条带开采保留煤柱宽度和采出宽度与地表变形的关系

应用条带开采进行建筑物下压煤开采,除保证留设煤柱要有足够的强度和稳定性,开采宽度不超过上覆岩层所形成稳定结构(托板、平衡拱、梁等)极限宽度外,条带开采还应保证地表不出现波浪型下沉盆地。以概率密度函数法为基础,从开采沉陷的角度分析了条带开采煤柱宽度、采出宽度和地表变形的关系,得出了条带开采煤柱宽度和采出宽度的最佳匹配计算方法,对条带开采地表移动和变形控制具有一定的借鉴意义。图6,参10。     

浅析条带充填开采煤柱宽度和开采宽度的确定

本文通过对条带充填开采煤柱载荷和煤柱强度的理论分析,提出了条带充填开采所需留设的合理煤柱尺寸及开采宽度。理论,试验研究和开采实践证明,条带开采充填采空区能够降低采面周围的支承压力,开采后工作面周围的应力分布较长壁全面开采更为均匀,这种开采方法被广泛的应用于“三下一上”采煤之中。条带开采方法就是将煤层块段划分成比较正规的条带形状,采一条留一条,保留的条带煤柱能够承受上覆岩层的部分载荷。在采留宽度合理的条件下,可以减少由于煤层开采引起的矿山压力,避免或减小底板突水的发生,地表只发生轻微均匀的移动和变形。煤柱的强度及稳定性受多方面的因素制约,如煤的抗压强度,煤柱尺寸大小,形状及采空区顶底板的管理方法等。在煤柱尺寸及形状一定的条件下,煤柱的承载能力不仅受到煤的抗压强度的限制,而在更大程度上煤柱强度取决于煤层侧向变形阻力和煤层沿着与顶底板岩接触上的磨擦阻力。试验结果表明(1)在煤柱内部处于三向受力状态时,它能承受200mp2的应力,而在煤柱外边缘的单向抗压强度仅为5~40mp2;(2)在宽高比相同时,长方形煤柱比正方形煤柱的强度高40%,这是因为长方形煤柱的周边较长,从而提供的侧限力较大。增加煤柱的侧限力就能提高煤柱的...     

条带法开采控制地表沉陷的新探讨

本文以相似材料物理模拟、有限元数值模拟和力学分析为手段;对条带法开采控制地表沉陷进行了深入的研究.揭示了条带法开采顶板岩层的破坏过程、破坏形态、破坏范围及整个覆岩体的移动与变形规律,特别是对波浪状下沉在覆岩中的传播机理和传播高度进行了较深入的探讨.给出了覆岩中波浪状下沉传播高度与条带采留宽度尺寸之间的关系和条带法开采地表下沉系数的表达式.划分出了条采覆岩破坏的三个影响带.在此基础上,提出了控制地表沉陷条带来留宽度设计所遵循的三个原则:即地表允许变形原则,煤柱稳定性原则和回采率原则.根据这三个原则,得出了条带采留宽度合理尺寸新的确定方法.所得结论对条带开采设计具有指导意义.     

断层煤柱尺寸对地表建筑物影响分析

由于王楼煤矿二采区受多断层影响,采区上方又有一个村庄,为最大限度地回收资源和降低对上部建筑物的损坏,通过岩体宏观结构调查分析及相关实验研究提供的岩石力学成果,综合确定岩体力学参数;考虑到尺寸效应和地质构造面的影响,利用FLAC~(3D)模拟开采过程中预留不同尺寸断层保护煤柱,研究地表沉陷及地表建筑物的损坏情况。模拟结果表明:随着保护煤柱宽度的增加,地表水平、倾斜变形和曲率都逐渐减小,建筑物的损坏程度也逐渐降低。断层保护煤柱为25m时,地表水平变形为2.8mm/m,倾斜变形为1.9mm/m,曲率为0.18×10~(-3)/m,符合我国砖混结构建筑物的损坏等级评判标准,能有效避免地面建筑物的损坏。     

深井采空区宽条带煤柱受力状态研究

为研究深井采空区宽条带煤柱受力状态,对唐口矿千米深矿井宽条带开采采空区煤柱受力状态进行了实际观测和分析.结果表明:距煤柱边缘6～8m区域为压力峰值区,距边缘10m区域承载附加应力较小;在锚网带支护系统作用下,煤壁边缘并不完全坍塌垮落;越靠近煤柱内部,其实际支撑能力越大,在距边缘1m区域的煤柱实际强度约为10.2MPa;深井覆岩外应力拱所需承载的覆岩重量要比浅井大得多,煤柱外应力场峰值和影响范围都明显大于浅井.     

条带开采煤柱合理宽度的确定方法

条带开采是"三下"开采中的一种重要采煤方法。合理条带煤柱宽度的留设不仅能提高煤炭采出率,而且能有效地保护地面设施。文中通过对煤体极限强度和煤柱屈服区宽度模型的分析,推导出条带煤柱合理宽度留设的计算公式,确定出了在煤层地质条件参数M,H和煤岩物理力学参数γ,φ,c,μ一定的条件下,条带采宽D是影响条带煤柱合理宽度留设的主要且可控参数,并运用于工程实践,取得了较好的效果。     

