大采高大倾角工作面矿压显现规律研究

根据某地下矿1304工作面现场条件,利用FLAC3D数值模拟软件模拟大倾角大采高条件下三维应力场演化规律。研究大采高采场的围岩应力变化特征,以及矿壁破坏、片帮分析利用数值模拟软件模拟,展开大倾角大采高条件下的矿壁稳定性研究,分析岩层倾角、采场高度与矿壁片帮之间的关系。     

大倾角采场围岩应力分布特征

采用三维有限元数值计算方法模拟大倾角煤层采场围岩应力分布,详细介绍了大倾角采场支承压力、底板应力、顶板应力分布的基本特征,据此可进行大倾角采场围岩应力分布的预测,为采场周围有关矿压控制问题提供依据。     

不同煤层倾角的底板采动破坏特征分析

根据山西龙矿盘道煤业有限公司2#煤层工作面地质及水文地质条件,利用FLAC3D数值仿真软件采用变化煤层倾角的方法,对工作面底板采动破坏进行流固耦合数值模拟,分析与研究不同煤层倾角地质条件下工作面推采过程中底板采动破坏深度的变化特征。研究表明:随着煤层倾角的增大,煤层底板最大采动破坏深度呈现先增大后减小的趋势,且在煤层倾角为30°的地质条件下底板塑性破坏区深度最大。同时将理论计算与数值模拟相结合,对煤层底板进行了突水性预测,为工作面的正常开采提供了理论依据。     

大倾角大采高采场倾向梯阶结构演化及稳定性分析

以大倾角煤层长壁大采高采场为研究对象,运用数值模拟、相似材料模拟、现场实测和理论分析相结合的手段,揭示了大倾角大采高采场顶板结构形成与演化特征,分析了顶板结构与支架、煤壁及垮冒矸石的相互作用特征。结果表明:大倾角煤层大采高采场空间尺度较一般采高大倾角煤层采场大,垮落顶板向工作面倾斜下方滚、滑特征更为活跃,充填压实程度高,工作面倾斜中、上部顶板岩层破坏运动空间增大,易形成跨层位、大尺度、非对称的空间梯阶状岩层结构。其中,高位梯阶岩层结构周期性破坏具有强度大、步距小、周期短、有冲击性等特点,其对采场低层位岩层、支架和煤壁的稳定性有明显影响。该结构受到切向力和法向力共同作用,且具有拉伸、压剪和复合型失稳模式,易造成工作面倾斜上部支架受载多变、中上部高煤壁片帮。     

不同煤岩倾角下采场倾向矿压规律数值模拟

为研究采场围岩活动受煤岩倾角的影响,利用数值计算软件FLAC3D对0°、30°、45°3个模型矿压规律进行模拟,分析采场围岩应力、位移及煤壁前方塑性区的空间演变过程。研究结果表明:随煤岩倾角增大,采场顶底板应力及位移分布形态发生变化;数值量也发生变化;中上部顶板运动较为明显,中下部底板运动明显,煤壁前方塑性区减小;覆岩运动形式从单纯下沉转变为下沉-回转-反回转空间复合运动,改变了覆岩运动规律,最终导致采场矿压规律发生改变。     

大倾角松软煤层炮采工作面矿压显现规律研究

工作面围岩压力分布及顶板活动规律是安全管理和合理安排生产的关键因素。采用数值模拟、相似材料模拟、现场实测综合方法获得了大倾角松软煤层炮采长壁工作面围岩压力分布及矿压显现规律。结果表明:大倾角松软煤层炮采长壁工作面老顶初次来压步距20 m,周期来压步距为15m,在工作面顶板支护设计中应重视周期来压的支柱安全;工作面围岩变形具有近场效应,在临近工作面附近变形剧烈,平巷支护设计理念应从载荷控制向变形控制转变。     

大倾角近距离煤层群长壁采场顶板破断机理

大倾角近距离煤层群开采时,下层煤采场顶板受到重复加-卸载作用,其覆岩运移和矸石充填特征较单一煤层开采时更为复杂.以东峡煤矿大倾角近距离煤层群为研究对象,采用物理相似材料模拟试验、理论分析和现场实测相结合的手段,通过建立基于下层煤采场顶板的两端固支梁模型,确定了采场顶板易发生弯曲破断的位置,研究了大倾角近距离煤层群长壁采...     

