沿空掘巷合理煤柱宽度的数值模拟研究

本文结合张集煤矿1112(1)工作面的实际情况为研究背景,采用理论计算得出煤柱的合理宽度,通过运用UDEC数值模拟软件对巷道不同煤柱宽度条件下,巷道两帮应力峰值及应力集中系数进行分析研究,得出适应于工程实际的合理煤柱宽度。     

孤岛工作面沿空掘巷合理窄煤柱宽度模拟

针对孤岛工作面的回采巷道留设大煤柱造成煤炭资源的损失,且较宽的区段煤柱在工作面回采后形成应力集中,影响邻近煤层的开采和底板巷道的稳定的问题.以城郊煤矿2107孤岛工作面回采巷道沿空掘巷为工程背景,采用UDEC数值模拟软件对2107工作面回采巷道不同宽度条件下的围岩稳定进行了分析研究,结果表明:当区段煤柱宽度为4m时,巷道围岩控制能满足工作面安全生产的需要.     

煤层群下行开采煤柱应力传递规律

为研究煤层群开采过程中遗留煤柱应力传递规律,防治下煤层开采中上部煤柱应力传递形成应力集中引起的矿井动力灾害.采用理论研究与数值模拟的方法对煤柱的应力传递规律进行研究.应用土力学原理对集中应力和线性应力在岩体中垂直近似传递规律公式进行推导;运用FLAC3D软件对同忻矿8104工作面区段煤柱应力状态及上覆侏罗系煤柱应力传递规律进行数值模拟,对不同宽度以及不同应力场条件下煤柱应力传递规律进行分析.研究发现,煤柱应力垂直传递受到自身宽度、埋深、采高和煤层倾角的影响,同时还受下部采空区的影响.8104工作面准备完成后煤柱所受应力较高,工作面前方应力升高区近100 m,工作面推进到550 m时矿压显现较严重,对工作面安全作业威胁较大,煤柱应力升高主要是由上部采空区煤柱应力传递及采空区悬顶面积过大所引起.     

特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度

为合理确定煤柱合理宽度实现煤矿安全高效生产,以酸刺沟煤矿6上煤层的6上107辅运顺槽与6上109胶运顺槽之间的区段煤柱宽度研究为工程背景,采用煤柱载荷估算法、煤柱宽度塑性理论计算法,得出煤柱合理宽度范围应该为20.8~29.5m;再根据数值模拟对比分析不同宽度煤柱的塑性破坏范围变化、围岩应力变化,确定合理煤柱宽度为25~30m.同时在分析煤柱宽度理论公式计算和数值模拟缺点和不足的基础上,制订了在6上111胶运顺槽进行工程试验的方案,采用支护受力监测仪、围岩监测仪现场监测锚杆锚索受力情况及巷道围岩的变形量,最终确定区段煤柱留设的合理宽度,该研究结果对类似开采条件下确定区段煤柱合理宽度具有重要意义.     

浅埋综采工作面区段煤柱宽度优化

以龙华煤矿3-1煤30203工作面为工程背景,采用现场实测,理论分析和数值模拟的方法进行了区段煤柱宽度优化研究。建立了三维有限差分模型,分析了不同煤柱宽度时煤柱的弹性区宽度,煤柱支承应力分布规律以及巷道围岩变形特征。完成了煤柱松动区数字钻孔成像和煤柱受力特性现场实测方案设计并开展了实测分析,得出了顺槽煤柱松动区范围和塑性区宽度。实测结果表明20 m的区段煤柱宽度有优化的空间。综合分析数值模拟和理论分析的结果,建议龙华煤矿3-1煤综采工作面区段煤柱合理宽度为15 m。最后进行现场工业性试验验证了理论分析和数值模拟的合理性。该研究结果可以提高煤层回采率,增加经济效益,可为类似开采条件下区段煤柱的留设提供参考。     

近距离煤层群开采下煤层开切眼合理位置的确定

近距离煤层群在我国煤炭资源分布中占较大比重,为确定近距离煤层群开采过程中下煤层开切眼的合理位置,基于木瓜矿10-110首采工作面的实际工程背景,采用数值软件UDEC对该矿10煤开采过程进行模拟,分析了10煤覆岩运移形态,得到了近距离煤层群下行开采下煤层开切眼的合理位置,结果表明:上部煤层开采后在距切眼5 m的采空区边缘出现应力集中峰值,距切眼15 m位置应力最低,宜将下煤层切眼布置在此区域;下煤层开采至上煤层切眼与停采线位置时压力较大,应采取特别支护措施。该研究为近距离煤层群开采下煤层切眼附近安全开采提供了技术支持。     

大采高综采面矿压显现规律及煤柱宽度优化研究

针对复杂地质条件下大采高综采工作面矿压显现及煤柱留设问题,以赵庄煤矿3号煤层5302工作面为研究对象,通过现场实测方法,揭示复杂地质条件下软煤层大采高开采的矿压显现规律及工作面合理煤柱宽度。研究结果表明:工作面基本顶初次来压步距为15.4~25 m,平均为21.4 m;来压期间支架平均工作阻力为5842.175 k N。基本顶周期来压呈分段局部来压,来压步距一般在5.3~13.7 m左右,平均为8.9 m;来压期间支架工作阻力平均为5588.23 k N。根据数值模拟及现场观测数据确定5302工作面合理净煤柱宽度不应小于40 m为宜。     

