重复采动下近距离煤层群下行开采工作面矿压显现规律研究

为研究近距离煤层群下行开采工作面煤体破坏特征和矿压显现规律,本文采用PHASE 2D有限元分析软件建立数值模型,研究了杨家寨煤矿近距离煤层下行开采重复采动影响下工作面煤壁破坏特征、围岩应力分布规律及覆岩移动演化特征。数值模拟结果显示：(1)工作面煤壁在顶底板挤压作用下外鼓,下煤层较上煤层的煤壁破坏更为明显,上、下煤层工作面最大塑性区宽度分别为2.43 m和3.18 m;(2)随着工作面的推进,工作面支承压力增高系数峰值先增大后稳定,上煤层支承压力增高系数稳定在1.60左右,而下煤层支承压力增高系数稳定在1.52左右;(3)上、下煤层工作面各推进200 m时,覆岩最大位移分别为36 mm和73mm,但上煤层工作面达到了充分采动,覆岩最大位移不再增大,而下煤层工作面仍处于非充分采动阶段,覆岩最大位移将随工作面的推进继续增大。     

近距离煤层群下组煤开采覆岩活动与支架选型研究

依据西山煤电集团公司东曲煤矿近距离煤层赋存特点,结合14214工作面的生产技术条件,使用数值模拟和理论分析相结合的方法,对东曲煤矿下位4#煤层工作面开采的覆岩活动规律进行研究,在充分了解4#煤层开采垮落带高度、覆岩活动特征、围岩塑性区分布以及工作面超前支承压力分布特点的基础上,为近距离煤层下层煤开采工作面破碎顶板的处理和支架选型提供依据。     

弱胶结地层重复采动覆岩渗透性演化规律研究

为研究西部地区弱胶结地层煤层群开采过程中覆岩渗透性演化规律,以伊犁矿区伊新煤业开采地质条件为基础,通过构建弱胶结采动地层数值计算模型,分析了重复开采扰动下弱胶结煤系地层覆岩的应力分布特征、塑性破坏区发育及渗透性演化规律。结果表明：近距离上位煤层开采时,采动支承压力峰值的应力集中系数达到1.81,采空区覆岩最大拉应力值达到0.9MPa;上位煤层工作面推进距离达到300 m时,采空区上行破坏区和下行破坏区相互导通;重复开采扰动下,弱胶结地层采动覆岩的孔隙压力大幅下降,采动渗流场呈现采空区四周渗流速度大于采空区中部渗流速度、采空区煤壁侧的渗流速度大于两侧和切眼侧渗流速度,当上行和下行破坏区连通时渗流速度大幅增大;近距离下位煤层开采,当煤层间岩层破坏区初次贯通时,上下煤层间岩层形成中间渗流速度大、两边渗流速度小的扇形渗流场,随着工作面持续推进,最大渗流速度位于工作面前方。     

上行开采工作面超前支承压力的分布规律

以淮南矿业集团张集矿1410(1)工作面煤层赋存条件为依据,采用Flac数值计算模拟软件与现场观测相结合,分析工作面超前支承压力和围岩变形的规律,研究表明:在上行开采条件下,工作面围岩变形严重,煤壁破裂区和塑性区显著增大,影响范围和应力值增大,在工作面安全生产过程中应加强对煤壁片帮的控制,加大工作面超前支护范围。     

极近距离煤层下煤层开采矿压特征研究

以南阳坡矿极近距离煤层下煤层开采为工程背景,针对下层煤开采过程中工作面围岩破碎剧烈、顶板冒落严重、煤壁片帮多发、巷道稳定性差等问题,利用理论分析和数值计算的方法,分析上层煤开采对下层煤工作面覆岩的稳定性特征的影响,对其矿压特征、工作面围岩稳定性状况进行了研究,获得了下煤层工作面覆岩破坏的规律和下煤层工作面顺槽稳定性特征。     

宽沟煤矿近距离煤层群开采覆岩变形破坏数值模拟研究

为研究重复采动条件下覆岩变形破坏特征，采用数值模拟方法针对覆岩应力场、位移场、工作面超前支承压力分布特征进行分析，研究多次重复采动条件下围岩塑性区演化特征。结果表明：不同工作面的采空区同时形成应力拱壳结构；围岩支承压力峰值则整体呈现“先增大、后减小”的演化趋势。顶板下沉量受重复采动影响而不断增加，随着顶板塑性区与上层煤底板塑性区贯通，顶板产生大范围变形破坏。     

