亭南煤矿综放开采矿山压力数值模拟

为了分析综放工作面顶板断裂、垮落形式,以及工作面支承压力分布及影响区域范围,对亭南煤矿101综放面,分别应用UDEC与FLAC3D软件进行了数值模拟对比分析.结果表明随工作面的推进,直接项出现离层、破断,并在采空区前后煤壁上方基岩出现拉裂缝.当工作面推进到60m左右,老顶出现初次破断,形成初次来压,之后工作面每推进30 m,老项出现周期来压.模拟结果再现了顶板冒落、离层、破断,综放面初次、周期来压及围岩应力集中、重新分布等现象,这些结果与现场矿山压力观测结果基本吻合,为矿压观测提供了直观、准确的数值分析方法.     

塔山矿综放工作面瓦斯综合治理技术及应用

针对塔山矿超特厚煤层(10m以上)综放开采时工作面瓦斯运移特点,分别阐述了不同开采阶段综放工作面采用的瓦斯治理手段。从开采初期利用上隅角构筑封堵墙,风幛引导风流稀释,上隅角埋管强化抽放的方法来解决工作面上隅角瓦斯超限,到工作面和顶板高抽巷贯通后利用顶板高抽巷封闭抽放的方法解决综放工作面上隅角、后溜尾瓦斯超限。经过实验研究,最终确定这些方法在治理塔山矿综放工作面瓦斯超限过程中的可行性和有效性,为类似条件下综放工作面瓦斯治理提供了一定的参考和借鉴。     

走向高抽巷参数优化的理论与模拟研究

采煤工作面上隅角和回风巷瓦斯超限的问题,严重制约煤矿的安全生产。采用理论分析、数值模拟和现场验证相结合的研究方法,结合山西潞安集团某矿S2107综放面的实际情况,对走向高抽巷参数优化进行系统的分析研究。结果表明:在裂隙带发育高度理论分析计算和数值模拟研究的基础上,确定S2107综放面高抽巷的最优层位高度为34.06~40.37 m,最优平距为距回风巷平行距离30~40 m的位置,在S2107综放面实施高抽巷后,工作面的上隅角和回风巷瓦斯浓度明显降低,可以保障S2107综放面的安全高效生产,同时验证了理论计算和数值模拟的正确性。     

高位钻孔对特厚煤层瓦斯抽放效果考察及分析

本文阐述了高位钻孔抽放的基本原理和特点,利用数值模拟分析了采动影响下的特厚煤层上覆顶板岩层裂隙分布特征,并通过水帘煤矿3801综放工作面的高位钻孔抽放实验,对比论证了高位钻孔抽放的可行性,为特厚煤层的安全高效开采提供了保障。     

大采高综采端头悬顶水力切顶控制机理

为解决大采高综采端头顶板难垮问题,以陕北侏罗纪典型煤层条件为背景,结合理论分析、数值模拟与现场试验,对顶板破坏时的人工干预破断裂隙演化与其采动应力耦合作用规律进行研究。通过对顶板割缝损伤弱化模型的研究,揭示水压裂隙控制顶板的破断规律,给出定向割缝的控制参数;基于此,构建定向裂隙与采动应力耦合模型,分析水压切割定向裂隙控制顶板破断的裂隙演化规律,提出水压致裂切割定向裂隙控制端头顶板破断的技术方案与工艺方法。结果表明:顶板水压致裂后,顶板破坏类型由拉伸破坏转变为拉剪复合破坏,定向裂隙尖端形成了翼型裂纹与反翼型裂纹,顶板破断角由45°变成56°,煤壁塑性区、片帮深度均减小;现场试验后,初次来压步距为32 m,周期来压步距为12. 2 m.     

