弹塑性软化煤柱的承载能力及其有限元模拟

为了确定煤柱的承载能力,计算过程中忽略了煤柱自身重力和煤柱顶底板的限制,将煤柱的承载能力分析简化为材料的承载能力分析。煤柱的黏聚力随塑性体应变按高斯函数变化,煤柱破坏符合Drucker-Prager准则,其强度参数由Mohr-Coulomb强度参数表达,表达方式按DruckerPrager圆过Coulomb六边形外顶点模式。利用经典弹塑性理论,对煤柱本构关系进行推导和简化,在数值积分的帮助下得到精确解。同时采用软化材料有限元对煤柱承载能力进行模拟,模拟结果与精确解吻合较好。通过研究得到了分析具有弹塑性软化特点的煤柱的承载能力的数值算法,也可以作为相应计算机程序的测试算例。     

区段煤柱弹塑性宽度计算及其应用

基于主应力影响的黏性材料SMP屈服准则,分别考虑采空区侧和巷道围岩2种不同受力环境,得出了2种条件下的煤柱宽度的计算公式,同时采用极限平衡理论推出平面应变下煤柱塑性区宽度的理论公式,并通过改变煤体的内摩擦角和内聚力,与以Mohr-Coulomb准则计算所得煤柱塑性区宽度比较表明,采用传统方法未能充分考虑煤体的极限强度,使得煤柱尺寸的设计较为保守,而基于黏性材料的SMP准则下的煤柱宽度计算能很好地符合实际,对于提高矿山开采效率具有显著意义。     

窄煤柱综放巷道围岩应力场特征

为了揭示综放留窄煤柱护巷回采期间巷道围岩的应力分布及其演化特征,根据谢桥矿1151（3）综放工作面工程地质和开采技术条件,结合现场实测分析,应用数值模拟（FLAC^3D）综合分析了二次采动影响下巷道围岩应力场演化特征．研究表明,回采期间巷道围岩应力分布及其演化具有明显的分区特征,巷道两帮围岩垂直应力大于水平应力,顶底板围岩水平应力明显大于垂直应力,且巷道底板岩层中的水平应力峰值区范围较广;巷道围岩应力分布的差异性及其演化分区性是造成此类巷道变形剧烈且巷道持续底鼓的重要原因．研究成果为综放开采护巷煤柱宽度合理选择、巷道合理支护及维护、巷道围岩稳定性控制和安全生产提供了理论依据．     

综采工作面顺槽煤柱宽度优化

为进一步实现矿井安全回采,最大限度地保证资源回收率,根据嘉乐泉煤矿实际地质条件,利用极限平衡理论分析计算得出了煤柱合理留设尺寸。结合数值模拟的方法,分析了随工作面回采顺槽煤柱侧向应力分布规律及煤柱屈服破坏范围,得出了煤柱不同区域的具体数值,确定了合理的煤柱留设宽度为15 m。     

斜交煤柱叠加影响下工作面应力场分布特征研究

针对近距离煤层群工作面受上方多层采空区斜交煤柱叠加影响造成采场顶板垮落、煤壁片帮和压架等问题,以沙坪矿9309工作面为工程背景,在实验室测试煤岩体基本力学参数的基础上,利用数值模拟和理论分析等方法对斜交叠加煤柱影响下工作面应力场的分布特征进行研究。研究表明：叠加煤柱造成其下方9309工作面在未开采时就处于较高集中应力状态,集中系数为2.3;受煤柱影响,工作面前方最大超前支承应力的距离随推进距离的增加而逐渐减小;工作面处于煤柱下方时,煤柱集中应力因采动影响而逐渐降低和转移,工作面前方12 m左右范围内集中应力却逐渐增加,当回采稳定后,工作面顶板受叠加煤柱影响的范围为工作面长度的72%,煤柱叠加区应力普遍在25 MPa左右,集中系数6.0左右;遗留煤柱尺寸越大,其集中应力在底板中的传播距离越远,影响范围越广,工作面顶板集中应力越大。     

上覆煤柱影响下工作面应力场分布变化规律

为了研究近距离煤层群下行开采过程中,下煤层工作面受到上覆煤柱影响形成高应力区后,导致顶板垮落、冲击地压、煤壁片帮、瓦斯爆炸等煤矿灾害的发生问题,本文运用FLAC3D软件,分别对厚度为1m、2m、3m、5m的上覆煤柱作用下位煤层开采前及开采过程中顶板应力分布动态变化规律进行数值模拟与分析.研究表明:①在下煤层未开采前,上...     

