侧向悬顶长度对回采工作面侧向支承压力分布影响浅析

为保证工作面采动影响下紧邻回采工作面回采巷道的安全掘进与维护,通过理论分析与数值模拟方法分析回采工作面后方采空区侧向悬顶长度为0、8、12、16m时,对回采工作面侧向超前、滞后支承压力分布特征的影响。结果表明:工作面煤壁前后不同距离处的侧向支承压力影响范围、支承压力峰值和应力集中系数随工作面后方侧向悬顶长度的增加而增大,侧向支承压力峰值位置也随工作面后方侧向悬顶长度的增加而向实体煤浅部转移。在上区段回采工作面回采巷道内实施爆破切顶等措施减小工作面后方侧向悬顶长度可以有效改善相邻工作面掘进回采巷道布置位置处的应力环境。

回采巷道爆破切顶钻孔角度对侧向支承压力分布影响浅析

良好的围岩应力环境有利于工作面采动影响下相邻回采工作面回采巷道的安全掘进与维护。通过理论分析与数值模拟方法分析不同切顶高度条件下,切顶钻孔向煤柱侧倾斜15°和向工作面后方倾斜15°对工作面侧向支承压力分布规律的影响。结果表明:距工作面煤壁不同距离处的侧向支承压力峰值随着切顶高度的增加而减小,切顶钻孔角度对侧向支承压力峰值的大小影响较小。切顶钻孔角度对侧向支承压力峰值位置影响显著,切顶钻孔向工作面后方倾斜15°可以消除切顶钻孔向煤柱内倾斜15°时对侧向支承压力峰值位置的影响,有利于相邻回采巷道的围岩控制。

深井膏体充填开采支承压力与采空区应力分布规律研究

随着煤炭开采强度增高,采空区上覆岩层运动导致矿山灾害频发,膏体充填作为阻碍上覆岩层运动的重要措施,研究膏体充填对工作面开采覆岩运动规律的影响对矿山安全生产至关重要。为明确膏体充填效果,通过安装应力计获取超前支承压力、侧向支承压力、膏体应力等相关信息。监测结果表明,超前支承压力的扰动过程可分为初始影响及显著影响2个阶段;超前工作面时,侧向22 m外的煤体基本不受侧向支承压力影响;深入采空区后,侧向支承压力影响范围约为20 m;膏体的应力变化大致分为快速增长及稳定增长2个阶段,采空区顶板与膏体初期接触导致应力快速增加,当顶板运动结束后,膏体应力保持稳定。

超前支承压力影响下破碎顶板变形机制与控制

为保证超前支承压力影响下破碎围岩的稳定性与支护系统的可靠性,以葫芦素煤矿21104工作面地质条件为研究背景,综合采用理论计算、数值模拟、现场实测等方法,建立了超前段顶板变形弹性地基梁力学模型,确定了顶板弯曲变形影响因素,提出了破碎围岩超前注浆锚索加固技术。结果表明:顶板弹模仅影响巷道上方顶板挠度,帮部弹模控制顶板整体弯曲变形;超前支承压力及集中系数随工作面推进呈现先快速增大后缓慢增大的趋势,最终趋于平稳;注浆锚索超前支护试验工作面存在35 m高应力区,锚索富裕系数较高、围岩变变形程度较低(<210 mm)、顶板完整性较强,验证了该技术手段的可行性及有效性。

侧向-超前支承压力叠加影响下巷道稳定性分析

为了明确采动过程中侧向-超前支承压力叠加影响下巷道应力环境,以东滩煤矿为工程背景,构建了工作面采动模型,分析了工作面超前区域支承压力与回采距离之间的响应关系。结果表明:不同的推进距离下叠加支承压力影响范围不同,最大可使166 m范围内的围岩支承压力发生变化。巷道围岩在距工作面6~18 m的位置极易出现应力集中,距工作面30~40 m的巷道两帮变形量最大,实体煤侧巷道围岩变形量整体大于沿空侧帮部的变形量。研究成果可为回采巷道超前支护范围优化方面提供科学依据。

