长沟峪煤矿大倾角煤层开采煤体应力数值模拟

研究大倾角煤层开采煤体应力分布规律,应用ANSYS有限元软件对长沟峪煤矿-140 m水平北—北4槽壁式工作面开采煤体应力进行数值模拟。结果表明,工作面前方煤体最大应力集中系数为1.92;工作面下部煤体的应力集中系数高于上部;煤体最大应力值介于4.71～5.12 MPa之间,发生在工作面下部20～24 m范围内。该研究为工作面安全生产与支护设计提供了依据。     

采动条件下底板潜在导水通道形成的微震监测与数值模拟

以某矿综放工作面开采过程为背景,利用微震监测技术进行现场监测,并借助有限差分FLAC^3D进行数值分析,研究在采动应力场不断变化过程中底板岩体微震破裂事件的时空演化规律,揭示煤层采动条件下潜在导水通道的孕育、发展和贯通过程.微震监测结果表明:微震事件数一定程度上反映了开采扰动对底板岩体破坏程度的影响;采煤期间,回采工作面附近微震事件呈现密集分布,底板岩体采动破坏严重,底板破裂深度达15m.数值分析表明:由于煤层采动导致采场周围应力重分布,工作面前方应力增高,采空区下方应力降低,底板岩体随工作面回采经历了应力集中、释放并最终破坏;底板塑性破坏区深度达14m.     

双重上保护层叠加开采应力分布规律

为获取双重上保护层重叠采动作用下的煤层卸压规律及保护层间的相互影响，以平煤八矿一采区为原型，采用FLAC3D软件模拟了丁、戊组煤层多工作面重叠开采过程。研究结果表明，仅丁组煤层开采时，采区边界煤柱对应范围出现应力集中现象，最大应力值达到19 MPa,影响范围达到下方80 m,不利于被保护层卸压。工作面间区段煤柱最大应力值达39 MPa,但向底板传递范围较小。丁组单独开展卸压区域能够影响至己组，己组煤层应力卸压值约为1 MPa;丁组、戊组煤层重叠开采，当戊组工作面位于丁组煤层区段煤柱下方，同时丁组工作面位于戊组工作面区段煤柱上方，使丁组煤层工作面间区段煤柱应力集中减弱利于卸压，丁组煤层区段煤柱应力值由39 MPa卸载至7.5～10 MPa之间；同时当己组煤层位于戊组单独保护范围时，垂直应力卸压值为2～3 MPa,当己组煤层位于丁戊共同保护范围时，垂直应力卸压值为4～6.5 MPa。     

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.     

工作面滞后支承压力分布规律

为获得综采工作面滞后支承压力的分布规律,采用理论分析、数值模拟及现场实测的方法,对兖州矿区工作面滞后支承压力分布规律进行了分析.分层开采与综放开采工作面滞后支承压力变化规律是,随着采高的增大,工作面滞后支承力的距离加大,垂直应力集中系数差别不大.实例结果表明:分层滞后支承压力在工作面后方160～180m以外稳定,综放工作面在其后方200 m以外稳定.     

大倾角不等长工作面矿压显现特征研究

为了解决大倾角煤层不等长综采工作面回采衔接点处围岩控制的难题,以淮南某矿12124工作面为研究对象,采用数值模拟和现场观测方法,构建了不等长工作面FLAC3D数值模拟试验模型。开展了不等长工作面衔接点处围岩应力演化规律与控制方法研究。数值模拟结果表明:(1)受煤层开采与切眼2的叠加影响,工作面对接前后垂直应力出现先增大后减小的变化趋势,且工作面倾向不同位置点的围岩应力变化呈现非对称性;(2)通过衔接点前后支承压力演化过程的对比分析,确定工作面衔接点处为矿压重点防控区域。结合数值模拟结果及现场观测,提出了不等长工作面支架对接技术以及顶板管理措施,工作面回采顺利,实现了工作面的安全高效开采。     

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.     

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。     

中厚煤层采场围岩破坏规律准动态数值模拟研究

以杨村煤矿8601综采面地质及开采条件为背景,采用大型非线性三维计算机数值模拟,对不同推进步距的采场围岩变形与破坏进行了准动态模拟研究。结果表明,随着工作面推进,煤层底板岩层具有采前应力升高、采后应力降低和恢复三个阶段,并每隔22m重复出现;受采动影响的岩层在采空区中间下沉值最大,向两侧逐渐减小;底板临界破坏深度为5m;应力集中系数为1.25。     

大倾角煤层开采矿压显现规律与支护

采用FLAC3D建立分析模型,研究不同倾角煤层煤壁前方和采空区倾向的最大应力集中系数、支承压力塑性区范围的特征．结合现场实测,获得大倾角煤层开采矿压显现规律,进而提供支护措施的指导．     

