向斜轴部倾斜煤层应力状态分析

为了保证长沟峪矿向斜轴部倾斜煤层的安全开采,用FLAC2D对工作面推进过程中的煤层应力状态进行工程数值模拟,研究向斜轴部原岩应力状态的变化规律和向斜两翼采空后轴部煤层的应力状态分布规律,结果表明向斜轴部煤层应力状态相对集中,采空区前方煤体存在应力集中区.在对轴部煤层进行开拓采掘时应加强超前支护管理,确保向斜轴部工作面安全生产.     

褶皱构造对深井采动应力演化的控制规律研究

针对褶皱构造引起的采场应力异常及采场动力灾害问题,采用FLAC~(3D)数值模拟的方法,研究了褶皱区域煤层开采过程中的应力演化规律,分析了褶皱区域不同位置工作面煤岩应力分布特征。研究结果表明:受上覆岩层和水平挤压作用形成的皱褶,背斜与向斜轴部水平应力集中,其中背斜与向斜内弧压应力集中,外弧拉应力集中;在褶皱中回采时,水平应力起主要控制作用,工作面接近背斜轴部时,顶板岩层稳定性逐渐降低,而底板岩层稳定性逐渐升高;工作面在背斜与向斜之间推进时,自背斜轴部仰采推进时煤壁前方应力更低,回采更安全。赵楼煤矿千米埋深的7301工作面在褶皱中推进时,俯采接近向斜轴部时微震日平均能量增大,仰采推进至背斜轴部时发生工作面煤壁片帮,顶板破碎、垮落等现象,现场观测与模拟分析结果较为吻合。研究结果对采场褶皱区安全开采具有一定的指导意义。     

褶皱构造形成机制及其应力场分布规律的研究

为探究褶皱形成机制及其应力场分布规律,基于粘弹性梁理论,推导了褶皱蠕变弯曲后挠度、弯矩、剪力方程,表明褶皱的形成主要受构造应力与自重应力控制,与岩层的蠕变特性密切相关。利用数值软件模拟了褶皱形成过程,发现水平方向上背斜向斜轴部是应力集中区域,竖直方向上应力由大到小依次为:核部、背斜向斜的波峰波谷、翼部。建立了褶皱模型并对中间煤层采用不同工作面推进方式开挖,通过监测顶板、支撑面、底板3处应力可知,采用自向斜轴部工作面仰采的推进方式更为安全。     

向斜轴部双机联运防治燥层顶板水

通过对淮北双龙矿业集团公司水文地质特征以及历年突水水源、突水规律的分析和研究，结合设计工作面具体地质特征，提出在向斜轴部开采煤层时，采用双机联运防治煤层顶板砂岩裂隙水，详细介绍了向斜轴部双机联运的采掘工艺，该方法在实践中能有效消除回采过程中的顶板水害，保障矿井安全生产。     

复杂构造突出煤层地应力分布与损伤状态模拟

复杂地质构造突出煤层中地应力分布与煤体损伤状态对煤层瓦斯赋存状态与瓦斯压力梯度分布起着重要作用。运用岩石力学模拟软件分析了里王庙矿-1152石门与坦家冲矿236-80石门揭煤区域复杂地质构造突出煤层中地应力分布与煤体破坏规律,结果显示:在曲率较大位置的煤层顶底板岩层极易出现水平应力集中的现象,构造区域煤层内水平应力呈现明显的竖直层状分布,在一定程度上导致了在煤与瓦斯突出过程中煤层会呈层状破坏向外喷出现象的产生;在背斜或向斜轴部附近的翼部区域会存在应力梯度变化拐点,应力变化明显;褶皱背斜轴部及其附近区域出现了应力中和面,且中和面附近翼部区域煤体最先产生破坏,且破坏最为严重。     

向斜轴部双机联运防治煤层顶板水

通过对淮北双龙矿业集团公司水文地质特征以及历年突水水源、突水规律的分析和研究,结合设计工作面具体地质特征,提出在向斜轴部开采煤层时,采用双机联运防治煤层顶板砂岩裂隙水,详细介绍了向斜轴部双机联运的采掘工艺,该方法在实践中能有效消除回采过程中的顶板水害,保障矿井安全生产。     

煤矿褶皱构造区冲击地压机理研究及防治实践

针对胡家河煤矿402103工作面褶皱构造区开采期间煤岩应力异常和强矿震事件频发问题,基于数值模拟和现场实测方法分析了褶皱构造区工作面回采期间顶板、煤层和底板的应力演化特征,探讨了褶皱构造区冲击地压发生机理。模拟结果表明:工作面开采至褶皱构造不同区域时,褶皱构造区垂直、水平应力场分布具有明显的分区特性;褶皱构造区工作面开采时,水平应力起主控作用,开采至背斜轴部区域时顶板围岩稳定性降低,开采至向斜轴部区域时底板围岩稳定性降低,开采至翼部区域时煤层稳定性降低;基于煤矿褶皱构造区冲击地压发生机理,制定了402103工作面巷道围岩系统的顶板、煤层定向爆破释能降载防治方案,卸压后日均微震总能量下降47.6%,日均微震总频次上升16.7%,有效降低了工作面冲击危险性。研究结果对煤矿褶皱构造区工作面开采动力灾害防范具有一定借鉴意义。     