内错尾巷及顶板走向长钻孔瓦斯治理试验

针对回采工作面瓦斯涌出治理面临的通风和抽放问题,在某示范矿井2 307、3 308两个工作面分别进行了综放面内错尾巷和采空区顶板走向长钻孔技术的工业试验.通过分析两项技术的实施效果,得出内错尾巷技术和顶板走向长钻孔技术能够有效遏制上隅角瓦斯超限和工作面瓦斯涌出,减少通风负担.指出了内错尾巷试验中存在的问题,并提出了相应的尾巷布置改造建议;给出了顶板走向长钻孔抽放技术钻孔布置的合理有效的参数.最终肯定了内错尾巷、顶板走向长钻孔技术治理瓦斯的可行性.     

走向高抽巷合理层位的FLUENT数值模拟

为获取走向高抽巷抽采瓦斯的最佳位置,构建走向高抽巷条件下的采空区瓦斯运移模型.通过FLUENT数值模拟软件分析了高抽巷与回风巷不同平距,与煤层顶板不同垂距条件下,抽采瓦斯的效果.数值模拟和现场应用结果表明:高抽巷布置在回风巷附近,与倾向断裂线边界0.46倍带宽(回风巷侧裂隙带);且位于冒落带之上,与其边界垂高2.8倍采高时,效果最好,能有效解决工作面瓦斯超限问题,保证工作面安全回采.     

顶板高抽巷在解决塔山矿综采工作面瓦斯超限中的应用研究

本文通过对塔山矿综采工作面瓦斯治理的现场实践进行分析研究,阐述了利用工作面内错式走向顶板高抽巷解决综放工作面上隅角、后遛尾瓦斯超限的机理及办法,同时对顶板高抽巷治理工作面瓦斯超限的效果进行了验证,最终肯定了顶板高抽巷在治理塔山矿综采工作面瓦斯超限过程中的可行性和有效性。     

基于相似模拟实验的采动裂隙场演化规律研究

针对目前综放开采条件下对顶板岩移破坏时空演化规律研究不足的问题,采用相似模拟实验的方法对综放开采条件下覆岩移动和破坏机制以及采动裂隙分布规律和形态特征进行研究,结果表明:随工作面推进裂隙带逐渐地往上演化发展,而且当关键性岩层垮落断裂时,这种裂隙演化更为迅速;当工作面回采至240m时,离层裂隙趋于闭合,采动影响达到模型的顶部,裂隙带高度不再随着工作面推进距离的变化而改变。     

采场覆岩裂隙特征研究及在瓦斯抽放中应用

为了在采空区顶板实施瓦斯抽放枝术获得较高的瓦斯抽放效果,采用模拟试验和工业性试验的方法,研究采场上覆岩层中裂隙特征,寻找采场上覆岩层中裂隙位置和顶板瓦斯富集区。现场试验表明,把抽放钻孔布置在采空区顶板裂隙区内进行瓦斯抽放,对流向回采工作面上隅角的瓦斯起到了截流作用,基本上解决了高瓦斯煤层回采工作面上隅区瓦斯斯浓度超限问题。     

预防综放面坚硬顶板超前剪切破坏方法

综放面开采过程中,坚硬顶板超前剪切破坏,会造成工作面台阶下沉,甚至工作面整体垮落.通过矿压观测,判断顶板来压方式,采取强制放顶,防止顶板剪切破坏.     