瓦斯压力对采场支承压力的影响及突出-冲击协同防控

随着煤炭开采深度和强度的增大,部分矿井面临煤与瓦斯突出与冲击地压双重灾害威胁,突出-冲击复合灾害成为值得关注的科学与工程难题,含瓦斯煤体采动支承压分布规律对于揭示该类型灾害机理具有重要意义。通过研究瓦斯压力变化对采动支承压力分布的影响,建立了含瓦斯煤体支承压力计算模型,得到了含瓦斯压力变化的切向应力以及塑性区半径计算公式;基于典型突出-冲击矿井工程地质条件,采用数值模拟得到了瓦斯压力对采场支承压力分布的影响特征。结果表明:随着瓦斯压力减小,巷道周边切向应力增加,而塑性区半径减小,即切向应力峰值距离煤壁更近;采场支承压力峰值与瓦斯压力负相关,峰值距煤壁距离与瓦斯压力呈正相关,均表现为二次曲线关系。现场监测数据表明,随着瓦斯抽采的进行,煤体破裂震动频次上升,当出现瓦斯压力持续下降、而震动频次急剧上升趋势时,冲击危险性较高。基于瓦斯压力变化对冲击危险的影响,建立了海石湾煤矿突出-冲击协同防控技术体系,在瓦斯治理过程,利用瓦斯压力-震动频次预警冲击危险,并优化防冲卸压工程的起始位置与强度,实现突出-冲击协同防控。

巨厚坚硬岩层运移对采场超前支承压力影响实验研究

为了揭示采场超前支承压力在受巨厚坚硬岩层运移影响之后的演化规律和变异特征,以杨柳煤矿典型巨厚坚硬岩层赋存条件为模型,运用物理模拟和机械模拟实验方法进行模拟研究,并与无巨厚坚硬岩层的采场模型进行比较。通过研究发现:采场中巨厚坚硬岩层对其支承压力的影响,主要集中在巨厚坚硬岩层发生破断之前,其应力集中程度高、影响范围广、影响程度剧烈;临近巨厚坚硬岩层破断前,覆岩中有巨厚坚硬岩层时的超前支承压力峰值和影响范围分别为无巨厚坚硬岩层时的1.15倍和1.9倍;巨厚坚硬岩层处于稳定状态时或已发生破断后,采场支承压力峰值和影响范围相对无巨厚坚硬岩层采场较小,对采场超前支承压力的影响相对较弱;支承压力峰值的增大势必会使采场前方煤壁的影响范围增大。

超前支承压力下巷道围岩失稳机理及模拟研究

【目的】研究工作面推进超前支承压力演化规律及巷道围岩失稳机制。【方法】以某采煤工作面为例,采用弹塑性力学理论分析工作面推进过程中超前支承压力变化特征,探讨超前支承压力作用下的关键层理论,在整个失稳过程中起到关键作用,运用3DEC模拟研究超前支承压力影响下巷道围岩失稳破坏特征。【结果】结果表明,巷道围岩呈现非对称变形,尤其是两帮的非对称变形表现最为显著。随着采矿工作的进行,巷道围岩受到叠加应力的扰动影响,超前支承压力对巷道顶板和两帮的影响差异化主要是由于顶板岩层的硬度较高,煤体相对岩层来说较为松软破碎,以及帮部已经提前产生裂隙,能够释放掉部分顶板压力。【结论】研究结果对于提高系统的稳定性和可靠性具有重要的意义,为预防和管理失稳提供了参考。

超长综放工作面超前支承压力显现规律研究

为掌握综放工作面矿山压力显现规律,采用数值模拟计算的方法建立综放工作面物理力学模型进行分析。结果表明,工作面支架所受载荷主要是顶煤和基本顶变形运动产生的变形压力,故提高支架的初撑力和工作阻力对改善工作面顶板的结构状态、维护下位顶煤的稳定性有积极作用。工作面前方支承压力约呈抛物线分布,峰值位于煤壁前方4~8 m处,峰值点应力集中系数为1.3~1.7。

余吾煤业N2106工作面超前支承压力影响范围分析

在工作面回采过程中,超前支承压力的变化会对顶板岩层稳定性产生较大影响。为研究超前支承压力对工作面前方岩层的影响范围,以余吾煤业N2106工作面回采为工程背景,现场实测钻孔应力,分析应力与工作面距离之间的变化关系,建立FLAC数值计算模型,分析不同推进距离下工作面顶板岩层破坏规律和工作面前方岩层竖向支承应力变化规律。结果表明,工作面超前支承应力影响范围为56.5 m,距离工作面14.4 m时进入应力快速增长区;距离工作面8 m时应力达到峰值为32.57 MPa,应力增量为27.8 MPa;工作面往前推进52 m时,导裂带与工作面的水平距离约为8 m,与现场实测的距离工作面8 m时应力计数值剧增相对应,导裂带最大高度与工作面的垂直距离约为60 m,与工作面超前支承应力影响范围为56.5 m接近;距工作面前方10 m处应力集中系数达到最大,竖向支承应力也最大达到了31 MPa,与应力计实测峰值32.57 MPa接近。