大倾角双斜工作面岩移规律数值模拟研究

为研究大倾角双斜开采工作面的采场应力分布与围岩变形破坏特征,根据新集二矿E1108工作面地质条件,采用UDEC2D3.1数值模拟软件分别对大倾角双斜工作面俯采与仰采时的岩移规律进行了模拟计算,并对现场相关实测结果进行了分析.结果表明,大倾角双斜工作面俯采及仰采时采场围岩应力分布及覆岩变形破坏特征均呈现与近水平或缓倾斜煤层不同的特殊规律.数值模拟分析与现场实测结果基本一致.     

大直径深孔采矿法采场顶板长锚索加固稳定性分析

采用FLAC3D非线性大变形数值分析软件构建三维有限差分数值模型,模拟安庆铜矿某大直径深孔采场的开采及顶板长锚索加固支护过程,考察了长锚索加固对采场顶板稳定性的影响。研究结果表明:采用长锚索加固后,顶板岩体塑性区范围及顶板沉降位移明显减小,长锚索加固能显著提高采场顶板的稳定性。     

大倾角煤层采动裂隙演化规律

通过离散元UDEC数值模拟计算,分析了大倾角煤层开采过程中,扰动岩体裂隙的演化规律,同时采用相似材料模拟实验结果验证了数值计算结果的可靠性。大倾角煤层采动岩体裂隙发展初期以平行于工作面倾向的离层裂隙为主,后期离层裂隙的高度基本恒定,竖向裂隙扩展加速,直至延伸到地表,形成错断式裂缝和塌陷坑。在此基础上,建立了大倾角煤层采动裂隙分形维数D和采深的关系式,以及逾渗概率p和采深的关系式,实现了定量描述裂隙的演化规律。通过拟合分形维数D和逾渗概率p的关系式,可求得分形维数的峰值,进而可求得对应的采深,此采深即为破碎覆岩压密沿倾斜方向重新形成稳定结构所需的采深。计算结果可用于预先估算大倾角煤层开采埋深范围内是否可形成基本顶稳定结构,进而可采取不同的措施指导工作面的安全开采以及巷道的合理支护。     

近距离煤层开采矿山压力规律数值模拟研究

神东矿区榆家梁煤矿4-3煤层和4-2煤层为近距离煤层开采,通过建立FLAC数值模型,研究了4-3煤层工作面受4-2煤层工作面采空区的影响及4-3煤层工作面开采过程中的矿山压力显现规律,分析得出了4-3煤层工作面矿山压力受影响的范围及4-3煤层工作面垂直应力变化规律。     

不规则煤柱作用下工作面开采的三维数值模拟

通过对三河尖煤矿9202工作面实际开采情况的模拟,分析了近距离煤层或煤层群开采时,上部煤层开采后遗留的煤柱对下部煤层开采的影响.模拟显示下部煤层工作面推进到煤柱下方时形成的应力集中远大于工作面超前支承压力和煤柱引起的支承压力的简单叠加,形成的高应力区极易引发诸如冲击矿压的矿井灾害;指出在近距离煤层或煤层群开采时,要合理布置工作面的位置,根据上部煤层开采的时空关系来合理布置下部煤层工作面的回采巷道,并尽量避免在煤柱正下方采煤.     

