煤层倾角变化对采动覆岩变形规律影响的相似模拟试验研究

为研究工作面开采后顶板变形破坏随煤层倾角变化的规律,以南桐矿区不同倾角的同一煤层开采为工程研究背景,分别选取缓倾斜、倾斜、急倾斜三种煤层倾角进行煤层开采顶板变形破坏规律的相似模拟试验。对相似模型开挖前后图像进行数字散斑相关法处理,得到相似模型煤层开采后顶板覆岩位移及平面总应变等值线云图。通过综合分析顶板位移及平面总应变可知：上覆岩层变形的破坏程度总体上是随煤层倾角的增加呈减小趋势,其下沉剧烈区域和膨胀变形破坏剧烈区域呈逐渐向工作面上山方向发展的趋势;根据顶板位移云图和平面总应变云图中的等值线极值区域特征,确定了缓倾斜、倾斜煤层开采垮落带、裂隙带高度和偏心程度等参数,并根据"压力拱"理论确定了急倾斜煤层开采裂隙带范围;随煤层倾角增大"两带"高度总体上呈减小趋势,且"两带"偏心方向呈向上山方向增加的趋势。     

倾斜薄煤层开采工作面覆岩活动的规律

为解决倾斜薄煤层顶板控制技术难题,以东风煤矿倾斜薄煤层开采为背景,运用RFPA2D软件,建立数值模型,分析不同倾角下薄煤层工作面覆岩活动规律及顶板失稳特征。结果表明:倾斜薄煤层开采后,直接顶从采空区中部偏上向采空区弯曲,最后发生断裂破坏形成冒落带,顶板冒落沿层面向下滑动,冒落呈不对称形状;倾斜薄煤层工作面煤体上段顶板压力最大,下段次之,中段最小;随着煤层倾角的增大,顶板沿煤层倾斜方向的分力增大,垂直作用在支架上的分力减小,导致工作面推进方向的工作面矿压显现逐渐变缓,顶板下沉量也将变小。该研究为类似地质条件的倾斜薄煤层工作面顶板控制提供了理论依据。     

大倾角煤层长壁开采矸石滑移充填效应分析

为研究大倾角煤层开采过程中矸石滑移充填对工作面矿压的影响机理,建立了大倾角煤层开采工作面下部矸石充填力学模型,并对新疆焦煤集团25112工作面展开了物理相似模拟实验和现场矿压监测。得到了大倾角煤层开采工作面岩梁剪切力、弯矩分布和两端支座反力的表达式,以及25112工作面矸石滑移充填特征和工作面不同区域支架载荷分布。结果表明,矸石滑移充填具有非均匀性,工作面矿压现象具有分区域性,来压时间具有时序性。由于受矸石的充填效应影响,大倾角煤层开采工作面充填区与近水平煤层开采相比,顶板岩梁的剪切力、弯矩都有所变小,工作面下部的矿压显现缓和于工作面中上部,来压时间滞后中、上部工作面。随着工作面沿倾向向上充填程度的逐步减弱,工作面矿压将增大,增大支架的支撑力可减缓工作面煤体(壁),顶板的受力状态,利于工作面的顶板管理。     

高瓦斯防突工作面过断层施工研究

高瓦斯防突工作面同时受承压水威胁的巷道安全地通过构造区,对煤矿的安全生产是非常重要的.一般构造区附近顶板破碎,煤层厚度变薄,煤层倾角变化较大,特别是瓦斯大、水大,往往造成瓦斯事故或透水事故,所以掘进工作面过构造区,必须制定严密的安全技术措施.     

