浅部煤层壁式煤柱支撑法开采大面积垮落机理

中国西部有一批获得正常经营权的小矿井。他们在采用长壁煤柱支撑法进行开采时，常发生大面积顶板垮落事故。文中结合陕北郭家湾煤矿的实例进行数值分析，研究顶板大面积垮落的机理，认为一定极限条件下在顶板作用下的支撑煤柱群产生大变形，引起顶板变形破坏并形成“六面体”。在“六面体”重压下煤柱群整体塌落，造成大面积顶板垮落。区分隔离煤柱和区内煤柱，选择合理开采参数，是防止灾变的关键。     

浅部煤层壁式煤柱支撑法开采大面积垮落机理

中国西部有一批获得正常经营权的小矿井。他们在采用长壁煤柱支撑法进行开采时,常发生大面积顶板垮落事故。文中结合陕北郭家湾煤矿的实例进行数值分析,研究顶板大面积垮落的机理,认为一定极限条件下在顶板作用下的支撑煤柱群产生大变形,引起顶板变形破坏并形成"六面体"。在"六面体"重压下煤柱群整体塌落,造成大面积顶板垮落。区分隔离煤柱和区内煤柱,选择合理开采参数,是防止灾变的关键。     

长壁间歇式开采区煤柱应力监测方法与稳定性分析

为了解决陕北浅埋煤层中小煤矿开采时具有矿压显现剧烈、工作面支护难度大、顶板岩层控制难度大等问题,本文在以往提出的间歇式采煤方法的基础上,分析了间歇式采煤间隔煤柱、临时煤柱的作用,提出了这2种煤柱的应力监测站布置方法、监测设备、监测结果的应用,并利用顶板位移传感器和顶板压力传感器对煤柱的应力分布进行了监测,发现煤柱应力出现了缓慢增加、快速增加和缓慢降低的过程,并以此为依据对隔离与临时煤柱的稳定性做出进一步的分析研究,结果表明:间歇式采煤过程中,隔离煤柱的合理留设能够基本控制浅埋煤层矿压显现剧烈等矿压问题,研究结论对神府矿区长壁开采具有一定的理论指导意义。     

特厚煤层大采高综放开采区段煤柱留设宽度研究

针对特厚煤层大采高综放开采区段煤柱合理留设的问题,以同发东周窑煤矿为工程背景,采用弹性力学极限平衡法求得煤柱合理的理论留设宽度为20.87～24.08 m,利用工程类比法得到该煤矿上区段采空区煤柱侧严重塑性破坏区宽度约为4 m.运用FLAC3D数值分析软件对四种煤柱留设方案下煤柱内部的垂直应力、塑性破坏特征及巷道围岩的变形量进行剖析,以确定该煤矿区段最合理的煤柱留设宽度.结果显示：窄煤柱受大采高综放开采的特厚煤层和下区段回采双向侧向支承压力叠加的影响容易失稳变形破碎.综合考虑,最终确定该煤矿区段煤柱合理留设宽度为24 m.     

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。     

中等含水层下留设防砂煤柱的安全开采机理

介绍了百善煤矿中等含水层下留设防砂煤柱开采的试验研究情况以及覆岩破坏观测结果分析。为该矿和条件类似矿井留设防砂煤柱开采提供了可靠的依据     

长壁间隔式开采方法研究及其应用

陕北神府矿区中小煤矿均采用房柱式采煤方法,多个煤矿进行长壁采煤方法试验均因浅埋煤层矿压显现剧烈,单体支柱不能有效的控制顶板而失败.南梁煤矿2-2煤层属于地表厚松散层浅埋煤层、改建设计改为刀柱式采煤法,为了提高矿井的经济效益,提出了长壁间隔式开采方法,通过相似材料模拟实验、数值模拟、理论分析和现场试验确定间隔开采方法工作面合理开采段长度和煤柱尺寸.南梁煤矿采用间隔开采方法已成功采完9个工作面,成为榆神府矿区中小型矿井第1个采用长壁布置单体支柱开采的矿井.间隔开采方法已被临近煤矿所采用.     