采动条件下褶皱构造区不均匀应力场演化特征研究

褶皱作为地壳岩层运动形成的地质构造之一,其附近岩层分布较大的残余不均匀构造应力,是诱发煤矿冲击地压的主要因素。针对这一问题,以义马煤田千秋煤矿21221工作面为工程地质背景,建立了褶皱构造赋存条件下的数值模型,施加了不均匀构造应力,分析了工作面开采时褶皱构造区域应力场的演化特征,研究了采动影响下褶皱构造不同区域矿压显现规律。研究结果表明:褶皱构造的原岩应力场的分布具有明显的空间分布区域性,即垂直应力和水平应力在向斜和背斜轴部表现出不同的分区特性,向斜轴部处出现了应力集中。随着工作面推进过向斜和背斜,水平应力和垂直应力在采空区顶板和底板均形成了椭圆形卸压区,垂直应力卸压区演化沿褶皱向斜或背斜法线方向逐渐扩大,垂直应力在工作面超前区域出现了一定范围的应力集中,应力集中区远离轴部扩大;水平应力在工作面垂直方向上较远处区域出现了应力集中,应力集中区逐步向顶板和底板远处发育,水平应力在卸压区内顶板应力的释放程度要明显高于底板。在工作面过褶皱轴部和翼部阶段,工作面超前支承压力的峰值随开采距离的增加而增大,应力集中系数则先增大后减小。工作面自背斜轴部俯采时工作面前方支承压力较大,自向斜轴部仰采时较小。当工作面过褶皱轴部时,直接顶受压状态的应力集中程度逐渐减小,减小的过程伴随着能量释放激增的现象,此时极易诱发冲击地压。     

向斜构造煤与瓦斯突出机理探讨

为了确定向斜构造煤与瓦斯突出机理,从应力、煤体结构特征和瓦斯压力及含量等方面对向斜构造进行了分析.利用弹性梁的应力、应变理论,分析了煤层与围岩组成的软硬互层系统的层间滑动特征和应力-应变特征、煤体宏观与微观结构特征、瓦斯压力与瓦斯含量分布特征.研究表明,向斜构造的两翼与轴部中性层以上为高压区,中性层以下为相对低压区,距离向斜轴部越近,主应力及其梯度越大.向斜构造形成过程中的层间滑动造成煤体原生结构遭到破坏,煤体强度降低,煤层增厚.向斜构造部位瓦斯生成量亦相对较高,同时中性层以上煤(岩)体中的裂隙和孔隙被压密、压实而闭合,阻止了下部瓦斯的向上逸散,中性层以下的张性作用下的断裂或折裂面、煤体中的割理、节理等降低了解吸压力,形成良好的瓦斯聚集空间,也有助于煤层中吸附瓦斯的解吸,使得向斜轴部瓦斯含量较高.向斜构造同时具备的高地应力、高瓦斯压力(含量)和构造煤发育等3个因素是其发生煤与瓦斯突出的主要原因.     

向斜轴部附近微震活动规律及对冲击矿压的影响

根据波兰SOS微震监测系统所得到的微震数据,结合砚北煤矿250204工作面的实际情况,具体分析了向斜轴部附近的震源演化规律,得出结论：工作面回采期间,当工作面处于向斜轴部时,震源主要分布在煤层上侧,即微震事件主要发生在顶板附近;当回采工作面逐渐远离向斜轴部时,震源分布有向煤体下侧转移的趋势,即微震事件主要发生在底板附近。当向斜轴部和工作面见方2因素相叠加时,发生冲击的可能性明显增大。同时总结了向斜构造发生冲击矿压的能量频次规律,对生产实践起到重要作用。     

云南马河向斜煤层赋存规律

马河向斜分划为威信段、镇雄段2个区段,待威信段、镇雄段相继施工后,揭露出诸多地质现象,凸显无疑.通过确定其区域特殊位置和收集其大地构造背景资料,结合含煤地层沉积环境及聚煤环境条件,采用4套煤层、7个标志层对比的方法验证,归纳出整个马河向斜构造演化特征以及含煤特性、可采煤层层位及煤层赋存规律,透彻分析聚煤环境对煤层变化的影响.马河向斜聚煤规律的研究不仅具有非常重要的现实意义,而且为类似的向斜构造指明煤层赋存层位和有利勘探方向.     

