基于采空区压实理论的采动响应反演

基于采空区压实理论,对FLAC3D中的双屈服本构模型进行二次开发,对采空区的垂直应力、弹性模量等力学参数进行了较为严格的理论修正,较精确地求得垮落带岩体的应力-应变关系,进而获得采空区及围岩对采动的真实响应,并与理论求解进行了比较,验证了采空区压实理论及其算法的可行性.在此基础上,结合现场实测,成功的反演了地表下沉和支承压力等采动响应.研究成果在12322工作面得到成功应用,使其多回收煤炭9万t,采出率提高13%,产生直接经济效益3 200万元.     

采动水浸作用下矿井地下水库残留煤柱稳定性

构建了采动水浸耦合作用下矿井地下水库流-固耦合数值模型,定义了煤柱损伤度并给出了煤柱临界损伤度计算方法,用以量化煤柱损伤程度.在此基础上模拟了相邻3个工作面开采及采空区蓄水对煤柱稳定性的影响规律.结果表明:首采工作面开采完毕观测区域煤柱损伤度达到44％,相邻工作面开采完毕后煤柱损伤度达到55.6％.煤柱损伤度均在工作面...     

煤岩体结构组分特性及应力损伤机制研究

为研究静态应力条件下的煤岩体矿物组分与裂隙产状在其损伤破坏历程中的分布规律和发育机制,综合运用X射线衍射仪(XRD)和电子显微镜(SEM)探究煤岩体内固体骨架的矿物组分和表面裂隙形态,利用离散节理网络模型(DFN)构建可视化"块体-合成体"三维对照模型,并对比煤岩块体"载荷-位移"曲线完成合成体单轴压缩模拟分析。结果表明:因煤层和围岩体试样矿物组分以高岭土、石英为主且随衍射角度变化组分含量不同,表体裂隙形态排列复杂且附着天然缺陷(孔洞、裂隙),表明沉积作用形成的煤岩体具有非均质和多向异性特征;煤岩实体在单轴压力作用时宏观应力行为均历经"压密-弹性-塑性-破坏"4个阶段;将合成体内随机分布、大小各异的盘状裂隙依据相互交叉、联通规模,划分为Ⅰ单一型、Ⅱ切块型和Ⅲ贯穿型3类,单轴压缩作用初期Ⅰ型裂隙通过减小自身孔隙容积、密度或间距度过煤岩体受力压密阶段,块体塑性区呈现大范围的单一裂隙剪切劣化;Ⅱ型裂隙内含三角、四边和多边裂隙随应力作用相互挤压、交叉摩擦发生块间剪切滑移进入弹性阶段并维护自身结构稳定;随压应力继续增大,Ⅲ型裂隙互相贯通、连接后发生大范围张拉损伤并进入不可恢复的塑性段,最终导致块体破坏失稳。     

深部煤层智能化充填开采覆岩运移控制技术

深部煤层安全高效开采与生态环境保护协调发展是当前煤炭绿色开采的重要主题.以义能煤矿深部煤层地质生产条件为工程背景,对充填开采设备进行了智能化升级,在回采巷道设置了远程控制中心,实现了智能化充填开采;探究了充填与开采的工作匹配方案,得到了合理的充填与开采参数,按照 CG１３０４工作面生产能力计算,理论所需的单料浆制浆能力为１０４m３/h.为提高充填与开采协调的覆岩运移控制效果,提出了管道堵塞防治、二次充填等采充协调的覆岩运移控制技术;构建了深部充填工作面智能监测预警系统、充填开采效果评价体系,为实现深部煤层智能化充填开采及覆岩运移有效控制提供了科学依据.     