顶板大巷护巷煤柱尺寸数值模拟研究

某矿顶板大巷与回采工作面平行布置,为确定合理煤柱尺寸,测试了地质力学参数,数值模拟了回采工作面与顶板大巷不同煤柱尺寸下应力分布特征。确定煤柱宽度为90 m,进行了现场试验,矿压监测结果表明巷道变形量很小,基本不受回采工作面采动影响。     

窄煤柱综放巷道围岩应力场特征

为了揭示综放留窄煤柱护巷回采期间巷道围岩的应力分布及其演化特征,根据谢桥矿1151（3）综放工作面工程地质和开采技术条件,结合现场实测分析,应用数值模拟（FLAC^3D）综合分析了二次采动影响下巷道围岩应力场演化特征．研究表明,回采期间巷道围岩应力分布及其演化具有明显的分区特征,巷道两帮围岩垂直应力大于水平应力,顶底板围岩水平应力明显大于垂直应力,且巷道底板岩层中的水平应力峰值区范围较广;巷道围岩应力分布的差异性及其演化分区性是造成此类巷道变形剧烈且巷道持续底鼓的重要原因．研究成果为综放开采护巷煤柱宽度合理选择、巷道合理支护及维护、巷道围岩稳定性控制和安全生产提供了理论依据．     

沿空掘巷窄煤柱应力及围岩变形规律研究

以南庄煤矿大巷煤柱回收为工程背景,利用数值模拟,研究了不同沿空掘巷窄煤柱宽度的应力变化和围岩变形规律,研究表明:掘进期间,护巷窄煤柱宽度增大导致其内部的应力集中系数增加;回采期间,宽度较大的窄煤柱,由于煤柱承载能力较强,能够承受较高超前支承压力,其中的围岩应力增幅很大。结合煤柱变形和隔离采空区作用,煤柱回收工作面沿空巷道煤柱宽度取5 m比较合适。     

应力煤柱下开采的可行性

为了提高薄煤层开采的资源回收率,延长矿井服务年限,缓解采区接续紧张局面,在工作面煤柱应力下开采势在必行。正阳煤矿根据实际生产情况,进行了薄煤层开采尝试,取得了显著的经济效益。     

上覆煤柱影响区应力状态及冲击地压防治

上覆近距离煤柱会造成下层煤的应力集中及冲击危险。采用三维数值模拟,分析了不同宽度煤柱下底板应力分布与底板岩层破坏特征。研究表明:当煤柱宽度≤50 m时,煤柱底板应力呈"倒钟"形分布形态;当煤柱宽度50 m时,煤柱底板应力呈"倒铁塔"式分布形态。煤柱中心最大应力集中系数与煤柱宽度呈幂函数关系,且随着煤柱宽度的增加,煤柱集中应力在底板中的衰减速度逐渐降低。上覆煤柱中心下方3煤层面的最大应力集中系数与煤柱宽度呈负指数关系。煤柱底板破坏范围与煤柱宽度呈负相关关系,煤柱底板岩层的破坏以剪切破坏为主。根据上覆煤柱影响划分了六采区3煤工作面冲击危险区,并提出了相应的防治技术。     