急倾斜特厚煤层水平分段开采煤岩应力演化规律数值模拟研究

急倾斜特厚煤层赋存条件非常特殊,为揭示急倾斜特厚煤层开采过程中灾害的致灾机理,基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件对乌东煤矿45~#急倾斜特厚煤层水平分段开采条件下,岩体及煤体的应力演化规律进行数值模拟研究,研究结果表明:煤层顶板附近的岩层应力较大,靠近煤层底板处的岩层应力变化不大;覆岩局部区域内产生了应力集中现象;工作面煤体的应力集中多分布在靠近顶板处的煤体,而靠近底板处的煤体其应力集中程度较顶板小;工作面煤体的轴向应力的分布分为塑性区、弹性区和原岩应力区三个区,工作面煤体沿走向方向上的侧向应力随距离工作面的距离增加而减小。     

注浆加固在高应力软岩巷道修复中的应用研究

鹤煤五矿延深胶带下山位于向斜轴附近,布置在二₁煤层底板中,巷道围岩为砂质泥岩。受地应力、构造应力、采动压力的影响,巷道经过多次维修,围岩极为破碎,曾先后采用锚网喷、强力锚索、高强度网壳、可伸缩U型钢支架等联合支护,也难以控制巷道的强烈变形。经过反复实践,最后采用“双柱腿U36支架+壁后注浆”联合支护方式,支护效果明显改善。     

多煤层开采合理煤柱尺寸留设研究

针对潘三矿多煤层回采受F24大型逆断层影响,利用FLAC3D研究11煤和13煤留设不同尺寸断层煤柱情况下,采场应力和塑性区演化规律,从而提出合理的断层煤柱留设尺寸。研究发现,随着11煤回采留设煤柱的减小,应力集中逐渐向断层上盘转移,而13煤回采受11煤回采的影响,煤柱的减小使采空区左侧应力集中区域逐渐增大;同时,断层附近塑性区范围逐渐增大并最终与采场塑性区导通,为防止突水事故,确定煤柱留设尺寸分别为40m、60m;现场工程验证该留设尺寸是合理的。     

近距离煤层联合开采的通风阻力测试及围岩破坏规律研究

近年来,随着煤层开采深度的增加,深部的煤层组正在逐渐成为各煤矿的主产煤层。与单一煤层开采不同,由于部分煤层的厚度较小,且各煤层之间的间距也较小,因此多采用多煤层联合开采的方式布置。本研究通过对某矿井近距离煤层开采条件下的通风阻力参数的测试结果进行理论分析,确定该煤矿在工作面回风巷与上部已采封闭工作面存在严重漏风现象。通过数值模拟技术,对该矿地质条件下近距离煤层矿压规律进行数值分析,经分析发现近距离煤层应力互相影响造成的破坏区主要集中在巷道端头附近的位置,由于破坏区的存在必然会出现漏风现象,通过数值模拟所得到的结果与现场实测的情况相符。通过对围岩的破坏规律的分析,认识到近距离煤层开采时出现的问题,为类似地质条件下的安全生产提供了可靠地参考依据。     

保护层卸压开采两煤层终采线合理位置确定

为了研究保护层开采过程中围岩应力分布演化及其对前方底板巷的动态影响规律,基于采动支承压力在煤层前方及底板内的演化规律,运用FLAC^2D模拟分析了淮南矿区11煤作为13煤下保护层开采过程中在不同煤柱宽度下的采场围岩应力分布特点,并进行了巷道围岩变形监测。结果表明：下保护层开采过程中,留110m煤柱可以减弱采动对前方底板巷道的影响,当开采上方解放层时,应避免两煤层终采线留设在同一位置,错距为30—50m,可以减少采动应力叠加影响。     

榆神矿区煤质特征和煤炭液化性能分析

介绍了榆神矿区的煤层与煤质特征,以煤炭液化试验实例论述了榆神矿区煤炭是适于直接液化的原料用煤.建议在液化用煤方面可进行榆神矿区上、下部煤层开采,以使煤层上部能被充分利用.     

上覆煤层开采后下伏煤层卸压机理分析

以开滦唐山矿Y485工作面受上覆5#煤层采空影响为背景,基于关键层理论,采用数值模拟和现场实测研究了上覆煤层开采后下伏煤层的卸压机理。结果表明:覆岩中往往存在多层关键层,会对工作面支承压力产生影响。卸压开采后上覆关键层发生破断,下伏煤层工作面回采时仅在层间关键层的影响下支承压力的影响范围和峰值显著降低。唐山矿上覆5#煤层工作面回采后,仅在层间关键层的影响下,下伏9#煤层Y485工作面超前支承压力影响范围由73 m减小至38 m,超前支承压力峰值与工作面煤壁的距离由29 m减小至20.5 m。当两煤层间存在厚硬关键层时,开采上覆煤层对下伏煤层进行卸压时,下煤层工作面支承压力峰值的最大值是无关键层时的2.34倍,下煤层回采时仍产生了显著的应力集中。