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。     

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。     

局部薄弱煤柱影响下临近煤柱应力分布规律研究

为了研究采空区煤柱—顶板结构安全稳定性,以白羊岭煤矿留煤柱开采为例,借助前期研究已建立多煤柱—顶板结构简化为连续梁力学模型,根据煤柱与顶板变形协调关系进一步建立了局部薄弱煤柱影响下相邻煤柱竖向应力分布函数,推导了局部煤柱承载力衰减影响下临近煤柱竖向应力分布计算公式,研究了煤柱—顶板结构荷载传递规律。结果表明:煤柱内部竖向应力分布理论计算结果和数值模拟结果较为吻合,但在煤柱外侧竖向应力相差较大;3#煤柱承载力由q0l衰减为q0l/2时,两侧相邻煤柱承载力增加了11q0/32,顶板和围岩共同分担了剩余的竖向荷载21q0/32;煤柱承载力的衰减,不但对临近其他煤柱形成了应力传递效应,同时转移的荷载增量对顶板稳定性威胁更大。     

单一煤层煤柱尺寸研究——西铭矿8#煤层煤柱宽度确定的力学分析

依据西铭矿8^#煤层顶底板岩性及对现场煤柱受力变形分析,构建了煤柱理论计算力学模型,按照极限平衡理论推演出煤柱宽度计算式,确定了8^#煤层煤柱合理宽度,为同类型煤层煤柱尺寸设计提供了理论依据。     

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.     

长平矿大采高工作面合理区段煤柱尺寸研究

长平公司首采工作面护巷煤柱为42m,在回采过程中相邻巷道变形严重。为了保证巷道的稳定性,长平公司第二个大采高工作面增加了煤柱宽度,实际煤柱宽度达到64m,为了验证煤柱留设是否合理,本文从煤柱理论计算、应力实测、有效支撑面积三个方面分析了留设64m煤柱是否合理,并最终提出实际煤柱尺寸为50m～55m之间。     

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。     

煤柱宽度对综放回采巷道围岩破坏场影响分析

为了研究综放回采巷道围岩破坏场随护巷煤柱宽度变化的特征,采用计算机数值模拟（FLAC3D）对不同煤柱宽度综放回采巷道围岩破坏进行了研究。结果表明：不同宽度煤柱的巷道围岩在回采期间破坏有很大差异,极窄小煤柱完全破坏,中等煤柱压应力较高,较大宽度煤柱内存在弹性区,但造成的煤炭损失大：巷帮实煤体的破坏主要以剪切破坏为主,而煤柱的破坏则主要是剪切、拉伸复合破坏。合理的护巷煤柱宽度应大于保证煤柱不被压垮、不发生裂隙向采空区漏风、诱发自燃的最小煤柱尺寸,同时最大煤柱宽度应避免煤柱承受较高应力而失去稳定性。     

断层上盘防水煤柱合理宽度研究

当前采用的断层防水煤柱设计方法,是将断层上盘防水煤柱沿宽度方向看作是均匀连续和各向同性的弹性体,没有考虑到矿山压力、构造应力和水压力对煤柱的破坏和影响作用,导致煤柱留设宽度缺乏科学性,增加了工作面突水威胁。为了合理设计断层煤柱宽度,本文分析了煤柱在不同作用力下的物性状态,在此基础上将煤柱从隔水功能上划分为矿压影响区、有效隔水区和断层影响区,并分别推导和确定这3个区域的宽度计算公式,修正了断层防水煤柱设计方法,为上盘断层防水煤柱设计提供了科学的参考依据。     

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顺槽围岩变形特征。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。     

浅埋大采高工作面区段煤柱下合理留设宽度模拟研究

本文利用FLAC3D数值模拟软件通过建立模型对不同宽度煤柱下巷道围岩垂直应力、变形及破坏规律进行了研究分析。研究认为:随着煤柱宽度的增大,煤柱应力集中范围越来越小,应力集中系数越来越小,逐渐呈现均匀承载现象,同时巷道围岩位移量、煤柱塑性区、巷道围岩塑性区范围也逐渐减小。随着煤柱宽度的增大,煤柱弹性区域范围越大,煤柱越稳定,回采巷道越安全,考虑到煤柱过宽会造成资源的浪费,最终确定合理的区段煤柱尺寸在14~16 m之间。     

