浅埋煤层群工作面合理区段煤柱留设研究

为确定浅埋煤层群开采合理的上下煤层区段煤柱布置,减缓下煤层煤柱集中压力和地表裂缝发育,实现环境友好的安全开采,论文以陕北神南矿区柠条塔矿为背景,采用Flac3D分析1~(-2)煤层和2~(-2)煤层工作面同采区段煤柱宽度和不同留设方式的应力和塑性区分布规律,以及不同煤柱错距地表下沉规律。通过物理相似模拟,揭示1~(-2)煤层和2~(-2)煤层区段煤柱不同错距的岩层破断规律。研究得出:1~(-2)煤层合理的煤柱宽度为20 m;下煤层煤柱应力、地表下沉梯度和地表拉裂缝随着煤柱错距的增大而减小,沿倾向煤柱错距达到40 m时下煤层煤柱集中应力和地表拉裂隙明显减弱。同采工作面沿走向错距大于60 m时,地表下沉梯度和地表拉裂隙明显减小。     

综采面区段煤柱宽度的PSO-SVM预测模型

为准确预测缓倾斜煤层区段煤柱宽度,分析了缓倾斜煤层综采工作面的主要影响因素,选取8个因子,建立了粒子群优化的支持向量机区段煤柱宽度预测模型(Particle Swarm Optimization Support Vector Machine,PSO-SVM),通过缓倾斜煤层的区段煤柱宽度情况统计分析,对粒子群优化的支持向量机模型(PSO-SVM)、网格搜索优化的支持向量机模型(GS-SVM)和遗传算法优化的支持向量机模型(GA-SVM) 3种预测方法的精度进行了对比分析。结果表明:3种方法的预测平均相对误差PSO-SVM为1. 81%,GS-SVM为8. 36%,GA-SVM为3. 78%. PSO-SVM模型有较高的预测精度和较强的普适性,能够相对精确、高效地预测缓倾斜煤层区段煤柱宽度,对缓倾斜煤层综采面区段煤柱宽度选取具有一定指导意义。     

赵庄二号井3~#煤层陷落柱防水煤柱数值模拟研究

运用FLAC-3D软件对赵庄二号井的DX17陷落柱的防水煤柱进行了数值模拟研究。通过留设不同宽度的保护煤柱,分析煤系煤层周围及陷落柱附近塑性区及最小主应力变化情况,得出了陷落柱防水煤柱的合理留设宽度,3~#煤层临近陷落柱开采时,留设70 m的防水煤柱是可靠的。     

多煤层回采留煤柱护巷技术

为解决多煤层回采煤柱护巷巷道的变形破坏问题,以南阳坡矿两个相邻回采工作面为研究对象,在确定煤柱宽度和错开距离的基础上,采用现场监测、理论分析和数值模拟等研究方法,确定出煤柱的合理留设尺寸和巷道支护方法,并最终确定多煤层煤柱的布置方案.研究结果表明:该方法能够有效的控制巷道围岩变形,巷道变形短期内即趋于平稳,且支护成本低,煤柱稳定性好.     

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.     

基于FLAC-3D的成庄矿多煤层陷落柱防水煤柱留设研究

运用FLAC-3D模拟软件对成庄矿内贯穿3~#、9~#、15~#煤层的KDX74、JDX75、KDX76陷落柱的防水煤柱预留情况进行数值模拟。通过分别留设不同宽度的防水煤柱进行模拟实验发现,当3~#煤层防水煤柱留设20 m,9~#煤层防水煤柱留设30 m,开采15~#煤层时,当15~#煤防水煤柱为20 m时,3~#煤层采空区下方塑性破坏区域与陷落柱活化区域导通,表明15~#煤层的开采可能导致3~#煤层采空区底板突水,故15~#煤防水煤柱宽度不应小于30 m。     

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。     

浅埋煤层回采巷道合理煤柱宽度的实测研究

针对神东矿区的典型浅埋煤层条件，用现场实测煤柱支承压力分布方法，分析给出了榆家梁矿、补连塔矿和大柳塔矿主采煤层回采巷道的合理煤柱宽度范围，对今后回采巷道布置、煤柱宽度以及巷道支护设计，具有工程实用价值和决策指导作用。     

神广煤矿房式采空区上覆煤层开采可行性研究

为研究房式采空区上覆煤层上行开采可行性,根据神广煤矿各煤层赋存状况及开采现状,采用垮落开采的比值判定法、“三带”判别法,结合相似模拟和数值模拟方法,研究5^-2煤层房式开采对上覆4^-2上、4^-3煤层完整性和连续性的影响,分析4^-2上、4^-3煤层开采过程中对层间岩层及5^-2煤层采空区留设煤柱稳定性的影响,论证了4^-2上、4^-3煤层上行开采的可行性。结果表明：4^-2上、4^-3煤层的比值K分别为33.07,23.46,均大于临界值7.5,且4^-2上、4^-3煤层均位于5^-2煤层垮落带和裂隙带之上,完整性和连续性良好;5^-2煤层房式开采后,采场支承压力增高区与降低区交替显现,最大值为4.88 MPa,远小于煤柱极限承载强度6.7 MPa,煤柱保持稳定;4^-2上、4^...     

