综放开采采动裂隙分布及其演化特征分析

基于非对称综放开采布置特点,以谢桥煤矿1151(3)综放工作面地质及技术条件为背景,采用现场实测、实验室相似材料模拟和计算机数值模拟综合分析方法,开展了综放开采采动裂隙分布及其演化特征研究。结果表明,随工作面推进,采动裂隙发育高度呈梯级跃升并趋于稳定,其演化具有"∩"形高帽状、前低后高驼峰状、前后基本持平驼峰状、前高后低驼峰状等4阶段特征,非对称开采采动裂隙分布呈非对称性,揭示出非对称综放开采采动裂隙分布规律及其演化特征。该研究可为采场围岩稳定性控制、瓦斯抽放、安全高效开采等提供理论依据。     

孟村矿401102综放面采动应力分布规律与巷道围岩控制研究

为了掌握孟村矿401102综放面开采过程中覆岩结构演化及采动应力分布规律，利用理论计算、数值模拟和现场实测的方法，分析了401102综放面不同推进长度下采动应力分布规律，揭示了401102综放面采动过程中超前支承压力分布规律和影响范围，研究了相邻综放面回采过程中上覆岩层结构演化及应力分布规律，掌握了孟村煤矿401102综放面采动应力分布特征及主要影响区域，提出了通过降低巷道围岩应力和加强巷道围岩支护强度的控制方法，并在现场实测中得到了验证，为类似条件下采动应力分布规律的研究和巷道围岩控制提供了参考。     

深部特厚煤层对采对掘巷道围岩综合应力场演化研究

深部特厚煤层对采对掘巷道受高应力及多次强烈采动影响,应力环境复杂,围岩控制难度大,井下综合应力场演化对于巷道支护方式及参数的确定有益。以麻家梁煤矿14103辅运副巷为工程背景,采用井下实测、理论分析和数值模拟方法,揭示巷道围岩原岩应力场、采动应力场、支护应力场及位移场演化规律。实测得出麻家梁煤矿巷道围岩原岩应力场分布特征;揭示出相邻工作面回采滞后采动影响阶段是巷道围岩采动应力增加的主要阶段;锚杆锚索施加高支护应力可在围岩中形成稳定承载结构。基于应力场、位移场综合分析,得出14103辅运副巷围岩采动应力增加先于巷道变形的增加;受二次采动应力作用,围岩发生扩容变形,出现应力增加不明显而变形显著增大的现象,揭示出采动应力场、支护体受力及位移场时空演化相互关系。该结果对巷道布置方式及支护方案提供了依据。     

基于应变软化模型的煤柱采动应力分布精细化数值模拟

以山西经坊煤业08综放工作面工程地质条件为背景,开展了工作面护巷煤柱采动应力的现场钻孔应力实测;同时,分别建立了基于摩尔-库伦(MC)本构模型以及应变软化(SS)本构模型的数值计算模型,精细研究了综放工作面煤柱采动应力空间分布及演化规律。现场钻孔应力监测及数值模拟结果表明：与传统的MC模型相比,基于SS模型的精细化数值模拟能够准确地获得综放工作面煤柱采动应力空时分布规律,其结果更接近于现场钻孔应力监测结果;基于SS模型的煤柱上的支承压力峰值位置滞后工作面40-50m,而基于MC模型煤柱采动应力峰值位置始终处于采空区中部,不能反映采空区顶板垮落破断对采动应力分布规律的影响;基于SS模型的煤柱上的侧向支承压力与工作面前方的超前支承压力分别相比基于MC模型的结果小43.3%与26.2%。研究成果对于指导综放工作面护巷煤柱尺寸留设以及巷道布置与支护设计具有一定的理论与工程指导意义。     

煤矿井下应力场类型及相互作用分析

基于原岩应力场与采动应力场,提出支护应力场的概念,即支护在围岩中产生的应力场与在支护体内部产生的应力场,并指出3种应力场构成了煤矿井下综合应力场.在井下实测数据的基础上,研究了煤矿井下原岩应力,特别是构造应力的分布特征;采用数值模拟方法,分析了掘进工作面、巷道及采煤工作面周围应力分布特征与规律,采动集中应力的大小;计算了预应力锚杆支护、单体液压支柱及金属支架在围岩中产生的应力场.分析计算了锚杆杆体、托板及钢带等支护构件中的应力大小与分布特征,并对比分析了原岩应力、采动应力及支护应力的量值.论述了原岩应力场对采动应力场的影响,以及采动应力场与支护应力场的相互作用与关系.     