大倾角煤层开采矿压显现规律数值模拟

基于云南观音山煤矿已有的煤层地质条件,采用数值模拟软件FLAC3D,建立了大倾角软顶底板煤层数值模型,模拟分析了工作面回采时煤壁内应力分布、顶板下沉及底板鼓起情况。根据数值模拟结果分析,其工作面的初次来压步距在20m左右。研究了工作面推至100m时,沿工作面走向和倾向的垂直应力和变形分布规律。对现场矿山压力控制具有一定参考价值。     

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。     

回采工作面沿倾斜支承压力带参数的研究

本文根据对相似材料模拟实验数据和现场观测资料的回归分析,提出了确定走向长壁回采工作面沿倾斜方向支承压力带的范围、最大应力集中系数、压力峰值的位置(即塑性区宽度)和应力分布规律的公式。分析了各个主要因素(如采高、采深、倾角、煤层硬度和弹模,顶板强度和弹模,采空区宽度等)对煤层沿倾斜支承压力分布规律的影响。     

不同煤层倾角条件下区段煤柱应力分布数值模拟研究

针对平煤集团十三矿煤层倾角变化大,回采巷道支护困难等问题,通过岩石力学参数测试分别模拟煤层埋深300m、500m、800m和倾角0°、25°、30°情况下区段工作面侧向压力分布规律和区段煤柱受力情况,并对12020区段运输平巷（下巷）实体煤侧的应力及围岩变形监测、。研究结果表明：随煤层倾角增大下区段运输巷与上区段回风巷两侧应力承非对称分布,采场顶板应力分布也是高度不均匀、不对称的,侧向水平应力峰值随煤层倾角增大而增大,且工作面后方增加幅大于工作面前方;峰值位置随煤层倾角增大而逐渐靠近煤壁。煤层倾角加大时,应力明显偏向下区段运输巷,使得下区段运输巷顶部出现明显应力集中,随着煤层倾角的增大,这种差异有扩大的趋势。数值分析结果和现场抽采参数分析结果基本吻合,对区段煤柱优化和巷道安全支护具有重要意义。     

煤层倾角对综采工作面支承压力的影响研究

在煤矿开采过程中,煤层倾角的大小对回采工作面的矿山压力显现会产生很大的影响,针对平顶山八矿实际地质条件,利用FLAC3D数值模拟软件对不同煤层倾角的模型进行计算,研究煤层倾角对工作面支承压力的影响规律,为工作面的安全生产及工作面区段煤柱尺寸等问题提供了理论依据。     

大倾角近距离煤层开采覆岩运移及顶板破坏特征

大倾角近距离煤层采场的矿压显现规律较大倾角单一煤层长壁采场更为复杂,需进行深入的研究。以2130煤矿4#煤和5#煤近距离大倾角煤层开采为背景,采用物理相似材料模拟实验、数值计算、理论分析和现场试验相结合的研究方法,系统研究了大倾角近距离煤层采场的覆岩运移及顶板破坏特征。结果表明,大倾角近距离煤层的连续开采,影响采场的覆岩垮落规律、围岩应力分布、顶底板变形破坏特征;近距离煤层两工作面不同的位置关系导致下煤层工作面顶板形成不同的力学结构、发生不同的变形破坏及位移,影响下层煤开采的矿压显现; 25221工作面的基本顶岩梁首先于上端处发生破断,并在之后的运移中于中部再次发生破断,影响了工作面支架载荷与稳定性,使工作面支架呈现出倾斜中部受载较大、下部次之、上部最小和中下部支架受载稳定、中上部受载多变的非对称特征。研究结果可为大倾角近距离煤层开采提供理论依据,并为2130煤矿的后续开采提供参考。     

7～9m急倾斜厚煤层Z型通风工作面的矿压显现规律

根据长沟峪煤矿煤层地质条件,结合7~9 m急倾斜厚煤层Z型通风工作面整体悬移组合支架的工作阻力变化特点,对开采块段顶板压力变化情况进行现场观测与数值模拟分析。结果表明:Z型通风工作面运输巷道和回风巷道的超前加强支护范围为距离工作面12 m范围;回风巷道应力集中区域为工作面上方6 m范围;合理的区段放煤高度为14 m。现场观测与数值模拟结果相符,为同类煤层顶底板移动规律及开采方法研究提供了依据。     

