断层活化过程及煤柱失稳机理的数值模拟研究

为研究工作面沿断层走向推进时,断层煤柱宽度的大小对断层活化失稳与断层煤柱内部能量变化的影响,采用UDEC数值模拟软件建立平面应变模型。模拟研究了当逆断层下盘工作面的断层煤柱宽度减小时,断层煤柱内储存的能量与储能极限值的变化特征、断层活化过程与破坏趋势。研究结果表明:断层煤柱宽度减小时,煤柱支承压力峰值增大,弹性应变能增加,断层出现活化现象,并释放能量至煤柱,与弹性应变能叠加,同时断层煤柱的储能极限降低;当煤柱宽度为30 m时,煤柱中的弹性应变能首次超过储能极限值,当煤柱宽度为20 m时,煤柱中的弹性应变能量峰值为储能极限值的1.84倍。当断层煤柱宽度小于30 m时,煤柱易发生整体失稳和冲击危险,需要采取必要的灾害防治措施。     

非均匀条带开采煤柱稳定性及地表变形规律分析

采用理论分析及数值模拟相结合的方法,分析了非均匀煤柱条带开采中的煤柱稳定性及地表变形规律,并与常规均匀条带开采进行对比。结果表明:条带开采中,煤柱受力存在明显的不均匀性,最中间的煤柱受力最大,两侧煤柱受力较小,塑性区宽度也稍小于最中间煤柱。随着最中间煤柱宽度的增加,所受应力逐步降低,煤柱弹性承载区面积逐步增大,煤柱的稳定性增加。从系统论的观点出发,要提高整个煤柱系统的稳定性,可以提高最容易发生失稳破坏的最中间煤柱的稳定性。同时,地表沉陷值从480mm减少为420,400mm,煤柱的冲击倾向性也降低。因此,非均匀煤柱条带开采有利于提高煤柱承载系统的稳定性,减少地表沉陷及冲击地压的发生。     

条带开采中含弱面的煤柱尺寸设计

针对在条带开采煤柱尺寸设计中大多数是采用强度稳定性分析的方法，而没有考虑弱面对煤柱稳定性的影响，由于弱面的存在，煤柱常常会因抗剪强度不够而产生剪切破坏等问题。采用分析计算的方法，根据煤柱弱面的剪切强度来设计条带开采煤柱的尺寸。首先采用有效区域理论计算了煤柱载荷；然后，由莫尔应力圆理论和库伦准则得出了含弱面的煤柱所能承受的极限载荷；最后得出了保留煤柱宽度的计算公式。研究表明：煤柱侧向压力对其强度和稳定性影响很大，当煤柱强度不足时，应采取调整煤柱位置、加大煤柱宽度和进行充填等措施来提高其稳定性。     

煤柱宽度对综放回采巷道围岩破坏场影响分析

为了研究综放回采巷道围岩破坏场随护巷煤柱宽度变化的特征，采用计算机数值模拟（FLAC3D）对不同煤柱宽度综放回采巷道围岩破坏进行了研究。结果表明：不同宽度煤柱的巷道围岩在回采期间破坏有很大差异，极窄小煤柱完全破坏，中等煤柱压应力较高，较大宽度煤柱内存在弹性区，但造成的煤炭损失大：巷帮实煤体的破坏主要以剪切破坏为主，而煤柱的破坏则主要是剪切、拉伸复合破坏。合理的护巷煤柱宽度应大于保证煤柱不被压垮、不发生裂隙向采空区漏风、诱发自燃的最小煤柱尺寸，同时最大煤柱宽度应避免煤柱承受较高应力而失去稳定性。     

郭屯煤矿深部煤层不规则煤柱变形破坏规律研究

围绕深部不规则煤柱变形破坏问题,在煤柱变形破坏、煤柱留设宽度和影响煤柱宽度因素等方面进行了系统全面的研究。根据支承压力分布规律,以巷道观测为基准,建立了以理论分析和实测研究为主的深部不规则煤柱变形破坏分析方案。通过对实测数据的分析,得出了郭屯煤矿深部煤柱变形破坏的规律和煤柱留设的合理尺寸,为煤柱合理留设提供了参考和借鉴。     

上山保护煤柱应力传递规律解析

为研究煤层下行开采过程中上山保护煤柱应力传递规律,防治深部开采中煤柱支承压力向下传递形成应力集中引起的动力灾害,采用理论分析和数值模拟方法,基于弹性力学原理推导上山保护煤柱应力传递规律函数,并应用于某矿煤柱应力传递;运用FLAC~(3D)数值模拟某矿1~#煤层遗留煤柱对2~#煤层巷道掘进的影响.研究结果表明:上山保护煤柱力学模型包括大煤柱和小煤柱2个部分,煤柱垂直应力传递具有扩散和衰减作用;2~#煤层处于煤柱下方时,煤体应力为19.93～22.39 MPa,垂直应力增量峰值为3.13 MPa,高出原岩应力13.6%,增大了动力灾害发生的危险;煤柱对2~#煤层影响范围为进煤柱前100m到出煤柱后100m.研究结论揭示了上山保护煤柱垂直应力传递规律,有助于防治由煤柱支承压力集中引起的动力灾害.     