综放工作面区段煤柱合理宽度优化研究

为了合理确定兑镇煤矿工作面区段间的煤柱宽度,在保证巷道支护稳定前提条件下,减小煤柱宽度,提高煤炭采出率,通过对现场采集的煤层及顶底板煤岩样进行了煤岩体的物理力学参数测试,采用FLAC3D数值分析软件,建立了工作面回采过程中不同宽度区段煤柱的力学模型,对比分析了3种不同煤柱宽度时围岩应力、变形及塑性区分布规律的差异。结果表明：16 m宽的煤柱可以较好地减小工作面推进过程中煤体的应力集中程度、塑性区范围及侧向位移,减少煤柱宽度,最终确定了区段煤柱合理的宽度为16 m,工作面实现安全回采。     

刀柱式采空区下方近距离煤层综采工作面围岩应力分布规律

刀柱式采空区下方近距离煤层采用综采工艺回采时,刀柱会受到上方岩层垂直应力和下方工作面超前支撑应力的双重影响。同时煤柱将应力传递给下层煤岩体,在下方综采工作面形成应力集中区,对下方工作面顶板的稳定性、支撑压力的分布产生影响。针对唐山沟煤矿刀柱式采空区下方12#煤层的回采实际,研究刀柱下方综采工作面顶板应力分布规律,为回采巷道支护设计以及支架选型提供理论依据。     

综采工作面巷道护巷煤柱留设尺寸研究

以西河煤矿3号煤层工作面护巷煤柱留设为背景,通过建立力学模型分析了煤柱的整体受力状态并计算出了煤柱的合理尺寸,运用数值模拟分析了工作面回采过程中煤柱受力情况及围岩破坏情况,得出煤柱留设的合理宽度为15 m。并在现场得到成功的应用。为类似条件下工作面顺槽煤柱留设提供科学依据。     

铜川矿区区段煤柱宽度优化研究

针对铜川矿区区段煤柱宽度偏大、采区采出率偏低等生产实际,综合采用现场实测、理论计算、经验公式、数值模拟等方法进行了煤柱宽度的优化研究。理论分析与实测表明,在目前的工字钢梯形棚支护条件下,区段煤柱靠近巷道侧的塑性区宽度为4~5 m,靠近采空区一侧的塑性区宽度为5.2 m,煤柱内部弹性区宽度按2.5~4.6 m考虑为宜。据此结合该矿区当前的开采深度,通过离散元数值软件进行了不同煤柱留宽的效果检验,最终确定在工字钢架棚支护的条件下,区段煤柱的合理留宽为20 m。     

刀柱下复采工作面顶板活动规律探索

通过对莒山煤矿复采首采工作面矿压观测数据的分析研究,提出了刀柱下残留煤体工作面顶板活动规律及针对性的顶板控制措施,经过顶板管理实践的验证,取得了较好的经济和社会效益。     

防治煤柱工作面顶板事故的实践

分析了煤柱工作面顶板岩层运动的特点及支承压力分布情况,总结了梨树煤矿防治煤柱工作面顶板事故的方法。对防治煤柱工作面冒项事故的发生,具有指导意义。     

近距离煤层煤柱高应力下巷道支护技术研究

文章通过研究煤柱下高应力巷道顶板及两帮的变形机理和破坏情况,确定高应力作用下巷道的支护方式为强力锚杆锚索组合支护。该技术成功地应用于潞安集团某矿的巷道支护中,取得了良好的技术效果和经济效益,可以在类似条件下的煤柱高应力巷道中推广应用。     

高瓦斯综放工作面区段煤柱合理尺寸确定

为确定区段煤柱的合理尺寸,从保持煤柱稳定性所需宽度条件入手,建立煤柱两侧塑性破坏区理论计算公式。结合现场实测数据,提出留设煤柱宽度27、30、33 m 3种方案;利用FLAC^3D数值软件分析了下区段工作面回采时煤柱及巷道的应力场及塑性变形特征。研究结果表明,当区段煤柱宽度为27 m时,煤柱两侧应力集中现象明显,塑性破坏深度包络帮锚杆全长且巷道边缘处于应力增高区,不利于巷道稳定;当煤柱宽度达到30、33 m时,巷道围岩情况明显改善。综合考虑3个“有利于”原则,确定常村矿2207工作面区段煤柱合理宽度为30 m。