一种分析条带煤柱稳定性的新思路

为了全面地分析条煤柱的稳定性,本文采用新兴的复合岩体力学理论,分析了岩体层面应对煤柱稳定性的影响,发现此种效应可引起煤柱强度提高,从而改善其稳定性。     

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。     

条带煤柱稳定性分析

影响条带煤柱稳定性的因素是多方面的，结合东风煤矿太矿条带开采实践，现从以下几方面对实验条带开采极薄层17、20、21煤条带煤柱的稳定性进行分析和评价。     

采场超前煤柱稳定性以及可控性分析

目前，我国许多煤矿在煤柱回收的过程中，均出现过采场超前煤柱被剪坏或压坏的情况，因此在煤柱回收过程中专业技术人员首先要解决采场超前煤柱的稳定性问题。笔者结合多年的工作经验首先对采场超前煤柱的受力进行介绍，进一步对采场超前煤柱稳定性进行分析，最后对采场超前煤柱稳定可控性进行了探讨。     

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.     

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。     

矿山房式开采煤柱非稳定性破坏数值模拟

房式开采中煤柱的稳定性与生产安全息息相关。为了预测及预防房式开采中煤柱非稳定性破坏的发生,采用有限差分法对非稳定性破坏进行了分析。基于FLAC3D开展煤柱单轴抗压数值模拟试验,分析煤柱发生非稳定性破坏时系统应力-应变曲线的特征,捕捉非稳定破坏的征兆信息。研究发现:若系统应力-应变曲线峰后斜率接近垂直,则煤柱发生非稳定性破坏;若系统应力-应变曲线峰后斜率非垂直,总系统应变缓慢变化,此时煤柱发生稳定性破坏。最后结合实际工程问题,应用FLAC3D模拟房采区煤柱所处的真实环境,对煤柱的破坏进行了详细分析。结果显示,系统应力-应变曲线的峰后阶段非垂直,系统应变缓慢变化,煤柱发生稳定性破坏,及时预测了工程中煤柱是否会发生非稳定性破坏,为保障矿工安全提供了可靠依据。     

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。     

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。     

支护强度对沿空掘巷煤柱稳定性影响

掌握沿空掘巷窄煤柱采空区侧已有支护结构对煤柱稳定性的影响.采用FLAC3D有限差分数值模拟方法,研究不同支护强度条件下窄煤柱的变形和破坏规律.研究结果表明:上区段工作面回采和沿空掘巷对煤柱稳定性的影响较大,窄煤柱采空区侧的煤体先于巷道侧进入塑性区,变形量远大于巷道侧;采空区侧的支护结构对限制煤体塑性区扩展的作用不明显,支护强度对煤柱稳定性的影响较小;采空区侧的支护结构很容易失效或强度发生严重衰减,巷道侧的支护结构受采动影响小,护强度对窄煤柱稳定性的影响程度大于采空区侧.     

回采巷道外错布置的理论与实践

通过综合分析煤柱应力分布和破坏情况，探讨了回采巷道外错布置时巷道位置的选择原理；运用岩体极限平衡理论和逐步破坏理论，建立了上分层煤柱塑性区宽度计算方法，在此基础上提出了上分层煤柱最优宽度应大于2倍破裂区宽度且小于2倍塑性区宽度的结论；在上分层煤柱尺寸优化设计之后，下分层巷道外错距离可由上分层煤柱尺寸及其破裂区宽度加以确定。上述理论在潞安矿业集团五阳矿，应用效果良好。     

煤柱宽度对综放面围岩应力分布规律影响

护巷煤柱宽度及巷道相对工作面位置的不同,将引起巷道围岩应力重新分布和岩层移动的差异,对回采巷道稳定性及其维护有重要影响. 以谢桥煤矿1151(3)综放面地质技术条件为背景,采用计算机数值模拟并结合现场实测研究,揭示了煤柱宽度变化对综放面围岩应力分布及变化规律的影响.研究表明,综放回采巷道护巷煤柱宽度的变化,不仅使煤柱内应力分布规律不同,而且使得相邻工作面煤体内应力分布规律也不同,二者应力分布随煤柱宽度变化而转移;巷道维护状态是工作面煤层和煤柱内应力场共同作用的结果,护巷煤柱的合理宽度应小于巷帮实体煤内应力向煤柱内转移的临界宽度.     

条带煤柱设计中极限平衡理论的修正应用

随着采矿工业的局长，我们必须面对如何在人口密集地区进行煤矿地下开采的问题，采用条带开采无异是目前较好的解决方案，进行条带开采首要解决的问题是如何确定条带设计的理论公式。本文采用连续介质理论，探讨了条带开采时所需留设的合理条带尺寸，以弹塑性力学为基础，结合应力平衡微分方程和库伦准则求出了保留条带煤柱的应力极限平均区宽度及其理论公式，理论公式经实践验证能满足现场要求。     

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。     

采动影响下回采巷道围岩控制技术与区段煤柱尺寸优化

区段煤柱合理宽度直接影响动压回采巷道围岩控制效果。本文针对崔家寨矿5~#煤层E12505工作面地质条件,提出采用锚梁网索联合支护技术控制围岩变形,并对支护参数进行系统优化。继而根据三维应力状态下煤岩体的极限平衡理论,推导出合理煤柱宽度理论值,同时采用FLAC~(30)模拟软件分析不同宽度煤柱受力状况。理论计算与数值模拟结果综合对比,确定了崔家寨矿5~#煤层回采巷道合理支护参数及煤柱尺寸(6~7m)。研究成果为复杂应力条件下巷道围岩稳定性控制、煤柱宽度的合理留设提供了理论依据。     

综放回采巷道护巷煤柱合理宽度分析

针对较薄厚煤层综放开采留煤柱护巷回采巷道围岩大变形、难支护的特点,基于弹塑性极限平衡理论分析得出的煤柱合理宽度计算式,以谢桥矿1151(3)综放面回采巷道为研究对象,定性定量分析护巷煤柱宽度合理留设的影响因素及相互间的力学关系.结果表明,提高支护阻力、优化支护参数、加大采空侧对煤柱的侧向约束力是提高巷道围岩和煤柱整体承载能力、保证巷道整体稳定性的有效途径.研究成果为类似条件综放开采留煤柱护巷煤柱合理宽度的确定提供了科学依据.     

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。     

极近距离煤层刀柱下长壁采场顶板结构稳定性研究

通过对上部煤层刀柱破坏特征和稳定性的有限元数值分析,以及对下部煤层工作面顶板稳定性的研究,得出了下部煤层回采工作面顶板结构的稳定性特征。