宽厚煤柱的稳定性研究

文章从理论上推导出了三维应力状态下估算煤柱塑性区宽度的理论公式。从系统论的角度提出改善煤柱稳定性的新思路，即从提高稳定性最差的煤柱来改善整个煤柱系统的稳定性，并从材料和结构两个方面给出评价煤柱稳定性的指标。通过正交设计，利用FLAC软件模拟，给出煤柱稳定性最优的方案。     

王封煤矿8号煤层煤柱变形破坏特征研究

通过对王封煤矿8号煤层采用刀柱法开采后采空区内残留刀柱煤柱弹塑性变形区的分析、煤柱承受极限载荷和实际承受载荷的计算以及对煤柱应力分析的研究,得出该矿8号煤层的煤柱不能完全塑性屈服,在煤柱上会产生应力集中,使煤柱处于稳定状态。     

采场超前煤柱稳定性以及可控性分析

目前，我国许多煤矿在煤柱回收的过程中，均出现过采场超前煤柱被剪坏或压坏的情况，因此在煤柱回收过程中专业技术人员首先要解决采场超前煤柱的稳定性问题。笔者结合多年的工作经验首先对采场超前煤柱的受力进行介绍，进一步对采场超前煤柱稳定性进行分析，最后对采场超前煤柱稳定可控性进行了探讨。     

深部长大工作面大区段煤柱宽度研究

为了确定五阳煤矿深部长大工作面区段煤柱的宽度,采用理论结合实践的方法,分析不同煤柱宽度条件下覆岩空间结构特征及其对煤柱支承应力影响,提出考虑外部支承应力和内部承载能力的煤柱稳定性评估和宽度确定方法。研究表明,深部长大工作面采空区以触矸线、覆岩移动线为界,可划分得到不同的覆岩空间结构分布;煤柱两侧暂时稳定的“空间结构”是形成煤柱支承应力主要载荷来源;不同煤柱宽度决定了相邻采空区岩层“隔离-接触-贯通”状态及其演化特征;煤柱整体失稳“p-R”判据是平均支承应力p大于平均极限承载强度R。应用成果对该矿深部采区煤柱宽度分析,45m大区段煤柱能够控制覆岩空间结构稳定。     

临近水库浅埋煤层防水煤柱留设宽度数值模拟

留设防水煤柱是临近水库煤层保水开采最为有效的方法,而如何确定防水煤柱留设宽度是当前迫切需要解决的问题.分析保水开采问题的流固耦合机理,建立流固耦合作用的控制方程,以张家峁矿井常家沟水库周边4-2煤层开采为工程依托,采用数值模拟研究煤层采动对库岸边坡变形和孔隙水压力的影响规律,分析浅埋煤层开采覆岩采动破坏特性与岸坡失稳模...     

回采巷道煤柱临界宽度理论计算方法

为填补长壁工作面回采巷道煤柱合理尺寸设计的理论计算之空白,根据Hustrulid(1976)提出的煤体实验室标准试件强度值与现场临界立方体试件强度值的计算公式和Bieniaws-ki(1969)煤柱强度计算公式,推导出了回采巷道煤柱临界宽度理论计算公式。该计算方法及其理论解,在回采巷道煤柱合理尺寸的确定方面具有重要的理论价值和工程应用价值。     

综采工作面回采巷道煤柱应力分析与参数优化

通过对大同煤矿集团有限责任公司同家梁矿81015综采工作面回采巷道煤柱中的应力观测，分析了回采工作面采动期间煤柱应力分布规律。运用数值模拟方法，研究了不同煤柱宽度下巷道围岩变形和破坏特征，确定了比较合理的煤柱参数，最后介绍了应用实例。     

用影响椭圆法确定建筑物保护煤柱

把引起地表点移动的地下开采范围视为椭圆形区域，提出用影响椭圆法留设建筑物保护煤柱的基本原理及其具体步骤。通过实例表明，该法适应于各类受护边界形状及基岩和煤层标高变化较大情况下的保护煤柱留设，是确定矿区建筑物保护煤柱的新方法。     

保护煤柱设计中几个问题的探讨

在分析了目前保护煤柱设计方法中存在的一些问题时,指出了其局限性和克服其局限性的根本途径。在采用临界变形值法没计煤柱时,如何确定煤层上山和下山方向煤柱边界及以设计煤柱时如何确定围护带宽度,进行了分析和讨论,最后提出了较为合理的围护带宽度的确定方法。     

基于突变理论的深部煤柱稳定性

本文针对神华新街矿区盾构工法建设煤矿长距离斜井,研究了深部条件下保护煤柱的自身稳定性。研究发现,根据煤柱不同区域受力特征的差异性,可将其分成弹性核区和边缘塑性区,在此基础上建立了煤柱尖点突变模型,并经推导得到了煤柱的失稳判别公式。通过数值计算(UDEC)分析了深部盾构斜井保护煤柱在开采过程中的稳定状态。试验结果表明,随着煤层的开采能量缓慢释放,120m煤柱自边缘向内部逐渐屈服,并在单侧出现4.5m的塑性区。经公式判别,该工程中保护煤柱可以在深部开采条件下保持稳定,研究结果对相似工程中合理煤柱的留设提供了借鉴。     

一种分析条带煤柱稳定性的新思路

为了全面地分析条煤柱的稳定性,本文采用新兴的复合岩体力学理论,分析了岩体层面应对煤柱稳定性的影响,发现此种效应可引起煤柱强度提高,从而改善其稳定性。     

边角煤开采在镇城底矿的应用初探

镇城底矿由于断层多且比较发育、煤层顶底帮弱、局部地方低于奥灰水水位超过90m属于带压开采等不利因素形成了很多边角煤地段。该矿南一、东二采区都已进入收尾阶段,由于断层切割、无炭柱的影响留下多处不规则段。此类边角煤及煤柱在采区收尾封闭前如不及时回收,将会丢失。为了延长矿区寿命,尝试采用轻型支架放顶煤工艺进行边角煤回采、窄小煤柱回采及变采长壁式回采,取得了良好的效果。