特厚煤层综放开采应力场的数值模拟研究

为掌握综放工作面开采过程中矿山压力显现规律,应用FLAC数值模拟软件对塔山矿特厚煤层综放开采应力场进行了数值模拟研究,得出了开采影响下的采场应力分布规律,并与微地震监测结果进行了对比,得到了岩层受采动影响下的应力分布情况与岩层运动规律。     

大采深综放工作面底板采动破坏深度研究

以霍州煤电辛置煤矿为试验矿井,采用钻孔分段注水试验及数值模拟分析,对大采深综放工作面采动底板破坏深度及应力演化进行研究。数据结果表明:大采深综放工作面底板采动破坏深度为4.5~4.9 m;工作面推进过程中垂向应力的重新分布区域为:应力释放区-应力集中区-应力降低区。     

综放工作面矿压显现数值模拟研究

近年来,综合放顶煤开采技术成为我国厚煤层开采中应用最为广泛的技术,针对综放工作面所具有的“加长”、“快速推进”的特点,采用FLAC^3D数值模拟计算研究了其矿压显现规律,模拟分析了综放工作面不同推进速度及不同长度条件下围岩的应力场、位移场及塑性区的分布与演化规律,得出了综放工作面的矿压显现规律,为工作面支架的选型提供了依据。     

覆岩采动裂隙演化规律相似材料模拟试验

针对综放工作面的覆岩采动裂隙演化规律问题,基于陕西彬长集团小庄煤矿40309综放工作面的煤层赋存条件,采用相似材料物理模拟试验及理论分析的方法,研究了综放开采过程中的覆岩采动裂隙演化规律.研究结果表明,在工作面推采过程中,上覆岩层在纵向上逐渐演化为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带的"竖三带"分布,并在梯形台两侧形成了瓦斯上浮...     

深井特厚煤层综放开采适应性研究

巨野龙固煤矿1401工作面为深井大采高综放工作面,开采深度为800 m左右。为分析大采高条件下综放开采煤壁裂隙发育及煤矸放落的流动场特征,通过理论分析对3煤层综放工作面顶煤冒放性进行分析,理论证实龙固煤矿3煤层适宜采用综放工艺。应用FLAC3D数值模拟软件研究深井复杂条件下采场应力随工作面推进分布特征、顶煤塑性破坏规律的影响,为深井厚煤层确定放煤工艺参数、实现工作面安全高效生产提供理论依据。     

基于采动应力监测的深部动力灾害预测技术

随着浅部煤炭资源的日益枯竭,煤炭开采逐步向深部发展。深部煤岩体所处的"三高一扰动"的特殊地质力学环境,导致用传统的围岩支撑压力分布曲线确定应力分布形态必然会出现较大偏差。本文通过对采动应力的理论分析,得出垂向采动应力的异常是引起工作面前方煤岩体采动灾害的重要原因。设计了采动应力监测方法,利用采动集中应力梯度实现了不同测点应力传感器监测值的可比性,并提出了采动应力监测范围应尽可能大和测点布置方案。     

采高对工作面及围岩应力壳的力学特征影响

以谢桥矿1151(3)综放工作面工程地质和开采技术条件为背景，应用实验室相似材料模拟和计算机数值模拟（FLAC3D），对不同煤层厚度采场围岩应力分布规律进行系统的分析和研究，获得了采场围岩宏观应力壳力学特点和变化规律，即随开采煤厚的增大，应力壳的几何高度增加，壳基应力降低，分布范围增大且离工作面煤壁越远；揭示了煤层厚度对该力学特征的影响和综放与综采工作面及围岩宏观应力壳力学特征的差异，也正是综放工作面矿压显现不同于综采工作面的根本所在. 表明合理调整开采厚度和采场结构可改善采场围岩宏观应力壳的动态平衡，对保护工作面、减小矿山压力影响和显现有积极作用.     

拉拉铜矿落凼矿区深部地应力场特征及岩爆预测分析

拉拉铜矿位于川滇应力区中部,浅部资源接近开采结束,逐步由露天开采全面转为地下开采,由于其深部开采地质条件复杂,落凼深部矿区将面对开采过程中的地应力问题。以拉拉铜矿落凼矿区深部地应力场特征为研究对象,开展了10个钻孔的应力解除法地应力测试、22组围岩室内物理力学测试,结合国标法、Barton法及陶振宇法3种应力判据完成了深部开采区域的岩爆预测分析。结果表明：地应力值浅部离散分布,深部线性增长;最大主应力方向整体离散;岩爆程度随深度逐渐增大,浅部离散分布,深部逐渐集中,东区1780m标高可能出现强烈岩爆的现象;结合矿区断层及测试点分布特征,指出矿区断层及地层对地应力测试结果的影响,为该类金属矿山深部灾害预防及安全开采提供有益的参考。     