煤柱塑性区的弹粘塑性理论分析

为评价煤柱的长期强度和长期稳定性,以弹粘塑性理论和统一强度理论为基础,结合煤柱应变软化的概念,对煤柱塑性区进行了专门探讨,得到了煤柱弹性区和粘塑性区的应力分布、位移分布以及粘塑性区宽度的理论公式。分析了界面摩擦角、煤柱抗压强度、煤柱高度、覆岩压力、屈服准则的选取等因素对粘塑性区的影响。部分实验结果得到了理论解释。此外还探讨了开采时所需留设的合理煤柱尺寸,并给出了开采时应注意的几个问题。     

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。     

煤矿工业广场煤柱岩体滑移及其引起立井破坏——兼论本溪彩屯煤矿立井破坏

保护煤柱外开采引起立井的变形和破坏,按其破坏原因可划分为二种类型:保护煤柱尺寸不足引起的变形与破坏;煤柱岩体滑移引起的变形与破坏.本文讨论了工业广场煤柱岩体滑移的机理,建立了滑移模型。在此基础上,提出了判定工业广场煤柱岩体稳定及估算工业广场煤柱滑移趋势的公式,并用实测资料对公式进行了检验.     

深部长大工作面大区段煤柱宽度研究

为了确定五阳煤矿深部长大工作面区段煤柱的宽度,采用理论结合实践的方法,分析不同煤柱宽度条件下覆岩空间结构特征及其对煤柱支承应力影响,提出考虑外部支承应力和内部承载能力的煤柱稳定性评估和宽度确定方法。研究表明,深部长大工作面采空区以触矸线、覆岩移动线为界,可划分得到不同的覆岩空间结构分布;煤柱两侧暂时稳定的“空间结构”是形成煤柱支承应力主要载荷来源;不同煤柱宽度决定了相邻采空区岩层“隔离-接触-贯通”状态及其演化特征;煤柱整体失稳“p-R”判据是平均支承应力p大于平均极限承载强度R。应用成果对该矿深部采区煤柱宽度分析,45m大区段煤柱能够控制覆岩空间结构稳定。     

大采高工作面区段煤柱合理尺寸的数值模拟

为了解决长平煤矿大采高工作面区段煤柱留设的合理尺寸问题,以长平煤矿4 305工作面为例,采用有限差分程序对不同工况下煤柱应力场分布规律进行了仿真研究。得出了煤柱应力分布呈"马鞍型"和弹性核演化过程中煤柱尺寸的相应范围,与理论计算结果相比较,确定长平矿大采高工作面的煤柱尺寸为30~40 m,为矿井下一步煤层开采区段煤柱合理留设提供了依据。     

复杂建筑群下煤柱留设的优化设计研究

为解决建筑群下压煤问题,针对现有矿区保护煤柱留设方法的局限性,提出利用矩形分块垂直剖面法留设保护煤柱,并结合实际地质采矿条件,给出了煤柱尺寸的计算公式,提出了角点煤柱的优化设计理论。研究表明,这两种方法可依据受护对象的保护等级和开采煤层厚度等因素,合理确定地面工程保护煤柱的范围,既保护了敏感目标,又大大解放了"三下"压煤量,使保护煤柱的设计更加合理。     

大采深沿空掘巷煤柱尺寸的数值模拟

 为确定适合大采深回采巷道的合理煤柱尺寸,采用数值计算的方法,对留设不同宽度的煤柱进行模拟,分别从巷道围岩的应力分布、变形量及塑性破坏区对煤柱的稳定性进行比较分析.结果表明,煤柱内部应力峰值的分布是确定沿空掘巷窄煤柱的合理宽度重要参考依据,留设的煤柱尺寸应尽量避免应力峰值过高,当煤柱宽度为6—8m时,煤柱所承受的应力峰值不大,顶底板与两帮的位移量较小,此时煤柱较为稳定,便于巷道维护和回采率的提高,同时对煤矿生产安全性给予了保障.本方法的应用对沿空掘巷窄煤柱合理尺寸的确定具有一定的参考价值.     

无煤柱开采在屯兰矿的应用与推广

阐述了无煤柱开采在煤矿生产中的重要意义，对实施无煤柱开采的可行性进行了分析，提出了无煤柱开采的技术措施，并对无煤柱开采进行了投资及经济对比分析。     

窄煤柱护巷机理的数值模拟分析

窄煤柱护巷机理的数值模拟分析以沈阳煤业集团红阳矿的"孤岛"工作面为例,基于岩体的渐近损伤模型,应用RFPA程序计算分析了不同尺寸护巷煤柱的变形场和应力场,着重探讨了窄煤柱沿空掘巷的护巷机理.研究结果表明了护巷煤柱宽度对回采巷道的围岩变形有很大的影响,当煤柱宽度为3-5m时巷道最容易维护.