东海煤矿深部回采工作面矿压规律

为了得到深部回采工作面的矿压显现规律,采用相似模拟、理论分析、数值模拟与现场观测相结合的方法,对东海煤矿32#煤层左九工作面顶板活动规律,上覆岩层移动、破坏规律以及支承压力的分布规律进行了理论分析与实践研究,得出了该工作面顶板活动的各项参数和上覆岩层移动、破坏的范围以及支承压力的分布变化规律。研究表明,深部开采工作面随着采深增加,支承压力有所增加,支柱载荷也增大,但顶板活动规律、上覆岩层移动规律与浅部开采相比变化不明显。该结论为龙煤集团同类矿井进入深部开采阶段采场围岩控制设计提供了参考依据,对其他同类矿井具有很好的借鉴作用。     

极软厚煤层综采面超前支撑压力的分布规律

针对极软厚煤层围岩控制问题,以河南神火集团梁北矿11151工作面煤层赋存条件为依据.采用Flac 5.0数值计算软件模拟分析了煤层采高和煤体强度对工作面超前支撑压力和围岩变形的影响规律,现场实测了梁北矿11151极软厚煤层大采高工作面超前支撑压力的分布规律,实测与数值计算结果相吻合.研究表明:在极软厚煤层大采高开采条件下,工作面围岩变形严重,煤壁破裂区和塑性区显著增大,影响范围和应力值增大,在工作面安全生产过程中应加强对煤壁片帮的控制,加大工作面超前支护范围.     

两硬浅埋条件下6.0m采高工作面顶板运移规律数值分析

大采高开采是特厚煤层实现高产高效的主要方式之一.为了确保张家峁煤矿浅埋坚硬煤层和顶板两硬条件下大采高工作面安全高效开采.基于室内岩石力学实验,获得了力学参数,采用三维有限差分计算程序-FLAC3D,计算并分析了浅埋、坚硬煤层顶板条件下大采高开采的顶板运移规律.研究表明,在6.0m大采高开采过程中,随着工作面的推进,超前支承应力不断变化.工作面超前支承压力影响范围变窄、压力峰值向工作面内移,超前支承压力均高于未受采动影响下的状态.这为现场安全开采提供了理论依据.     

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.     

大倾角煤层坚硬顶板预裂弱化的数值分析

考虑了新疆焦煤集团大倾角硬顶软底松软煤层的特殊性质和赋存环境复杂性,利用FlAC3D数值模拟软件对预裂弱化前后顶板应力变化特征和运移规律进行计算对比分析,结果表明,FlAc3D数值模拟软件能较好地应用于现场,数值模拟结果对采煤工作面安全开采具有一定的理论参考。     

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。     

大安山矿倾斜近距离煤层群上行开采可行性研究

 针对大安山煤矿煤层群上行开采回采巷道围岩控制、开采滞后、水平接替困难及单一工作面回采率不高等实际问题,分别运用理论推导和数值模拟分析方法对倾斜近距离煤层群上行开采的顶板运移及矿山压力变化规律进行了研究演算.为确定大安山矿煤层群开采顺序,根据大安山具体地质条件并结合现场实践对大安山煤矿各煤层进行分析,运用数值模拟分析的方法进行模拟研究.分析结果表明,煤层间的间距对能否采用上行开采具有决定性作用,模拟结果显示当依次开采3、4、5号煤层后,5号煤层顶板剪切破坏高度为18m,远小于6号与5号的间距35.98m.因此,大安山煤矿近距离煤层群采用上行式开采是可行的,结合现有开采技术条件,最终确定采用先对3、4、5、6号煤层进行上行开采,然后开采2号煤层的开采方案.     

极近距离采空区下交错开采顶板灾害防治

通过对岱庄煤矿4300采区工作面的顶板结构分析,得出了上部极近距离煤层开采后,下部煤层顶板形成极易漏冒的"块体-散体-梁"结构.采用数值模拟方法对下部工作面超前支承压力和上部采空区侧向支承压力共同作用下的高应力状态进行了模拟,结果表明,工作面前方煤体易失稳变形.针对工作面过采区前及采空区下开采易出现的顶板灾害事故,提出了工作面局部充填等相应的解决方案.     

急斜大段高综采放顶煤矿压研究

总结了“急料特厚煤层大放高工作面矿压显现及顶煤运动规律研究”的成果,阐述了工作面矿压显观的特征及顶煤运动基本规律,得出可将一次采放高度提高到20m的结论。