近距离煤层房柱区煤柱底板应力传递规律

采用理论分析和数值模拟的方法,以陕北煤田韩家湾矿近距离煤层2~(-2)煤和3~(-1)煤为研究对象,对煤柱的应力分布及传递规律进行研究。结合煤层具体赋存条件计算煤柱的塑性区宽度,分析韩家湾矿残留煤柱支撑能力。对4种尺寸的煤柱应力在底板中的分布规律进行力学分析,得到不同尺寸煤柱在底板各深度的应力曲线。运用FLAC~(3D)软件对韩家湾煤矿2~(-2)煤房柱区留设的4种尺寸的间隔煤柱应力分布进行模拟,得出不同尺寸煤柱应力在底板岩层中的分布图。结果表明:残留煤柱承载着上覆岩层的重量,沿煤柱中心线向下传递到底板岩层中,呈半椭圆型分布,在煤柱下方形成应力增高区,应力以中心线为轴向两侧形成对称分布;煤柱应力在底板岩层中的传递与煤柱的尺寸大小有关,煤柱尺寸越大,应力在底板岩层中向下传递的越远、分布范围越广;下煤层开采进入14 m煤柱下方边界时,受双重应力作用,易引起顶板整体切落,对工作面造成的安全隐患较大。     

开滦林西矿深部断层防水煤柱留设研究及应用

为解决开滦林西矿深部断层防水煤柱留设问题,通过分析深部突水机理及开采理论,采用断层勘查工程、水压致裂测试抗拉强度、断层防水煤柱留设计算及数值模拟,确定了7煤、8煤、9煤、11煤、12煤上盘、下盘的断层防水煤柱宽度。模拟结果表明断层上盘煤层开采时底板破坏区和应力区对断层煤柱影响比顶板对其影响大,上组煤开采对下层煤的煤柱留设有影响。     

煤柱尺寸留设数值模拟研究

护巷煤柱尺寸是影响回采巷道顶板围岩稳定性的一个重要因素。禾草沟煤矿开采过程中矿山压力比较明显,原设计预留大煤柱,造成较大煤炭损失。基于禾草煤矿煤层地质条件,采用数值模拟软件FLAC3D,建立了煤柱尺寸为6 m、8 m、10 m、12 m和14 m数值模型,模拟研究了煤柱及巷道塑性破坏区范围,沿空巷道应力分布,沿空巷道位移情况。综合考虑塑性区破坏范围、最大主应力、顶板位移值和资源回收等因素,该矿煤柱为10 m时符合经济安全开采要求。     

综放采场围岩复合结构力学模型及其控制研究

根据综放采场顶煤冒放形式和顶板移动结构,提出5种煤岩复合结构,研究了其形成条件,并建立了相应的力学模型:拱—拱组合模型、拱—砌体梁组合模型、拱—传递岩梁组合模型、台阶悬臂—砌体梁组合力学模型、台阶悬臂—悬臂梁组合力学模型,并由此推导其控制方程,计算支架载荷;针对不同顶板、煤层条件,运用相应力学模型分析支架—围岩关系,计算综放工作面支架载荷,确定综放采场支架合理工作阻力,从而有效控制综放采场围岩;通过对10个不同条件综放工作面支架载荷的计算与实测比较,计算值的安全系数为1.06,表明根据综放采场围岩组合结构力学模型计算支架载荷比简化的岩重计算更为合理,从而为综放采场围岩控制提供了理论基础。通过一个工程实例详细阐述了根据综放采场煤岩结构为学模型计算支架载荷的方法。图5,表2,参10。     

