大倾角多区段开采顶板运移及其采空区充填规律实验研究

为了研究大倾角煤层多区段开采围岩运移规律,采用物理相似模拟实验方法,分析了大倾角煤层多区段采场顶板和煤柱变形破坏规律、底板应力分布及演化规律、垮落矸石充填特征等。结果表明:大倾角煤层多区段开采围岩运移规律不同于单区段开采,下区段采动导致上区段采场倾向中、上部垮落顶板出现二次下沉和滑移,顶板运移曲线呈现沿倾斜方向"上大下小"的双峰特点,垮落顶板非均匀充填导致采空区底板应力沿倾向呈现出中部下部上部,下区段采动导致上区段采空区中部底板应力显著增加。下区段开采致使区段煤柱上、下两侧非对称受载并发生破坏,引发了煤柱-上区段采场煤岩体的连锁运动;区段煤柱支承压力从上区段开采时的"W"型分布变为下区段开采时的"V"型分布,增载系数达到4.9.研究可为大倾角煤层多区段围岩控制提供了理论指导。     

极近距离采空区下交错开采顶板灾害防治

通过对岱庄煤矿4300采区工作面的顶板结构分析,得出了上部极近距离煤层开采后,下部煤层顶板形成极易漏冒的"块体-散体-梁"结构.采用数值模拟方法对下部工作面超前支承压力和上部采空区侧向支承压力共同作用下的高应力状态进行了模拟,结果表明,工作面前方煤体易失稳变形.针对工作面过采区前及采空区下开采易出现的顶板灾害事故,提出了工作面局部充填等相应的解决方案.     

极近距离采空区下交错开采顶板灾害防治极近距离采空区下交错开采顶板灾害防治

通过对岱庄煤矿4300采区工作面的顸板结构分析,得出了上部极近距离煤层开采后,下部煤层顶板形成极易漏冒的“块体-散体-梁”结构。采用数值模拟方法对下部工作面超前支承压力和上部采空区侧向支承压力共同作牌下的高应力状态进行了模拟,结果袁明,工作面前方煤体易失稳变形。针对工作面过采区前及采空区下开采易出现的顶板灾害事故,提出了工作面局部充填等相应的解决方案。     

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。     

采用工作面超前注水法提高跨采底板巷道围岩稳定性

在蒋庄煤矿3下煤层710工作面实际跨采工程中,为降低上部工作面超前支承压力峰值对底板巷道的影响,提出工作面超前注水法。通过分散上部工作面开采形成的超前支承压力,降低支承压力峰值,避免过大的应力峰值集中传递到底板巷道围岩而导致底板巷道围岩失稳。结果表明,超前注水后,煤体强度降低23%,底板巷道的顶底板移近量最大160mm,超前影响距离为70m,达到预期效果。     

近距离煤层房柱区煤柱底板应力传递规律

采用理论分析和数值模拟的方法,以陕北煤田韩家湾矿近距离煤层2~(-2)煤和3~(-1)煤为研究对象,对煤柱的应力分布及传递规律进行研究。结合煤层具体赋存条件计算煤柱的塑性区宽度,分析韩家湾矿残留煤柱支撑能力。对4种尺寸的煤柱应力在底板中的分布规律进行力学分析,得到不同尺寸煤柱在底板各深度的应力曲线。运用FLAC~(3D)软件对韩家湾煤矿2~(-2)煤房柱区留设的4种尺寸的间隔煤柱应力分布进行模拟,得出不同尺寸煤柱应力在底板岩层中的分布图。结果表明:残留煤柱承载着上覆岩层的重量,沿煤柱中心线向下传递到底板岩层中,呈半椭圆型分布,在煤柱下方形成应力增高区,应力以中心线为轴向两侧形成对称分布;煤柱应力在底板岩层中的传递与煤柱的尺寸大小有关,煤柱尺寸越大,应力在底板岩层中向下传递的越远、分布范围越广;下煤层开采进入14 m煤柱下方边界时,受双重应力作用,易引起顶板整体切落,对工作面造成的安全隐患较大。     

采场围岩应力分布的三维相似模拟研究

本文采用三维相似材料模拟实验方法,研完了长壁回采工作面周围煤体上和矸石上的支承压力分布规律,包括超前支承压力沿工作面长度方向的分布,侧向支承压力随工作面推进的发展过程,支承压力叠加规律,采空区压力分布及其与顶板运动的关系。还对支承压力在底板中的传播、煤层顶板应力分布状况作了初步研究。三维相似模型的应用,比较全面地揭示了采场围岩的矿山压力分布,为煤矿巷道布置与维护、冲击地压的预测与防治及开采程序设计等重大技术问题提供了基础。     

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.     

韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区下开采动载研究

为研究韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区及煤柱下开采的动载矿压,运用理论分析方法和物理相似模拟实验,采用应力和位移的监测手段,对综采工作面过房柱式采空区及煤柱进行模拟研究。研究表明,房柱式采空区下,工作面覆岩会随着下煤层关键层的破断而依次破坏,矿压显现较一般浅埋煤层开采剧烈,但未发生动载。而在进入区段煤柱期间,工作面只表现出比单一煤层开采时工作面压力较大,在出煤柱时则普遍存在动载矿压现象,动载易发区域在煤柱中的最后一次周期来压后10 m范围内。研究成果在韩家湾煤矿2405工作面进行了动载预测和防治。     

钱营孜煤矿首采面应力分布特征的数值模拟

为了分析综采工作面超前支承压力的分布特征,以及塑性区、围岩位移分布规律和采动影响下煤层底板的破坏规律,应用UDEC软件对钱营孜煤矿3212综采工作面进行了数值模拟对比分析.结果表明工作面推进190 m,前方支承压力基本维持不变,应力集中系数为2.4左右,超前影响范围为35 m左右,底板岩层破坏的程度和深度在几个开采周期中保持一致.这些结果与现场矿山压力观测结果基本吻合,为巷道超前支护、加强支护提供了理论与技术依据,也可以为相似条件下工作面的安全开采及支护提供借鉴.