Hydraulic support stability control of fully mechanized top coal caving face with steep coal seams based on instable critical angle

Analyzed the support instable mode of sliding, tripping, and so on, and believed the key point of the support stability control of fully mechanized coal caving face with steep coal seams was to maintain that the seam true angle was less than the hydraulic support instability critical angle. Through the layout of oblique face, the improvement of support setting load, the control of mining height and nonskid platform, the group support system of end face, the advance optimization of conveyor and support, and the other control technical measures, the true angle of the seam is reduced and the instable critical angle of the support is increased, the hydraulic support stability of fully mechanized coal caving face with steep coal seams is effectively controlled. Supported by the National Natrual Science Foundation of China(50504014)     

薄煤层过断层预掘巷技术研究北大核心

为研究7122工作面通过断层时覆岩移动规律,以祁南煤矿82采区地质条件为基础,利用UDEC数值模拟软件分别分析了工作面推至断层前、推至断层时、推过断层后的工作面顶底板围岩应力与塑性区分布特点,提出在遇到较大落差（2.0～2.5 m）的断层采用预掘巷技术。提前预处理断层,使工作面不影响安全生产,又有利于提高煤质,有利于薄煤层安全高效开采。     

超高水材料充填减灾减损绿色开采理论与技术进展及展望

深部煤层安全高效开采与生态环境保护是当前煤炭资源绿色开采的重大难题之一。充填开采对于防治深井动力冲击灾害、减少地表下沉、保护生态环境具有显著成效,其中超高水材料水体积比高,充填开采具有工艺简单、适应性强、用料少、充填率高等特点,可有效解决地面环境保护与煤炭资源开采破坏之间的突出矛盾,符合煤炭资源减灾减损绿色智能开采新发展理念的要求。在总结充填开采技术研发背景与发展历程的基础上,阐明了超高水材料充填开采的技术原理、工艺流程及材料性能;重点从充填开采地表沉陷控制“充填体—煤柱”及“充填体—支架—煤体”协同承载等方面揭示了充填开采动力灾害防治机理;提出了减灾减损绿色开采动力灾害防治、智能化感知、地表形变监测与预计及充填装备智能化控制等关键技术,在山东义能煤矿成功进行了超高水材料充填开采实践,并实现了“三下”深部煤层安全高效智能绿色开采。为推进生态文明建设与环境保护,实现现代化矿井减灾减损绿色开采,展望了超高水材料充填开采研究方向为:深化深部超高水材料充填开采岩层控制基础理论、提高超高水材料充填开采技术智能化水平,创新超高水充填与煤系共伴生资源协同开采技术体系,联合超高水材料充填开采与碳捕获、...     

火区下煤层群开采裂隙发育规律研究

为保证火区下煤层群开采的安全可行,对石圪节3#煤层火区下煤层群开采形成的裂隙发育高度进行了理论计算,得出了3#煤层开采对底板的破坏深度及下组煤开采形成的裂隙发育高度,并对裂隙的分布规律进行了分析。同时,利用UDEC软件对开采造成的裂隙发育规律进行了数值模拟,模拟结果与计算结果基本相符,得出8#与9#煤层开切眼及停采线各内错10m时,裂隙发育高度及贯通程度较小。     

浅埋煤层房式开采遗留煤柱突变失稳机理研究

神东煤田浅埋煤层存在大量房式遗留煤柱,受下方煤层采动影响可能突然失稳垮落,造成冲击式动力灾害,遗留煤柱稳定性对下方煤层安全开采具有重要影响.针对乌兰集团石圪台煤矿地质生产条件,基于突变理论建立了房式煤柱稳定性尖点突变模型,分析了浅埋煤层房式开采遗留煤柱突变失稳规律.结果表明煤柱发生突变失稳的必要条件为煤柱单侧屈服带宽度介于煤柱宽度的0.33～0.43倍时将发生突变失稳,现场观测验证了计算结果.     

高应力综放面区段煤柱合理宽度与控制技术

针对综放面巷道围岩变形破坏严重等难题,以蒋家河煤矿ZF201工作面为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟与现场试验等方法,研究了煤柱合理宽度确定方法及巷道围岩控制技术。研究表明:煤柱稳定性主要受上方基本顶断裂及多次采动活动的影响,随着煤柱宽度的增加,应力集中区域由实体煤侧向煤柱中部转移,塑性破坏区由煤柱两侧向中部呈"X"型贯穿趋势;综合考虑巷道稳定性及安全高效开采等因素,确定煤柱合理宽度为18 m;提出采用树脂加长锚杆及锚索补强组合支护系统进行巷道支护,现场监测表明煤柱受力呈不对称"双峰"分布,巷道围岩控制效果好。研究成果成功应用于工程实践,为类似条件下巷道布置提供了有益借鉴。