复杂条件下大采高工作面围岩活动规律分析

为解决6.0 m大采高情况下巷道围岩较破碎、变形破坏严重、底鼓等问题,通过超前支承压力数值模拟、理论分析以及现场实测分析,对418工作面围岩破坏规律进行研究。结果表明:主关键层断裂初次来压步距为83.7 m,周期来压平均步距约为15 m,平均持续步距约为10 m,受采动和顶板岩性的影响,粉砂岩在煤墙内部切断后,加剧细砂岩裂隙发育、破碎、冒落等矿压现象,增加了来压的持续步距为10.3 m;应力峰值42 MPa,位于煤壁前20 m处,影响最大范围185 m,应力集中系数1.67～2.87。     

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。     

下伏煤层开采对上方运输巷支承压力 分布的影响

以山脚树矿22189工作面回采对22155运巷支承压力影响为工程背景,根据工作面的工程地质情况及煤层群上下工作面开采关系,分别采用压力测量仪测量的方法和利用FLAC3D软件对采后运输大巷所处位置应力分布情况模拟的方法,研究了山脚树矿22189工作面回采对22155运巷的支承压力分布的影响.结果表明:受22189回采工作面的采动影响,上部22155运输巷前方支承压力大致呈抛物线分布,在距煤壁大约15 m位置处,支承压力达到峰值,并且22155运输巷支承压力峰值稍微滞后22189回风巷压力峰值.     

基于微震监测的高强度开采工作面围岩响应规律

将微震监测系统引入西部高强度开采的典型矿区——小纪汗煤矿,实现了整个监测区域的"空间"监测,更为全面地捕捉围岩内部破裂信息,基于微震监测数据分析了煤矿工作面的矿压显现规律、岩层运动规律和围岩应力变形规律.结果表明:随着11203工作面的不断开采,微震事件的演化呈周期性变化,与工作面矿压显现规律密切相关,且周期来压平均步距为23 m.划分得到了工作面"三带"的范围及工作面开采扰动影响范围,为工作面的支护设计和灾害防治工作提供数据支撑.     

孤岛煤柱应力集中区巷道布置改造及支护技术研究

冀中能源峰峰集团大淑村矿-450m水平原东翼三条大巷处于174102、172102工作面和174104、172104工作面中间的孤岛保护煤柱下方,三条大巷均采用锚网索喷支护、局部穿煤段采用U36支架加锚网喷联合支护,应力集中现象明显,巷道变形破坏严重,虽已加强支护并返修多次,但巷道围岩变形仍严重,无法保证正常安全使用。...     

非圆形隧洞解析应力空间分布特征

隧洞开挖过程中快速获取掌子面附近围岩空间应力分布信息对其灾变防控至关重要。基于收敛约束法,将非圆形隧洞围岩解析解与可视化软件Tecplot相结合,提出一种高效、直观的隧洞解析应力空间分布呈现方法,利用该方法对引汉济渭岭北深埋隧洞掌子面附近的空间应力分布特征进行了分析,并在基础上探究了初始主应力场水平倾角对隧洞空间应力分布特征的影响。结果表明：沿隧洞纵向逐渐远离掌子面时,隧洞环向应力集中分布呈现出应力集中大小增长区、应力集中区域扩展区与应力集中区域稳定区三阶段特征。对于深埋硬岩隧洞,沿隧洞纵向远离掌子面的三阶段分布区间分别为0.5D(D为隧洞最大洞径)范围内,0.5D～2.0D范围之间,2.0D范围外。此外,初始主应力场水平倾角对隧洞应力分布影响主要体现在环向分布方位,而对其纵向分布影响较小。     

预掘回撤通道末采应力叠加效应及围岩破坏规律分析

为得到末期期间回撤通道围岩破坏控制方法,通过数值模拟对回撤通道周围集中应力与工作面采动支承压力叠加效应及围岩破坏规律进行分析,并开展了现场验证。研究结果表明：随着工作面与回撤通道距离减小,叠加应力值逐渐增加且向回撤通道正帮转移,导致回撤通道破坏由正帮侧向工作面方向移动。由于应力叠加效应增强,工作面在距离回撤通道20 m时,随着工作面推进,顶板塑性破坏由原先稀疏破坏变为密集破坏。工作面与回撤通道间的煤柱破坏前,工作面靠近回撤通道过程中回撤通道正副帮均发生破坏,且在煤柱小于5 m时正帮破坏较副帮严重,煤柱全部破坏后,顶板失去支撑,导致回撤通道顶板回转,顶底板破坏范围相应增加。控制回撤通道正帮的稳定性是控制回撤通道大变形的关键。     

43307工作面过42煤残余煤柱矿压显现规律数值模拟研究

通过对榆家梁煤矿43307工作面矿压显现的分析,建立工作面回采计算模型,利用数值模拟方法研究工作面推进与工作面压力分布情况,并给出矿压显现的几何量值,为工作面安全生产和巷道合理支护提供科学的理论指导。同时,通过多种矿压观测手段分析了工作面开采过程中的采场来压规律及过应力集中煤柱的矿压规律,对该矿区其他相同条件工作面及类似条件下回采采场围岩控制具有工程决策意义。