近距离煤层开采对上煤层煤柱氧化影响与治理研究

为研究下部近距离煤层开采引发上煤层工作面煤柱氧化问题,以某煤矿9#煤层2394工作面回风顺槽煤柱为研究对象,研究了其下方12#煤层2322工作面开采后采空区上方“两带”分布高度特征和下山边界影响区的范围。研究结果表明,该回风顺槽煤柱处于下煤层工作面采空区上方裂隙带及下山边界影响区范围内。同时,运用FLAC3D模拟了该煤柱内的应力、位移和变形破坏特征,模拟结果表明,下方12#煤层工作面开采是造成了9#煤层回风顺槽煤柱变形破坏的主要原因。由于煤柱破坏变形及在掘进正压通风的影响下,该煤柱内出现了高温氧化现象。通过采取煤层注水、喷浆隔氧、保障通风等措施,消除了煤柱火灾隐患。     

大安山矿煤柱对下部煤层开采影响

为安全开采大安山煤矿+550 m水平轴13槽煤层.利用ANSYS有限元软件,对大安山煤矿+550 m水平轴13槽煤层开采情况进行模拟,建立了二维有限元模型,分析了13槽煤层开采时,上部的14槽煤层开采后遗留的煤柱对其开采的影响.模拟结果表明:煤柱对下煤层的开采有较大的影响,其中煤柱左侧对下煤层开采的影响范围为45~55 m,煤柱左侧对下煤层开采的影响大于煤柱右侧.结合模拟结果和地质情况预测不同地区的冲击地压危险情况并提出相应防治措施,该研究为煤层开采设计提供理论指导.     

缓斜煤层拱形沿空巷道煤柱设计及控制

针对缓斜煤层沿空巷道偏载应力作用,两帮煤体呈现非对称大变形、破坏,巷道维护困难的问题,以魏家地煤矿2303工作面运输巷为工程背景,采用理论分析、数值分析并结合现场实践的方法,确定煤柱合理宽度并揭示倾斜煤层沿空掘巷围岩控制机理。结果表明:基于应力极限平衡及广义H-B强度破坏准则确定的煤柱塑性区宽度是个变化值,开挖扰动权重参数在0～1之间变化,煤柱塑性区宽度范围为8.1～8.5 m,结合数值分析结果,最终确定煤柱合理宽度为5.0 m.提出煤柱帮中部近水平位移为零区域(承压区)短锚索支护、实体煤侧压剪破坏严重区域(深度达6～7 m)高强度锚索支护的高预应力让压控制技术。巷道掘进期间两帮移近量为160 mm,顶板下沉量为65 mm,只需起底一次,围岩控制效果良好。     

成庄矿3~#煤层防水煤柱留设FLAC3D数值模拟研究

针对成庄矿3#煤层防水煤柱留设研究,结合以往研究成果和3#煤层底板实际情况,利用FLAC3D数值模拟软件采用库仑—摩尔力学模型建立三维模型,对3#煤层顶底板距岩溶陷落柱不同距离的塑性分析和垂直应力进行模拟。由于煤柱尺寸的减小,其煤柱内的垂直应力随之增大。模拟结果为3#煤层的防水煤柱留设宽度为40 m。防水煤柱的留设应保证煤柱本身或顶、底板隔水层厚度足以抵抗临近含水层的静水压力,同时应兼顾压煤量的经济合理性.其研究结果为成庄矿安全开采提供了安全保障。     

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...     

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.     

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。     

小煤窑采空区留设防水煤柱合理宽度的探讨

通过对王坪井田煤层及地层分布特征、水文地质特征、断层特征及煤层渗透性等研究，结合对断层裂隙宽度、应力集中带、地层倾角等的计算，准确预测了断层及采空积水区防水煤柱的合理宽度，并指出矿界煤柱和隔水煤柱应按取大优先的原则，且这一原则对于石炭纪煤层的煤矿都适用。     

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。     

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。     

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.