条带设计弹性理论的复变函数模型

条带开采是解决当今日益严重的村庄建筑物压煤问题的主要措施之一，本文根据不同的地质情况，分析了条带煤柱在上覆岩层自重应力作用下，条带的受力形式及保持稳定性所需的条件，采用连续介质力学理论，探讨了条带开采时需留设的合理条带尺寸，以弹塑性力学为基础，使用弹性理论的复变函数方法计算了条带开采时空区周围的应力分布，进而推导出在特定的地质条件下，条带开采时所需留设的煤柱宽度的理论公式，该理论公式经实践证明能满足现场要求。     

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。     

五阳矿西部扩区建筑物下压煤二次条带开采研究

针对五阳矿西部扩区建筑物下压煤资源需迫切回收的技术难题,结合五阳矿西部扩区的地质条件和条带开采实际,采用理论分析和数值模拟的研究方法对二次条带开采的可行性进行了系统研究,提出窄煤柱沿空掘巷的二次条带开采方案.结果表明:在条带开采地表移动变形稳定后对遗留煤柱进行二次条带开采是可行的;二次条带开采合理的采宽为40 m,留宽为55 m;二次条带开采后地表移动和变形值增大,但对建筑物的损坏仍然处于Ⅰ级损坏之内,遗留煤柱仍能长期保持稳定.二次条带开采为建筑物下压煤开采寻求到一条新途径.     

多次动压下近距离煤层群覆岩破坏规律研究

应用不连续变形分析(DDA)方法模拟分析了邻近工作面开采和本工作面开采对上覆岩层及留设小煤柱的变形影响规律,再现了上覆岩层、留设煤柱及巷道的变形破坏过程,获得了小煤柱巷道在多次动压影响下的变形量、应力分布和破坏范围.随着开采的推进.工作面的上方会形成半椭圆形的应力场,由此可预测采空区上覆岩层的离层及关键层的形成.当下煤层开采通过邻近上煤层所留设煤柱对应位置时,留设煤柱所承受的载荷最大,在回采过程中可产生很大的应力释放,导致上覆岩层有大范围的离层,并由此引发地表大面积沉陷.此时要注意防范诸如冲击地压及地表沉陷地质灾害事故的发生.     

软岩矿井建筑物下特殊开采的可行性研究

以龙口市洼东煤矿蒂带开采的地质采矿条件为依据,建立了岩体蠕变的粘弹性力学模型,确立了其蠕变参数,利用ANSYS的三维立体模型对同一工作面务带开采不同采留宽度条件下的地表下沉和力学效应进行了数值模拟计算,分析了煤柱及其围岩的稳定性和安全性,提出了软岩矿井建筑物下条带开采的合理采留宽度,从而论证了软岩矿井建筑物下特殊开采的可行性,为决策者进行采矿活动提供了科学的依据。     

条带开采采场应力分布规律的光弹性实验研究

应用光弹性模拟实验方法，对条带开采煤层顶底板及条带煤柱的应力分布规律进行了深入的研究，得出了随着煤层倾角的变化条带采场应力场及应力集中转移规律。     

交错式充填对采空区上覆岩层的影响

针对充填开采成本较高、条带开采煤炭采出率较低等问题,根据某矿的地质资料,运用FLAC3D软件模拟交错式充填法和垮落法开采过程中上覆岩层的应力分布、垂直位移变化情况.结果表明：当采高为1 m、煤层距地表178.8 m时,垮落法开采的采空区中部出现0～4.1 MPa的拉应力;交错式充填的采空区上部压应力为2.0 ～3.0 MPa,采空区充填区域压应力为3.0 ～4.0 MPa,应力均小于原岩应力.垮落法采空区中部上覆岩层位移最大,向两侧逐渐减小;交错式充填采空区上覆岩层的位移较小,最大下沉量为0.006 m.在降低充填成本的情况下,交错式充填法能够有效控制采空区上覆岩层应力分布和下沉量,为“三下”采煤提供理论依据.     

长臂充填开采上覆岩层移动规律数值模拟

针对王河煤矿10903工作面在开采过程中引起地表下沉问题,用RFPA2D软件对不同弹性模量充填材料下的充填开采和全部垮落开采进行数值模拟,模拟了全部垮落法开采时岩层破坏和裂隙分布情况,全部垮落法随工作面推进关键层及地表下沉情况;不同弹性模量充填材料下的充填开采随工作面推进关键层及地表下沉情况.结果表明：全部垮落法开采会引起地表的塌陷,而充填法能有效控制关键层弯曲下沉量和地表沉陷.充填体弹性模量从1 GPa增加到5 GPa时,工作面前方垂直应力集中程度逐渐降低,关键层下沉量逐渐减小,最大下沉量从510 mm 减小至285 mm.最后通过地表沉陷观测验证了充填材料配比和数值模拟计算的合理性.     

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。     

贵州发耳煤矿尖山营滑坡特征及成因机制

高陡边坡地形条件进行煤层开采,极易引发地质灾害问题,给地质环境造成很大的破坏。以贵州发耳煤矿三采区的尖山营边坡为研究对象,查明了采空区分布情况及斜坡裂缝体系发育规律,结合该矿区地形地貌特征,分析该滑坡特征及影响因素,总结开采沉陷诱发山体滑坡的成因机制。结果表明:煤层开采后,上覆岩层发生应力重分布,采空区边界形成拉应力集中区;上覆岩层产生以沉降为主的弯曲变形,而在坡肩和坡脚部位产生较明显水平向外位移;变形过程中先在采空区后边界部位产生裂缝,回采煤柱后,裂缝贯通,形成潜在滑面,该滑坡变形机制为塌落沉陷-拉裂-蠕滑。     

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。