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。本文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式,进而提出防水煤柱的合理留设宽度。结果表明：当工作面临近库岸边坡时,库岸坡体先后出现向采空区侧倾倒转动和向水库方向滑移失稳的破坏模式;当坡面顶点产生反向水平位移且竖向位移急剧增加时,岸坡开始向水库方向滑移;当煤层顶底板孔隙水压力突变为0时,顶底板开始突水;取以上两种情况下较大煤柱宽度作为临界煤柱宽度,可以保证岸坡不出现失稳破坏且煤层顶底板不发生突水事故。在此基础上确定4-2煤层防水煤柱宽度为109 m,工程实践证明该宽度可以保证安全开采。本文研究成果可为确定临近水库煤层开采的防水煤柱宽度提供理论支撑和实践依据。     

榆家梁煤矿多煤层开采矿压显现规律研究

通过神东矿区榆家梁煤矿4~(-2),4~(-3)和5~(-2)近距离煤层群分层同采的实测对比,分析了近浅埋煤层群开采下煤层过采空区和煤柱的矿压显现规律,以及不同面宽、不同采高工作面的矿压显现变化规律。研究表明,下煤层开采过上煤层采空区时,工作面来压步距变短,强度平均增大29.0%.下煤层工作面过上煤层煤柱时的矿压影响最大,煤柱影响区的支架载荷增幅达41.4%.相同面宽条件下,随着采高的增大,工作面支架载荷增大。在工作面宽度为240~360 m范围内,宽度变化对矿压影响不明显。     

近距离煤层下行跨煤柱开采巷道的合理布局

为了探究遗留区段煤柱对下伏回采巷道布局的影响，以煤峪口矿为工程背景，通过最大主应力集中系数判别底板应力增高区，采用理论解析、编程计算、数值模拟的方法，研究了不同开采阶段底板应力增高区的演化特征.结果表明：区段煤柱宽度、埋深、煤柱边缘至峰值区的距离及其垂直应力峰值控制着应力增高区的发育，采空区应力恢复特征对应力增高区的影响可以忽略；对比各模拟方案中煤柱-巷道错距与应力增高区对下煤层的影响范围峰值，并结合采空区应力逐渐恢复及工作面矿压显现的区域化特征，认为煤柱-巷道错距10～15 m为优选区间.选择12 m错距进行工业试验，取得了良好效果.     

长壁开采煤柱支承压力及塑性区分布规律

为了研究长壁开采采面面间煤柱支承压力与塑性区分布规律,采用理论推导、数值模拟、现场监测的方法,通过考虑采空区上覆岩土体自重荷载作用下煤岩体的成拱效应,推导了临近采空区侧煤柱顶部支承压力计算式,基于所得支承压力对煤柱进行弹塑性分析,建立临界状态下煤柱弹塑性微分方程并求解,给出了煤柱塑性区计算式.根据玉华煤矿2410工作面工程地质条件,采用ANSYS对不同采深(500～600 m)与采空区宽度(160～280 m)的煤柱塑性区分布规律进行模拟研究,将数值模拟与理论所揭示的规律进行对比,研究理论适应范围;为验证理论的可靠性,进一步对玉华煤矿2410工作面回风巷道煤柱塑性区进行监测,并将监测结果与理论计算结果对比.结果表明:数值模拟揭示的煤柱塑性区分布规律与理论反映出的规律一致,同时发现在大采宽条件下计算出的煤柱最大塑性区宽度与模拟结果吻合度较高.现场监测结果进一步验证了计算理论的可靠性.研究结果给出了大采宽下长壁开采时综采工作面面间煤柱顶部支承压力分布以及最大塑性区宽度计算式,可为煤柱设计提供依据.     

7～9m急倾斜厚煤层Z型通风工作面的矿压显现规律

根据长沟峪煤矿煤层地质条件,结合7~9 m急倾斜厚煤层Z型通风工作面整体悬移组合支架的工作阻力变化特点,对开采块段顶板压力变化情况进行现场观测与数值模拟分析。结果表明:Z型通风工作面运输巷道和回风巷道的超前加强支护范围为距离工作面12 m范围;回风巷道应力集中区域为工作面上方6 m范围;合理的区段放煤高度为14 m。现场观测与数值模拟结果相符,为同类煤层顶底板移动规律及开采方法研究提供了依据。     