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。     

工作面煤体流变特性现场试验及影响因素研究

针对工作面煤体流变特性问题,以冀中能源峰峰集团大淑村矿工作面煤体为研究背景,运用现场监测等方法,分析研究了该矿区工作面煤体流变特性规律以及影响因素。结果表明,工作面煤体受原岩应力和采动扰动应力的叠加作用,加速了煤体损伤、变形、破坏过程,增加了煤体流变形变量；另外,回采巷道围岩在挤压作用力的影响下,巷道断面中心对称点形变量最大,流变特性变现最为明显；除此之外,工作面煤体的流变性受采动扰动和周期来压的影响,距离回采工作面越近,工作面煤体的流变性越强；随着时间的增加,周期来压是影响矿井煤体变形量的主要因素。     

地应力对煤矿巷道围岩稳定性影响研究

为了确定采场布局和回采顺序,确保巷道围岩的相对稳定,分析了矿井所处的地应力状态、类型和作用特征。采用水压致裂地应力测量仪以及水压致裂法系统地对15号煤层进行地应力现场实测,得到不同位置的地应力数据。通过对实测数据的系统分析,得出盘区范围内地应力场的分布规律、巷道顶板稳定性受最大水平地应力的影响程度以及不同掘进方向巷道状况的差异。研究结果为采场合理布置及煤矿巷道支护设计强度提供计算参数,对于井巷布置和矿山安全高效生产具有重要指导意义。     

巨厚火成岩下采动覆岩应力场-裂隙场耦合演化机制

针对杨柳煤矿主采10煤层诱导上覆巨厚火成岩运移破断引发剧烈地表沉陷、瓦斯喷井以及工作面压架等动力灾害的难题,基于巨厚火成岩破断特征,采用物理模拟、数值模拟与理论分析相结合的方法研究了巨厚火成岩下覆岩裂隙发育规律与采动应力分布规律,得到火成岩破断前后裂隙发育高度、支承压力峰值和应力集中区最大高度等指标随工作面推进的变化特征,从而揭示了巨厚火成岩下采动应力场-裂隙场耦合演化致灾机制,即煤层采动→应力重新分布→应力集中→裂隙发育→覆岩破断→应力转移→裂隙扩展→"弧形"离层→火成岩破断→动力灾害。从控制应力集中与裂隙发育两方面提出了"采空区充填技术—离层注浆充填技术—保护层开采技术"的防灾技术体系。     

不同开采方式下煤岩应力场-裂隙场-渗流场行为研究

煤岩的采动力学行为与常规的煤岩材料力学行为有本质不同,传统的岩石力学实验研究没能体现开采方式和工程扰动的真实影响。深部煤与瓦斯共采实践中,不同开采方式扰动下的煤岩应力场、裂隙场和渗流场行为有显著差异,但煤岩采动力学行为特征尚缺乏科学的、定量化的分析和表达。通过开展不同开采方式下煤岩采动力学实验,分析3种典型开采方式下煤岩采动力学行为、采动裂隙展布及增透率演化规律,探索不同开采方式下煤岩真实采动应力场、裂隙场和渗流场的特征差异。研究表明:不同开采方式产生不同的采动应力场,并导致不同的煤岩裂隙场和渗流场行为特征差异;不同开采方式条件下煤岩峰值应力、峰值应力对应轴向应变和环向应变按照无煤柱开采、放顶煤开采和保护层开采的顺序降低,而体积应变绝对值则依次升高;不同开采方式下煤岩采动裂隙尺度分维D及煤层增透率激增点与工作面之间的距离(L_(rise))均按照保护层开采、无煤柱开采、放顶煤开采的顺序依次下降,确定煤层L_(rise)范围和增透率空间分布可为煤瓦斯共采工程提供理论指导。     

紫金煤矿软岩条件下原岩地应力测试方法的选择

针对紫金煤矿地质条件复杂、区域构造多、水平应力较大的特点,选择钢弦式应力盒作为测定原岩应力的传感器,对该矿埋深580m的3204工作面进行了地应力测试,给出了地应力分布的大小和方向。结果表明,紫金煤矿三采区2#煤层区域的应力分布特征以水平应力为主,约为垂直主应力的1.3倍;且区域性明显,不同位置的原岩应力方向不同,差别较大。