近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值模拟分析

针对西北地区某矿近距离煤层开采分组集中大巷稳定性问题,建立了近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值计算模型,分析了近距离煤层开采后顶板位移、顶板应力、围岩应力演化规律、锚杆（索）预应力场以及裂隙场演化规律。结果表明：（1）近距离煤层开采之后,大巷煤柱两侧的顶板发生断裂垮落,距离大巷煤柱越远,顶板下沉量越大;(2)随着近距离煤层开采,大巷之间保护煤柱的集中应力逐渐消失,工作面两侧大巷保护煤柱中出现10 MPa的应力集中现象,应力降低区范围大大增加,应力转移到左右工作面大巷保护煤柱中;（3）随着煤层开采,大巷围岩在地应力场与锚杆（索）预应力场的叠加场影响最小主应力的压应力逐渐增加,并在巷道周围形成了一个闭合连续的压应力带,其范围不断增大,最小主应力值逐渐减小,且下层煤的开采使上层煤的大巷锚杆（索）所受的力增加;（5）下层煤的开采使得上层煤两侧工作面大巷保护煤柱的剪切破坏带深度增加,最大破坏深度增加14 m,下层煤的大巷只在两帮出现深度为2 m的剪切破坏区,而两侧工作面的大巷保护煤柱出现10 m的剪切破坏。     

基于采空区刚度演化的采场围岩稳定性分析

为研究采空区刚度对采场围岩稳定性的影响,采用PHASE 2D有限元软件建立3种采空区刚度数值模型,其中模型Ⅰ的采空区刚度最大,模型Ⅱ最小,模型Ⅲ居中,研究了工作面前方煤体塑性区的发展规律、直接顶下沉量、覆岩垂直位移和工作面支承压力变化规律。研究结果表明,当工作面推进150 m时,3种采空区刚度下的工作面前方煤体塑性区宽度分别为2.08 mm、3.56 mm和3.13 mm,采空区刚度越大,工作面煤体塑性区宽度越小;模型Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的直接顶最大下沉量分别为38.8 mm、106.6 mm和96.8 mm,覆岩垂直位移最大值为44.9 mm、148.3 mm和137.4 mm;随着工作面推进,工作面前方支承压力增高系数先增大后稳定,模型Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ支承压力增高系数峰值依次为2.1、3.7和3.4。分析认为,增大采空区刚度有利于降低工作面支承压力,提高采场围岩稳定性。     

天悦煤矿近距离煤层联采合理错距分析

近距离煤层上下联采的安全高效生产,关键在于合理确定下层煤工作面与上层煤工作面间的距离。通过分析天悦煤矿上层煤采动后的覆岩结构及应力分布规律,研究上层煤采动后的减压区范围及稳压区范围,探讨下层煤工作面布置于减压区和稳压区的合理性,得出该矿下层煤滞后上层煤工作面的合理错距为29.3~36.9 m.     

近距离厚煤层组工作面覆岩破坏规律实测研究

为深入研究近距离厚煤层组综放开采覆岩破坏规律,并为合理留设露头区安全煤(岩)柱提供数据依据,指导浅部工作面防治溃水、溃砂等水害事故,以大屯矿区7,8煤近距离厚煤层组工作面为例,在前期上层煤(7煤)覆岩破坏规律观测研究的基础上,近期采用井下“两带”观测仪观测了下层煤(8煤)的“两带”高度发育特征,从而在我国率先全面实测了近距离厚煤层组工作面覆岩破坏规律。结果表明：上层煤的底板破坏范围与下层煤垮落带发育范围有重合区域时,下层煤垮落带高度增大;下层煤综放开采按综合采厚计算的裂采比与以往单一煤层的裂采比较为接近,但按下层煤采厚计算的裂采比高于综放开采单一煤层的裂采比52%。“三下采煤规程”中的“两带”高度预计公式在近距离厚煤层组综放开采条件下应当进一步完善。     

部分充填采煤法工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律研究

为了研究部分充填开采下工作面煤体破坏特征及覆岩移动规律,本文以新桥矿为工程背景,拟通过PHASE 2D有限元软件建立相应的数值模型,研究了支承压力分布规律、工作面前方煤体塑性区发展规律、工作面顶板下沉量和覆岩移动规律.研究结果表明:工作面前方支承压力先增大再减小,最后趋于稳定,应力集中系数峰值为1.8;工作面前方燥壁破坏范围随工作面推进逐渐增大,并最终稳定在2m;工作面燥体前方直接顶的下沉量较小,而工作面煤壁后方直接顶的下沉量较大,直接顶下沉量最大为22 mm左右;覆岩垂直位移随工作面推进距离增大而增大,最大垂直位移为66mm左右.     