回采巷道顶板切顶高度对工作面侧向支承压力分布特征的影响

回采巷道煤柱帮顶板切顶卸压技术可以有效降低工作面采动引起的侧向应力扰动,降低其对邻采邻掘巷道的影响。本文通过理论分析与数值模拟方法分析不同切顶高度对28214工作面周围应力分布特征的影响。结果表明:回采巷道顶板切顶卸压可以有效降低工作面采动引起的侧向支承压力剧烈影响区范围和影响程度。切顶卸压后原本超前工作面110 m至滞后工作面110 m侧向支承压力剧烈影响区范围被控制在超前工作面30 m至滞后工作面50 m范围内。23.5 m的切顶高度可以使28214工作面采动引起的侧向支承压力峰值下降57.6%。回采巷道顶板切顶卸压是改善邻采邻掘巷道应力环境,提高邻采邻掘巷道围岩的稳定性的有效方法。

呼吉尔特矿区大采高工作面采空区侧向支承压力演化过程实测研究

为研究呼吉尔特矿区大采高工作面采空区侧向支承压力演化过程,以门克庆煤矿3102工作面为工程背景,利用3102工作面布置“两进一回”的辅助运输巷,提前在辅助运输巷布置不同深度的煤体应力计测点进行实时监测,通过连续一年的监测分析得出:工作面回采后采空区侧向60m范围内侧向支承压力均出现不同程度的起伏变化,走向侧方向宽煤柱内滞后工作面约1100m、辅运巷实体煤侧滞后工作面880m后应力趋于稳定,得出采空区侧向应力演化时间长达7个月;宽煤柱内及辅助运输巷帮部受力演化在走向上呈现出超前应力未影响(应力平稳)阶段、回采扰动(应力上升)阶段、塑性演化(应力下降)阶段、近场顶板垮落(应力持续上升)阶段以及应力稳定(应力平稳)阶段5个阶段;倾向上呈现煤柱内侧塑性区、煤柱弹性区、煤柱外侧塑性区、辅运巷外侧弹性区4个区间。研究结论为呼吉尔特矿区大采高工作面在临空巷道掘进时机的确定、煤柱宽度的优化、临空巷道矿压控制等关键问题具有重要意义。

超长孤岛综放工作面支承压力分布规律研究

为对超长孤岛综放工作面围岩稳定性和顶煤冒放性进行控制,采用FLAC3D有限元软件对比分析了超长孤岛工作面的支承压力分布特征。研究老顶上覆岩层应力场的变化规律,分析初采期间和正常推进期间工作面超前支承压力分布规律。老顶岩层内工作面超前支承压力存在两个峰值区域,工作面后方支承压力沿面长方向的中间存在一个峰值区域,两者之间为低支承压力区域。顶煤层位支承压力峰值大于煤层的机采层位,但支承压力的影响范围小于机采层位,且顶煤的极限平衡区宽度较机采层大。工作面正常推进期间较初采期间的支承压力极限平衡区宽度增大,孤岛工作面加长后支承压力峰值系数在初采期间增加,而在正常推进期间降低。超长孤岛工作面减小孤岛工作面侧向支承压力的叠加影响。

采空区侧向支承压力演化及微震活动全过程实测研究

为获取工作面回采过程中采空区侧向支承压力演化及微震活动全过程特征,利用双巷布置工作面外圈巷道布置煤层应力及微震监测装置,通过连续6个月监测分析发现:工作面回采后,采空区侧向53 m范围内煤层垂直应力不同程度调整,直至工作面后方300 m趋于稳定;采空区侧向煤层垂直应力走向上呈现出5个阶段性特征,在倾向上呈现5个区间性特征,基于实测数据得出了各阶段、各区间内煤层垂直应力及弹塑性演化规律。采空区周围微震分布呈现反"C"型,采空区边缘微震活动持续时间显著大于中部。背斜构造区采空区边缘顶板岩块更易铰接成稳定结构,出现滞后型动载荷。采空区侧向覆岩结构构成及活动性与前方差异明显,并导致了两个方向上的支承压力特征差异。将研究结论应用于煤柱宽度的优化、临空巷道掘进时机的确定、留巷动力灾害危险区域划定等。