外错高抽巷高位钻孔卸压瓦斯抽采技术

为解决相邻两工作面上隅角瓦斯超限难题和实现高抽巷"一巷两用",提出外错高抽巷布置方式:沿上工作面回风顺槽侧,在煤层顶板内外错布置走向高抽巷;在高抽巷服务前期,在其内采用高位钻孔抽采上工作面采动卸压瓦斯;在高抽巷服务后期,直接采用高抽巷抽采下工作面采动卸压瓦斯;实现1条高抽巷服务于相邻两工作面,提高高抽巷利用效率。基于山西霍州煤田集团李雅庄煤矿2-603工作面地质条件,建立外错高抽巷围岩结构力学模型,采用理论分析、数值模拟、相似材料模拟及现场实测等研究方法系统分析工作面覆岩采动裂隙发育特征,研究覆岩采动裂隙分布规律,确定外错高抽巷和高位抽采钻孔布置参数;基于高位钻孔测斜结果,提出角度补偿纠偏方法及纠偏效果评价指标。高抽巷位于2煤层顶板25.0 m处,外错2-603工作面25.0 m;高位钻孔终孔位于顶板44.0 m处,水平及倾斜方向上的纠偏角分别为-3°和-2°。研究结果表明:高抽巷受2-603工作面采动影响较小,巷道断面能满足下区段2-605工作面抽采要求;高位钻孔终孔位置合理,高位钻孔抽采瓦斯体积分数高,且持续抽采时间长;采用角度补偿纠偏方法后钻孔瓦斯体积分数的最大值和平均值较纠偏前分别提高15.3%和11.6%,2-603工作面生产班、检修班上隅角瓦斯体积分数分别为0.504%~0.951%和0.467%~0.893%,解决了工作面隅角瓦斯超限难题,保障了工作面安全高效开采。     

坚硬顶板群下工作面强矿压显现机理与支护强度确定

采用理论分析、物理相似模拟与工程实践相结合的方法,对坚硬厚层顶板群结构的破断冲击效应进行了分析,得到了工作面采场冲击来压的主要影响因素、来压特征及工作面合理支护强度等.研究表明:多分层坚硬顶板群结构的破断冲击载荷在短时间内会产生剧烈的震荡;工作面来压特征受多分层顶板垮断的动、静载荷联合作用;采场冲击来压强度主要与顶板厚度、岩性及节理弱面有关,对于岩性相近的顶板岩层,厚度越大,对采场的矿压冲击影响也越剧烈,但厚层顶板垮断后的结构对其上覆顶板岩层的冲击载荷强度具有一定的缓冲.以大同矿区坚硬顶板群结构下的煤层开采为例,通过在综放工作面选择应用ZF15000/28/52型高强度支架,保证了首个关键层顶板破断前后的安全开采;同时,采取水压致裂辅助控制上部关键层顶板,有效减缓了工作面强矿压的显现.     

煤矿综放开采裂高采厚比范围的确定

为计算某井田位于含水层下3号煤层采用综放开采的采后顶板裂隙带高度,采用类比法、数值模拟和试采工作面实测的方法分别确定。通过计算得出:采用类比法确定裂采比为18,裂隙带高度为163.08 m,;采用数值模拟确定裂采比为14.57,裂隙带高度为132 m;工作面实测的裂采比为13.47,裂隙带高度为122 m。通过综合分析可得:综放开采的裂采比小于综采分层开采的裂采比;当顶板岩性为坚硬岩层,采用综放开采时其裂采比的范围在12.71至18之间,该井田的裂采比应取值为14.57。研究确定了3号煤层综放开采的裂采比,为防止工作面与含水层导通提供了理论依据。     

综放开采沿工作面倾向顶板垮落规律

为了研究综放工作面覆岩倾向破断规律,采用红外式综采支架压力监测仪,对灵武矿区磁窑堡二矿C142综放工作面矿压进行了监测,利用RFPA 2D数值模拟软件对该工作面倾向覆岩破断规律进行了模拟.研究表明,工作面沿倾向矿压规律明显,直接顶和老顶破断均从工作面上部开始,随着工作面推进,破断位置逐步向工作面中部转移.工作面端头受压力拱保护,压力显现不明显,工作面上下顺槽煤壁支承压力规律明显.本论文对类似工作面矿压监测、生产管理提供了依据.     

厚黄土层条件下综放开采覆岩破坏数值模拟研究

厚黄土层条件下综放开采上覆岩层的破坏有其特殊性.利用离散元方法模拟某工作面开采的岩层移动过程,分析了在厚黄土层作用下岩层的破坏形态和移动轨迹,揭示了覆岩应力、位移随工作面推进的变化趋势.提出了关键层破断前后覆岩破坏的2种结构形态:有拱结构和无拱结构.在2种结构下,厚黄土层对采空区上覆岩层应力和位移变化的影响有着显著差异.研究结果对矿区的安全生产有重要意义.     

