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。     

房柱采空区下应力分布特征研究

为研究房柱采空区煤房煤柱交替分布对下位近距离煤层顶板应力分布影响规律,采用数值模拟方法对大地精矿房柱采空区下应力分布特征进行研究,研究表明:房柱采空区底板岩层中应力从无煤柱区到房柱采空区下方区域应力分布依次为端煤影响应力增高区、端煤影响应力降低区和采空区煤柱影响稳定区;根据采空区煤柱影响稳定区下底板应力波动范围确定了模拟地层采空区煤柱集中应力工程影响深度,影响深度范围外煤层开采工作面顶板压力及超前支承压力分布受上部煤柱集中应力影响较小,范围内煤层开采工作面顶板压力及超前支承压力分布受上部煤柱集中应力影响剧烈。研究结果对于类似条件的煤层开采及时采取有效顶板控制措施具有实际意义。     

深井厚煤层综放沿空掘巷煤柱合理尺寸研究

以山东新河煤矿为研究背景,采用理论分析与计算、数值模拟、现场监测等方法,对深井厚煤层综放面沿空掘巷小煤柱合理尺寸进行研究,建立了深井厚煤层综放面沿空巷道顶板(煤)破断结构模型,计算出上工作面侧向支承压力低应力区范围为13.3m,小煤柱合理尺寸为5~6m;利用FLAC3D模拟上工作面侧向支承压力分布特征及不同宽度煤柱下小煤柱应力分布特征。结果表明:上工作面侧向低应力区范围为14m;一方面,随煤柱宽度增加,具有承载能力的煤柱宽度增大,另一方面,煤柱上方高应力区范围也在增大,仅5m和6m煤柱顶板高应区的范围较小。现场工业实践选择留5~6m煤柱进行掘巷,由巷道表面位移监测结果知,巷道变形满足工作面回风、运输等生产要求。     

特厚煤层大采高综放开采区段煤柱留设宽度研究

针对特厚煤层大采高综放开采区段煤柱合理留设的问题,以同发东周窑煤矿为工程背景,采用弹性力学极限平衡法求得煤柱合理的理论留设宽度为20.87～24.08 m,利用工程类比法得到该煤矿上区段采空区煤柱侧严重塑性破坏区宽度约为4 m.运用FLAC3D数值分析软件对四种煤柱留设方案下煤柱内部的垂直应力、塑性破坏特征及巷道围岩的变形量进行剖析,以确定该煤矿区段最合理的煤柱留设宽度.结果显示：窄煤柱受大采高综放开采的特厚煤层和下区段回采双向侧向支承压力叠加的影响容易失稳变形破碎.综合考虑,最终确定该煤矿区段煤柱合理留设宽度为24 m.     

大采高大断面迎采沿空巷道窄煤柱宽度研究

根据山西马堡煤矿地质条件，通过极限平衡理论、内外应力场理论计算出迎采巷道煤柱宽度范围为6.48～8.97 m.采用FLAC^3D数值模拟软件，分别模拟了煤柱宽度为5～9 m时，在15202运输顺槽掘进过程中，煤柱应力分布、塑性区分布及迎采沿空巷道围岩变形规律，结果表明：随着煤柱宽度的增加，煤柱峰值应力及塑性区范围不断减小，煤柱宽度为7 m以后，峰值应力减小趋势和塑性区变化均不明显，围岩变形逐渐趋于稳定，综合考虑安全开采和资源高效利用，最终确定煤柱宽度为7 m.通过模拟煤柱不同位置在采掘过程中的应力变化，确定采掘应力叠加影响范围为采掘间距30～-30 m,并结合15202运输顺槽不同位置的围岩变形情况，给出了合理的支护建议。     

大采高综采工作面区段煤柱的合理尺寸

以晋城煤业集团赵庄矿五盘区首采面巷道间的煤柱留设为工程背景,通过理论计算、数值模拟及现场观测方法,分析大采高工作面煤柱尺寸对巷道围岩稳定性的影响.结果表明：赵庄矿五盘区首采面巷道间的煤柱宽度应为40 m.5302工作面采用宽度40 m的煤柱进行巷道锚杆支护,效果良好,围岩完整、稳定.理论计算、数值模拟结果与实际情况相吻合,说明所设计的煤柱尺寸满足安全生产需要.该研究为大采高综采工作面区段煤柱合理选择提供了依据.     

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.     