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。     

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     

急倾斜俯伪斜长壁综采机械化研究

急倾斜煤层开采条件恶劣,国内外没有长壁综采成功的先例,通过采用俯伪斜综合机械化开采工艺,减小了工作面实际倾角,克服了传统采煤方式落煤飞矸窜入液压支架伤人的现象,采煤机、刮板输送机、液压支架配套中,建立稳定一致的梁端距以及通畅的行人通道是基本的要求,为此创新研发了菱形液压支架,导向输送机为采煤机提供割煤过程依托,论述了菱形液压支架及其与特型采煤机、输送机的配套关键问题,液压支架的调整能力是保证采煤推进过程中设备不下滑的基础。通过工程实际应用,急倾斜俯伪斜长壁综合机械化开采效果显著,是急倾斜煤层开采方式的重大突破,设备之间协调运转,顶底板维护良好,对复杂难采煤层综采技术具有重大的推动意义。     

五阳煤矿7601综放面瓦斯浓度分布规律分析

根据五阳煤矿7601综放工作面的开采时空条件,按立体网格状布置测点,对整个综放面瓦斯浓度进行了测量.测量分析结果显示工作面瓦斯主要来源是工作面煤壁,其大小取决于煤层原始瓦斯含量、煤层透气性、瓦斯放散初速度和瓦斯涌出衰减系数等;工作面上隅角附近瓦斯体积分数最高达到1%左右,而抽排风筒内瓦斯体积分数为0.8%左右,说明抽出式风机抽排瓦斯的效果十分显著.     

综放开采煤层支承压力分布规律现场实测分析

依据谢桥矿1151（3）综放面开采地质及技术条件,采用钻孔应力计对工作面回采过程中煤柱和工作面煤层及巷帮侧向实体煤的应力进行观测。研究分析表明,在非对称开采条件,回采期间工作面及巷道周围煤层应力分布规律明显不同,煤柱和工作面煤层沿走向在工作面前方存在支承压力峰值,但巷帮侧向实体煤沿走向在工作面前方并不存在应力峰值,其峰值在采空区后方,而煤柱和巷帮侧向实体煤沿倾向均存在应力峰值,邻近工作面煤柱及工作面煤层应力均处于降低区。     

厚煤层综放开采技术的动压控制机理

鉴于冲击地压对深部厚煤层工作面安全高效生产具有严重的影响性,采用RFPA2D数值模拟软件研究综放工作面采场周围支承压力的分布规律,分析综放开采对于有冲击危险性厚煤层的动压控制机理。研究表明,对于具有冲击危险性的厚煤层采用综放开采是有利于冲击地压防治的[1],在采用放顶煤开采方法时形成的"高位结构"改变了支承压力在煤层上的分布形态,支承压力的范围明显扩大,从而达到对采场周围动压显现的控制目的。     

采空区下近距离煤层巷道围岩稳定性分析及控制

针对近距离煤层工况条件下,下部特厚综放工作面开采时存在覆岩应力变化大、矿压显现明显、工作面支护难度加大,煤壁片帮、顶板漏冒事故多等问题,以王庄煤矿开采的2号和3-5号煤层工作面为工程背景,通过理论分析、采用UDEC离散元软件和FLAC 3D软件建模分析及现场应用实践等方法,对近距离特厚煤层开采条件下工作面采空区覆岩运动及顶板应力变化规律进行了研究分析。结果表明,上部2号已开采煤层覆岩关键层岩体发生断裂对下部3-5号煤层工作面来压强度影响巨大,容易引发工作面采空区顶板大面积来压。据此提出优化30501工作面巷道布置,将原回风巷向内侧偏移25.4 m,工作面倾斜长由原来的180 m缩短为154.6 m,从而减小上部煤层工作面留设的区段煤柱应力影响范围,同时通过优化工作面开采工艺、合理确定工作面三机设备选型和端头及超前支护方案。现场应用结果表明,工作面在掘进和回采过程中矿压显现程度及次数明显降低和减少,未发生过顶板、瓦斯等大型事故,实现了安全高效回采。     

特厚煤层采动底板变形破坏的数值模拟与实测对比

根据兖州某矿工作面煤层顶、底板岩层组合及结构性质特点,建立反映完整底板岩层组合的工程地质模型,通过FLAC3D数值模拟分析了煤层开采过程中底板应力及塑性区分布特征,得到了采动煤层底板变形破坏的深度。最后,结合现场该面煤层底板随不同深度钻孔内超声成像观测的变化规律,综合对比分析得出该面煤层底板破坏深度约为12 m。