超长孤岛综放工作面煤柱支承压力分布特征研究

为了确定超长孤岛综放工作面巷道煤柱的合理尺寸,采用FLAC3D软件模拟分析了不同长度孤岛综放工作面不同宽度煤柱的支承压力与变形破坏规律。初采期间,大煤柱(宽20m)倾向支承压力整体上随着至巷帮距离的增大而减小;随着工作面推进而增大。小煤柱(宽4～6m)初采期间走向支承压力峰值随工作面推进而增大,且峰值超前煤壁的距离也增大;正常推进期间,随顶板变形逐渐趋于稳定,支承压力峰值降低,但煤柱压力峰值至煤壁前方煤体支承压力影响范围内压力增高。煤柱支承压力峰值超前煤壁一定距离,且此距离随工作面长度加大而减小。加长孤岛综放工作面长度,护巷大煤柱和小煤柱的支承压力均减小,可以减小护巷煤柱宽度。

综放面倾向煤柱支承压力分布规律研究

在较薄厚煤层综放面倾向煤柱支承压力现场实测的基础上,应用弹塑性极限平衡理论,考虑煤层厚度及倾角的影响,分析得出综放面倾向煤柱支承压力峰值位置的计算式及分布规律。该研究为综放回采巷道的合理布置及护巷煤柱参数的合理确定提供了依据,有利于改善巷道维护状态和提高煤炭资源采出率,并为类似条件下的综放开采提供有益借鉴。

综放采场围岩支承压力分布及动力灾害的层厚效应

以谢桥矿1151(3)综放工作面地质及开采技术条件为背景,采用大型非线性三维计算机数值模拟,对不同开采高度(3.0,5.4,8.0,12.0 m)进行模拟研究.研究表明:不同采高工作面围岩支承压力分布规律存在明显差异,随着煤层一次采高的增加,工作面煤体内和采空侧煤柱内支承压力峰值呈下降趋势,峰值位置超前工作面距离增大,煤体抵抗损伤应变能的区域变大;工作面侧向实体煤支承压力峰值沿走向在工作面前方与煤层厚度无明显关系,而在工作面后方随采高逐渐降低,峰值位置离煤壁也越远.应用损伤力学和能量法分析了支承压力分布对煤与瓦斯突出层厚效应影响规律,表明综放开采随一次开采高度的增加,采场周围煤岩体内积聚的弹性能降低且抵抗损伤变形的能力增强,有利于减缓动力灾害.

采场支承压力分布规律的数值模拟研究

采用FLAC-3D软件模拟了在煤层开采过程中采场支承压力的动态变化、依据数值模拟结果,拟合了支承压力集中系数与工作面推进距离的关系曲线。通过对比分析模拟结果,得出了工作面推进距离和长度及煤层的厚度和埋藏深度对支承压力集中系数和支承压力峰值点距工作面距离的影响程度,进而总结出采场支承压力分布规律,这些规律可为采场巷道维护、防治煤与瓦斯突出和顶煤可放性评价提供依据。

特厚煤层综放工作面侧向支承压力分布研究

为解决塔山矿区段煤柱造成资源浪费严重、巷道矿压显现强烈等问题,采用相似模拟的方法对特厚煤层综放工作面回采后侧向支承压力分布特征进行研究,为塔山矿沿空掘巷煤柱留宽度优化设计提供理论依据。结果表明:塔山矿8206工作面煤体侧向支承压力影响范围为60~70 m,其应力降低区范围为11 m,应力峰值为41 MPa,位于煤壁内30 m处,应力集中系数为3.3;侧向支承压力影响范围为60~70 m。相似模拟结果与极限平衡理论计算结果、现场微震监测结果一致,从而得出当煤柱宽度小于6 m时巷道处在应力降低区内,即区间煤柱宽度为6 m。

支承压力分布演化规律及对煤岩体破坏的影响

为了研究支承压力与工作面超前煤岩体破坏之间的关系,采用ANSYS软件对采场支承压力分布动态演化规律和塑性区分布范围进行数值模拟,并从理论角度分析开采引起的煤岩体应力状态变化过程。数值模拟结果表明,支承压力呈非对称性山峰形分布,工作面推进距离与支承压力集中程度呈正相关性,工作面前方塑性区范围随着推进距离的增加而增大。屈服条件分析表明,尽管煤岩的破坏随着支承压力的增加、增大了破坏的可能性,但煤岩的破坏并不单纯取决于支承压力的大小,而是由水平应力和支承压力共同决定的;以支承压力作为判断标准,得到的煤岩体破坏范围往往会比工程实际范围偏大。该研究结果对矿山灾害的预防工作有指导作用。