回采工作面沿倾斜支承压力带参数的研究

本文根据对相似材料模拟实验数据和现场观测资料的回归分析,提出了确定走向长壁回采工作面沿倾斜方向支承压力带的范围、最大应力集中系数、压力峰值的位置(即塑性区宽度)和应力分布规律的公式。分析了各个主要因素(如采高、采深、倾角、煤层硬度和弹模,顶板强度和弹模,采空区宽度等)对煤层沿倾斜支承压力分布规律的影响。     

支承压力分布演化规律及对煤岩体破坏的影响

为了研究支承压力与工作面超前煤岩体破坏之间的关系,采用ANSYS软件对采场支承压力分布动态演化规律和塑性区分布范围进行数值模拟,并从理论角度分析开采引起的煤岩体应力状态变化过程。数值模拟结果表明,支承压力呈非对称性山峰形分布,工作面推进距离与支承压力集中程度呈正相关性,工作面前方塑性区范围随着推进距离的增加而增大。屈服条件分析表明,尽管煤岩的破坏随着支承压力的增加、增大了破坏的可能性,但煤岩的破坏并不单纯取决于支承压力的大小,而是由水平应力和支承压力共同决定的;以支承压力作为判断标准,得到的煤岩体破坏范围往往会比工程实际范围偏大。该研究结果对矿山灾害的预防工作有指导作用。     

大采高工作面区段煤柱宽度量化研究

合理的区段煤柱宽度对于提高煤炭采出率、提升采煤作业的安全性具有重要作用。以杨家村煤矿22205工作面为工程背景,采用理论计算、现场监测和FLAC3D数值模拟等多种方法对9、12、15和21m不同宽度区段煤柱进行计算分析。结果表明:当煤柱宽度为9和12m时,煤柱大部分进入剪切破坏,塑性区范围较大,不能达到维持煤柱稳定的要求;当煤柱宽度为15和21m时,顶板塑性区范围减小,煤柱承载能力增强,此时的煤柱宽度能满足稳定性要求。综合考虑煤炭资源回收、巷道围岩稳定性,确定工作面的区段煤柱宽度为15m。     

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。     

煤柱宽度对综放面围岩应力分布规律影响

护巷煤柱宽度及巷道相对工作面位置的不同,将引起巷道围岩应力重新分布和岩层移动的差异,对回采巷道稳定性及其维护有重要影响. 以谢桥煤矿1151(3)综放面地质技术条件为背景,采用计算机数值模拟并结合现场实测研究,揭示了煤柱宽度变化对综放面围岩应力分布及变化规律的影响.研究表明,综放回采巷道护巷煤柱宽度的变化,不仅使煤柱内应力分布规律不同,而且使得相邻工作面煤体内应力分布规律也不同,二者应力分布随煤柱宽度变化而转移;巷道维护状态是工作面煤层和煤柱内应力场共同作用的结果,护巷煤柱的合理宽度应小于巷帮实体煤内应力向煤柱内转移的临界宽度.     

复杂煤层群开采条件下沿空掘巷 合理煤柱宽度的确定

以山脚树矿22155工作面为工程背景,根据该工作面的工程地质情况及煤层群上下工作面开采关系,采用数值分析的方法计算得出22153采空区边缘煤体内部应力集中系数,并依据弹塑性力学理论,提出合理煤柱宽度的计算公式.研究结果表明：通过极限平衡理论计算得到的巷道侧塑性区宽度较直接采用锚杆支护长度更合理;对于复杂煤层群开采条件下,应力集中系数可采用数值分析的方法获取;运用该方法所计算的复杂煤层群开采条件下煤柱宽度经过现场实践检验是科学、合理的.     

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。     

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.     

窄煤柱沿空掘巷煤柱稳定核区理论研究

阐述了窄煤柱沿空掘巷的实质,运用岩层控制理论,提出窄煤柱沿空掘巷煤柱稳定核区概念,并以煤柱稳定核区的大小作为煤柱稳定性的一个判据,同时给出选取窄煤柱合理宽度的数学公式,并辅以数值计算方法对该理论进行验证.模拟结果证明,选取巷道塑性破坏区半径的4倍范围作为沿空掘巷窄煤柱的宽度是合理的.     

煤柱尺寸留设数值模拟研究

护巷煤柱尺寸是影响回采巷道顶板围岩稳定性的一个重要因素。禾草沟煤矿开采过程中矿山压力比较明显,原设计预留大煤柱,造成较大煤炭损失。基于禾草煤矿煤层地质条件,采用数值模拟软件FLAC3D,建立了煤柱尺寸为6 m、8 m、10 m、12 m和14 m数值模型,模拟研究了煤柱及巷道塑性破坏区范围,沿空巷道应力分布,沿空巷道位移情况。综合考虑塑性区破坏范围、最大主应力、顶板位移值和资源回收等因素,该矿煤柱为10 m时符合经济安全开采要求。     

钻屑量与矿山压力及瓦斯压力关系现场实验研究

基于在重庆天府矿业有限责任公司三汇一矿2124综采工作面的现场实验,对该矿钻屑量与矿山压力、瓦斯压力的关系进行了研究.表明工作面经过钻孔卸压后的矿山压力分布规律:卸压区宽度约为5 m,5～11 m为塑性区,11～20 m为弹性区,20 m以后为原始应力区.在严格按照操作规程要求施钻的前提下,钻屑量在矿山应力峰值前呈线性增加,峰值后呈线性减少.结合长壁工作面矿山压力、瓦斯压力分布规律理论分析,推导出钻屑量与矿山压力、瓦斯压力之间存在正相关关系;在固定瓦斯压力时,钻屑量随着矿山压力正向变化;在相同矿山压力时,钻屑量随着瓦斯压力正向变化.     

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。