"两硬"条件大采高液压支架工作阻力计算

为解决“两硬”地质条件下大采高综采液压支架缺乏,厚煤层一次采全高技术不能在大同矿区推广等问题。笔者对液压支架与大采高综采采场围岩的力学关系进行了分析,根据相关矿压理论,从多种角度对“两硬”条件下大采高综采支架工作阻力的计算方法进行了探讨;同时列举了5 000 mm厚煤层一次采全高试验工作面液压支架的支护阻力实测数据;通过对支架工作阻力理论计算值与井下工作面支架支护阻力实测数据的对比分析,认为采用多种方法计算、再综合分析的方法来确定大采高液压支架工作阻力是可行的。     

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。     

工作面推进过程中上覆岩层冒落的数值模拟

为了研究在工作面推进过程中上覆岩层冒落情况，基于“支架梁”模型理论、连续介质力学和损伤介质力学原理，采用RFPA^2D分析系统，模拟了岩石从裂纹萌生、扩展直至断裂的全过程，再现了煤层采动中其上覆岩层来压及工作面推进过程中剪应力、岩层下沉的变化规律。结果表明：厚顶对上覆岩层的运动起控制作用，它是该岩层系统中的关键层，另外，随着工作面向前推进，在工作面前方煤壁形成支承压应力升高区，上覆各岩层的下沉量不断增加。     

综放工作面直接顶稳定性研究及控制实践

通过大量现场实测与系统的理论分析指出，“砌体梁”与“半拱”式结构相结合共同构成综放采场覆岩结构的基本形式．在此基础上，对上位直接顶中“半拱”结构的３种形式进行了分析，建立了相应的力学模型，对其平衡条件、失稳机理以及与砌体梁结构的相互作用关系进行了分析，从而形成了综放开采直接顶稳定性控制的基本理论和方法．最后介绍了综放开采的矿压控制实践．图４，表２，参４．     

浅埋缓倾斜薄层金属矿长壁开采顶板响应及力学分析

为研究长壁开采工艺在浅埋缓倾斜薄层金属矿开采过程中的适用性,以某金属矿赋存环境为背景,基于室内相似配比试验结果制备大尺寸地质力学模型,开展长壁回采工艺下浅埋采场相似物理模型试验。试验结果表明:顶板初次断裂步距为32 m,回采前24 m采场顶板较稳定;24~32 m回采过程中,每次回采沉降值以4倍左右速率增大;采场顶板长度接近初次断裂步距时,回采中顶板沉降量增大,且回采结束后顶板沉降响应明显。引入简支梁力学分析模型,基于弹性力学理论分析顶板采动响应特征规律,结合岩梁参数,简支梁弹性力学得到的顶板初次断裂步距为36.2 m,相似模型试验与力学分析结果较吻合。     

综放面沿空掘巷窄煤柱宽度及巷道支护参数研究

针对淮南新区13#煤层,应用FLAC软件模拟综放面沿空掘巷留设不同宽度煤柱时围岩位移量的大小,并结合"软"、"中硬偏软"两个具有代表性的煤巷进行的工业性试验,进一步总结出这类煤层综放面沿空掘巷时需留设的最佳煤柱宽度及特殊的支护手段,对这类巷道的锚杆支护技术有参考价值.     

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。     

边角煤开采在镇城底矿的应用初探

镇城底矿由于断层多且比较发育、煤层顶底帮弱、局部地方低于奥灰水水位超过90m属于带压开采等不利因素形成了很多边角煤地段。该矿南一、东二采区都已进入收尾阶段,由于断层切割、无炭柱的影响留下多处不规则段。此类边角煤及煤柱在采区收尾封闭前如不及时回收,将会丢失。为了延长矿区寿命,尝试采用轻型支架放顶煤工艺进行边角煤回采、窄小煤柱回采及变采长壁式回采,取得了良好的效果。     

中国长壁开采技术现状及其在厚煤层中的应用

综述我国长壁采煤法的基本情况,重点分析长壁采煤法技术进展、长壁开采设备发展趋势和长壁开采技术在厚煤层中的应用,同时介绍了我国高产高效矿井长壁开采技术和经验。