窄小煤柱集中应力在下煤层顶底板中的应力分布规律研究

以某矿27301工作面地质条件为背景,通过理论分析,对近距离煤层群开采中,上层煤窄小煤柱对下层煤顶、底板应力分布进行研究得出:下层煤的应力降低区位于距上层煤煤柱边缘4 m以上的位置,下层煤工作面布置时,上下顺槽应与上工作面煤柱内错4 m,最为安全合理。     

煤层群混合开采采动裂隙发育规律研究

鉴于煤层群开采采动裂隙的发育规律对于顶板控制具有重要影响,以贵州松河煤矿煤层群混合开采生产地质条件为背景,通过相似物理模拟,研究了煤层群混合开采过程中覆岩裂隙的发育规律。研究表明：煤层群采用混合开采顺序时,覆岩裂隙的发育程度受煤层群复合厚度、层间距、开采顺序的影响;煤层群下行开采时,下层煤开采将导致上层煤裂采比增大,煤层群上行开采时,上层煤开采后裂采比相对较小,但会引起邻近下层已开采煤层顶板内裂隙继续发育,使其裂采比增大;裂采比和煤层复合厚度之间呈对数关系,裂隙发展高度和煤层顶板下沉量之间呈三次多项式关系。研究结果可为煤层群混合开采顶板控制设计提供理论依据。     

近距离煤层群底层开采覆岩结构及运动规律研究

针对崔家寨矿近距离煤层群开采,应用关键层理论并结合离散元数值模拟,研究了底层1#煤层首采面采场覆岩结构及运动规律。结果显示:E12101工作面基本顶初次来压步距为59 m,周期来压步距为24 m。上覆5#、6#2层煤的开采,起到一定的卸压作用,应力向底层传递较快,随着工作面的推进,工作面前方水平应力有增大的趋势,而垂直应力会减弱,工作面超前支承压力影响范围为30 m左右,在工作面前方10 m左右较强烈。     

近距离煤层群多重采动覆岩破坏特征及应力传递规律研究

近距离煤层群开采覆岩破坏特征不同于单层煤开采,同时存在层间相互影响的问题。以晋能控股煤业集团燕子山煤矿11~#煤层、14-2~#煤层、14-3~#煤层三层近距离煤层为研究对象,通过进行物理相似模拟实验和数值模拟计算,研究分析了近距离煤层群开采时顶底板围岩的覆岩破坏特征及应力传递规律。研究结果表明：近距离煤层群下行开采过程中,随着采动次数增加,顶板横向裂隙超前发育和纵向裂隙穿层效果更为明显,垮落块度明显减小,来压规律不明显;煤层顶板覆岩因采动产生的应力峰值随采动次数增加而降低;初次采动影响下,稳定后的覆岩应力要明显小于原岩应力,而多次采动稳定后的覆岩应力与该次采动前相近;上覆岩层在多重采动影响下,破坏更彻底,形成台阶式的岩层切落。研究结果可为条件相似的近距离煤层群开采顶底板围岩控制、采空区积水及瓦斯防治提供参考依据。     

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。     

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。     

近距离上保护层采动效应的数值模拟及分析

为了确定近距离上保护煤层开采对下部煤层的影响,通过数值模拟建立了基于某矿3527工作面的分析模型,通过分析上层煤开采过程中围岩应力、被保护层保护区域顶底板应力、保护层与被保护层顶底板位移变化等参数,确定3527近距离上保护层工作面回采时,底板位移最大变形量为66 mm,被保护层被保护区域内顶板的位移变化量为15~57 mm,底板的位移变化量为12~47 mm,该方案可以为确定合理煤层群开采提供指导。     

综采工作面覆岩应力分布及运移规律分析

分析了综采工作面覆岩应力分布及运移规律,主要研究了不同工作面推进距离下上部覆岩的应力分布及上覆岩层运移规律。研究得出:随着工作面推进,产生的集中应力逐渐向煤层底板和前方扩展,支承压力的峰值点位置先增加后逐渐稳定,工作面上覆岩层逐渐垮落,垂直位移和水平位移逐渐增加,上覆岩层围岩运动的影响范围也逐渐增大。     

采空区煤壁下巷道围岩应力分布影响因素分析

结合工程实例,采用数值模拟并考虑煤岩体的应变软化特性,对影响下层煤应力分布规律的因素及下层煤巷道合理位置进行了分析。研究表明:下层煤应力分布受上层煤采高及煤层群埋深影响较小,受上层煤顶板岩性与煤层间距影响较大。位于压力卸载区的巷道围岩中压应力小,剪切塑性范围小;位于应力升高区的巷道围岩中应力强烈集中,剪切破坏严重。下层煤巷道最好布置在采空区下方压力卸载区,且必须加强应力升高区内巷道支护。