缓且缓慢达到稳定状态;在采掘长度的加大下,坡体内部覆岩沉降也在不断加大,直到沉降影响到地表,使地表逐渐失去支撑形成塌陷。     

浅析近距离煤层巷道的布置与支护

<正>近距离跨采对巷道围岩稳定性影响分析煤柱上支承压力分布是开采影响岩层相互作用的结果,是开采引起集中应力在煤层与直接顶界面上的直接反映。近距离跨采巷道围岩位移受开采引起的整体位移场影响较大,而不单纯决定于煤柱侧支承压力的作用。留设保护煤柱时,底板岩巷应位于集中应力区的外侧或跨采时工作面应推过足够距离,使巷道靠近采空区应力恢复区的下方。围岩应力演化具有以下特点:由于开采引起上     

煤柱对上保护层开采卸压消突效果的影响研究

针对上保护层开采过程中留设特殊煤柱会对开采效果产生不利影响的情况,以淮北青东煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测的方法,就煤柱对上保护层开采效果的影响进行了研究。理论分析得出,在煤柱下方区域会存在卸压盲区;数值模拟分析了留设不同宽度煤柱情况下上保护层开采过程中煤体应力、位移等时空变化规律,得出在留设煤柱情况下上保护层开采时会造成保护区域不连续,且煤柱越宽,对上保护层开采效果影响越明显;对青东煤矿8210工作面煤柱影响区域煤层透气性系数和钻屑量2种指标进行实测,得出在上覆7煤层留设不同宽度护巷煤柱时,在煤柱下方区域的8煤层会存在潜在突出危险区;现场实测结果与数值模拟分析结果基本吻合。     

窄煤柱护巷合理宽度探讨

留窄煤柱沿空掘巷是提高煤炭采出率十分有效的一种方法。通过FLAC3D有限元软件对李村煤矿6303工作面轨道巷不同宽度窄煤柱垂直方向应力、水平位移场以及巷道变形情况进行数值模拟,得出了该矿沿空掘巷煤柱的合理宽度留设标准,确定留设5m左右窄煤柱护巷时稳定性较好。将理论分析结果应用于实践中,现场支护效果十分理想。     

锚固预紧力和预留尺寸对煤柱承载特性影响分析

锚固预紧力和煤柱留设尺寸对煤柱稳定性有着重要的影响。研制了可变预紧力作用下不同尺度破碎煤岩压缩承载实验装置,通过对两端不同预紧力作用下破碎煤岩单轴压缩实验,分析了不同预紧力、不同煤岩尺寸条件下的承载特性。结果表明:初始侧压越大相同尺度煤样强度越高;煤样强度与试件尺度较好符合二次多项式函数;初始侧压为1 kN,煤柱尺度为21 cm时,煤柱稳定性效果最佳。煤柱尺寸相同情况下,支护强度越大,煤岩承载能力越强。在提高一定的支护预紧力时,可以适当减小煤柱宽度以提高煤柱的整体稳定性。研究成果为煤柱留设与围岩控制提供了实验依据。     

区段煤柱留设宽度及耗散性研究

针对常村煤矿相邻工作面之间留设30m煤柱,巷道变形依然较严重的问题,通过经典极限平衡区理论公式计算,确定巷道最小煤柱留设宽度范围在6.7～7.58m;利用FLAC~(3D)数值模拟确定不同煤柱留设宽度方案中垂直应力和能量耗散情况分析,得出2015工作面巷道合理留设宽度为7m,能够保证巷道稳定性和煤炭回收率。