黄河北煤田薄煤层采场上覆岩层纵向分带发育规律

针对黄河北煤田赵官煤矿大水高瓦斯厚冲积层薄基岩复杂开采条件,本文通过理论分析、数值模拟方法对赵官煤矿综采工作面采场上覆岩层纵向分带发育规律和其结构形态进行了研究,得到了采场上覆岩层纵向运动破坏规律及其结构形态,即在采动应力作用下,采场上覆岩层开始呈现较平的"枕型"结构形态,随着采场支承压力不断增加,采动破坏岩层逐渐演化为"拱型"结构形态,当工作面推采距离达到工作面长度时,采场上覆破坏岩层在工作面纵向上扩展到最高处,此后随着工作面的不断推进,断裂拱高保持不变,而拱脚不断向前方扩展,呈现出"平顶拱型"结构形态;同时通过理论计算和现场实测对比分析,得到了采场上覆岩层冒落带、裂隙带分布范围,即冒落带高度为2.4m,裂隙带为19.1 m,裂采比为15.3,为矿井采场顶板控制、支架选型和瓦斯抽采参数确定提供了科学依据,对实现薄煤层综采安全高产高效的具有意义。     

采空区瓦斯渗透影响的综放面瓦斯运移模拟研究

采用UDEC数值模拟软件,结合实验数据,分析了上层煤层采动对相邻煤层之间岩层的影响,得出岩层裂隙发育规律;依据岩层裂隙发育规律和现场监测数据,利用Fluent软件建立模型,分析工作面不同推进距离时的瓦斯渗透规律。模拟结果表明:随着采煤工作面的推进,综放面后方未冒落区底板受采动影响破坏深度趋于稳定值,邻近煤层采空区瓦斯的渗透量逐渐增加,对综放面瓦斯运移的影响相应变大。     

采场顶板破断模型及垮落规律分析

煤炭开采引起了上覆岩层空间结构的变化和顶板的变形破断,而采场顶板的断裂形态与采场压力密切相关,同时也对地表沉降产生较大影响。基于弹性力学薄板模型,采用位移变分法分析了顶板断裂的形成机制,根据薄板弹性理论,采用位移变分法建立了煤层顶板的力学模型,分析顶板断裂形态的形成机制,通过顶板的拉应力分布和弯矩分布得到了顶板的破坏规律。计算结果表明:顶板在初次破坏时,在顶板表面沿四周边缘出现O型破坏,继而在顶板中心处出现X型破坏,随着破坏的发展贯通,形成典型的O-X型破断。顶板在周期破坏时,随着工作的推进和角部效应的影响,形成半X型破断。     

采动岩体瓦斯渗流规律

为了实现瓦斯的高效抽放,解决煤与瓦斯的安全共采问题,基于煤岩介质力学性质及变形破裂过程的渗透特性,采用相似模拟试验和岩石破裂分析系统(RFPA2D)数值计算方法,模拟研究受采动影响的上覆岩层裂隙发育规律和瓦斯渗流规律。研究结果表明,随着开采工作面推进,顶板出现周期性垮落,老顶垮落步距约为12 m,其顶板破断角度约为50°,工作面和切眼上方裂隙发育基本对称,覆岩下沉曲线整体呈左右对称碗状;在卸压带内,煤体膨胀变形生成的大量次生裂隙,增加了煤体的渗透性,覆岩横向离层裂隙和竖向破断裂隙的动态发育变化,为实现煤与瓦斯的共采创造条件。工业性试验验证了受采动影响下推进距离和工作面瓦斯抽放量间呈非线性关系,为进一步理解采动影响下煤与瓦斯共采提供了理论基础和科学依据。