浅部隔离煤柱对覆岩运移的控制及其合理留设

为了揭示西部浅埋工作面沿倾向方向开采时隔离煤柱对覆岩运移的控制作用,以大柳塔煤矿为工程背景,采用相似材料模拟试验方法,分析工作面开采中隔离煤柱对覆岩垮落、移动变形的控制作用及其应力变化特征,并确定煤柱的合理留设。研究结果表明,采区倾向方向上,由于工作面间存在隔离煤柱,各工作面开采会形成彼此独立的垮落带,隔离煤柱有效地分隔了相邻工作面垮落空间的横向贯通和纵向扩展,隔开了相邻工作面上覆岩层沉降曲线;覆岩垮落高度与工作面倾向开采长度密切关系,非充分采动较充分采动时覆岩垮落高度明显降低。在煤层开采过程中,留设30 m宽的1^#~4^#煤柱处于稳定状态,但3^#、4^#煤柱安全性较低。理论计算出了2^-2煤和5^-2煤合理煤柱宽度分别为18.6 m、24.5 m,得出了避开煤柱集中应力与控制地表均匀沉降的上下煤层煤柱最佳错距为95.5 m。     

急倾斜煤层分段开采下部煤岩体应力及位移演化规律

为了掌握急倾斜特厚煤层分段开采时工作面下部煤岩体应力及位移演化规律,采用数值模拟方法研究了工作面下部煤岩体和工作面底板的应力及位移分布,并分析了分段高度和开采深度对下部煤岩体应力及位移的影响。研究表明：上分段开采后,下部不同深度煤岩体卸压范围均呈长轴沿煤层走向的椭圆状,但卸压范围并不对称,底板侧和顶板侧的煤岩体卸压程度不同,靠近底板侧卸压程度更大。下部煤体卸压深度大小为底板侧>工作面中部>顶板侧。煤层底板不同深度出现不对称卸压区,靠近回采分段上端部的煤层底板处垂直应力明显集中。急倾斜煤层分段开采,段高对下部煤体的卸压深度范围影响较小。开采深度不同时,随着埋深增加,工作面下部煤岩体应力集中区域增大,下部同一深度煤体的垂直应力、垂直位移均出现明显增加,开采深度对工作面下部煤岩体的卸压范围影响明显,埋深越大卸压范围也越大。     

倾斜煤层采动影响下的挤压变形区移动变形特征分析

以重庆南桐矿区为工程背景,通过三维数值模拟方法,对倾斜煤层在三种不同开采宽度工况下上覆岩层移动挤压变形区特征进行了研究。结果表明:采宽由80 m增加到160 m时,煤层与岩层交接处应力变化较小,挤压变形区地表下沉速度较为缓慢;采宽由160 m增加到240 m时,煤层与岩层交接处应力变化非常显著,挤压变形区地表产生明显下沉;不同的开采工况下,挤压变形区沉陷位移都会出现一个峰值,且位于开采区下山方向,挤压变形区沉陷值受水平应力影响较小,走向和倾向方向的沉陷值以该峰值曲线呈中心对称。     

近距离煤层内错式开切眼合理错距的研究

为探究近距离煤层内错式开切眼水平错距的合理选取问题,以神东矿区某矿为工程研究背景,通过构建力学模型得到上覆煤层遗留停采煤层产生的附加应力对下方开切眼的应力解析解,采用数学分析得到下煤层的水平停采距离的合理范围,并运用FLAC3D数值模拟软件分析不同水平错距下切眼位置所处的应力环境,得到下煤层开切眼停采的水平距离为50 m时能够满足巷道布置要求。通过地质雷达进行开切眼巷道的围岩松动圈的测试,得到开切眼巷道松动圈的范围为3.1 m~3.8 m,切眼巷道左帮的破碎范围大于顶板,开切眼巷道围岩完整性较好。研究结果表明,下煤层内错式开切眼停采水平距离为50 m时,开切眼巷道能够满足工作面的正常回采。     

采动影响下回采巷道围岩控制技术与区段煤柱尺寸优化

区段煤柱合理宽度直接影响动压回采巷道围岩控制效果。本文针对崔家寨矿5~#煤层E12505工作面地质条件,提出采用锚梁网索联合支护技术控制围岩变形,并对支护参数进行系统优化。继而根据三维应力状态下煤岩体的极限平衡理论,推导出合理煤柱宽度理论值,同时采用FLAC~(30)模拟软件分析不同宽度煤柱受力状况。理论计算与数值模拟结果综合对比,确定了崔家寨矿5~#煤层回采巷道合理支护参数及煤柱尺寸(6~7m)。研究成果为复杂应力条件下巷道围岩稳定性控制、煤柱宽度的合理留设提供了理论依据。     

漳村煤矿2502工作面过X12陷落柱方案的探究

针对漳村煤矿2502工作面X12陷落柱情况，本文运用FLAC3D数值软件模拟对工作面推进过程中陷落柱变形及煤层中应力变化情况进行了研究，研究结果表明：随着开采的进行，逐渐出现了较明显的应力集中现象。在过陷落柱期间，工作面顶板的破坏范围大约在54m,而底板的的破坏范围大约在22m。开采到距陷落柱35m时，采动作用对陷落柱开始作用。对过X12陷落柱进行可行性分析得出，采用采煤机截割与放炮破碎相结合的方式强行通过。工程实践表明，该方案保证了工作面的连续推进，不仅有效的控制了陷落柱对生产的影响，提高的煤炭资源的回收率，而且能为以后的工作面过陷落柱提供技术指导。