坚硬顶板工作面采空区自燃“三带”分布规律研究

以宽沟煤矿I010203工作面为研究对象,研究坚硬顶板条件下综放工作面注氮参数对采空区自燃“三带”分布规律的影响。首先分析了坚硬顶板条件下综放工作面采空区自燃的影响因素,通过在I010203回风巷布置束管,对不同注氮量情况下采空区内不同位置的O_(2)浓度进行实测,得出了注氮量与氧化带宽度呈负相关,获得了试验工作面采空区自燃“三带”的分布范围,再结合工作面平均推进度,可以确定采用800~900m^(3)/h注氮流量条件下的连续注氮防灭火技术,保证工作面安全、高效回采。

石门揭煤过正断层煤岩体的应力特征及应用

为研究石门揭煤过正断层煤岩体力学的特征,通过建立石门揭煤过正断层煤岩体的力学模型,运用FLAC~(3D)数值计算并理论分析了石门揭煤过断层煤岩体的力学特征,石门揭煤过正断层时,工作面离断层越近,工作面顶端应力和竖向位移越大。竖向位移和应力偏大是引起揭煤工作面顶端应力集中的主要原因,也是冒顶的主要原因。为了石门揭煤的安全,现场实测了煤层瓦斯相关参数,建立穿层钻孔瓦斯抽采半径考察模型,结合瓦斯抽采数据统计计算得出不同抽采时间条件下的抽采半径。在此基础上,合理布置预抽钻孔,同时施工超前煤体加固钻孔联合抽采煤层瓦斯,起到预抽的同时,也对煤体进行了加固,加强工作面煤岩体支护等综合防控措施,保证石门揭煤过正断层的安全。

冲击地压综合指数法中采空区宽度评价指数修正

现有冲击地压危险性评价综合指数法中没有考虑采空区宽度这一影响因素。针对这一问题,以葛亭煤矿3305工作面的地质及开采情况为工程背景,运用FLAC数值模拟软件,模拟分析了一侧采空及两侧采空条件下,采空区宽度对工作面支承压力分布及集中系数的影响,结合综合指数法中关于工作面周围采动状况的结论,分析得出考虑采空区宽度的评价指数参数修正方法。

深部软岩巷道动态注浆的数值模拟及其应用

以上海庙矿区+590 m井底车场为研究对象,通过运用FLAC3D数值模拟软件内置的应变软化本构模型和FISH语言构建了动态注浆数值模拟方法,该方法能够自动根据围岩塑性剪切应变大小确定可注浆范围,按照分段函数提高可注浆范围内煤岩体黏聚力值。经过不同注浆时机(一次支护后围岩变形量)注浆后围岩变形对比,得到合理注浆时机的理论值,然后将现场实测变形与模拟值对比,得到合理现场注浆时机。根据数值模拟的可注浆范围,给出了顶板注浆锚索及帮部注浆锚索的设计长度。将上述分析结果应用于现场软岩巷道二次加固,经现场变形速度测试分析表明,试验取得了较好效果。初步验证了本文动态注浆模拟方法的科学性与可行性。

考虑顶板影响下沿空留巷围岩注浆时机研究

注浆是沿空留巷技术常用手段,注浆的时机对巷道围岩稳定性具有重要影响。为了探究合适的注浆时机,考虑顶板断裂形状和位置,利用FLAC数值模拟软件,求解工作面推进过程中巷道围岩上方的垂直应力。在该应力的作用下,对3个注浆方案进行模拟。结果表明,顶板发展对沿空巷道变形的影响主要集中在工作面推过后,其自身断裂导致应力重新调整的过程中。在此之前,利用工作面超前应力对煤体的作用产生的大量塑性变形后,及时锚固注浆是较好的锚注时机。

基于双承载拱的巷道再生顶板控制机理

为实现对巷道再生顶板的有效控制,基于再生顶板现场观测和"三带"高度的理论计算,建立巷道再生顶板修正普氏拱力学模型和数值模型,推导了修正普氏拱的曲线方程及矢高的表达式,模拟分析了再生顶板下巷道断面的优势形状及锚喷支护效果,并对现场锚喷支护巷道进行了顶底板移近量观测。结果表明:无留顶掘巷后若短期内无支护,再生顶板下沉后出现第一承载拱,即修正普氏拱,拱的矢高b是岩石坚固性系数f和侧向压力p的减函数,是巷道半跨度a的增函数;再生顶板下留顶掘巷的断面形状宜为直墙圆拱,锚喷支护与巷道拱顶组合形成第二承载拱,"双拱"结构有效控制了再生顶板的变形破坏,具有让抗结合、协调变形的控制机制;现场试验后巷道顶板收敛变形较小,可满足正常生产需要。

随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理与控制研究

为研究随机节理岩体巷道再生顶板失稳机理及控制方法,基于龙口某矿油页岩上分层巷道节理参数统计结果,结合蒙特卡罗模拟方法,采用UDEC软件内置FISH语言编写了随机节理模拟程序,建立了随机节理岩体巷道数值模型,对随机节理岩体巷道再生顶板的失稳破坏过程及支护方式进行了模拟,并通过工程应用对数值模拟进行了验证。结果表明:再生顶板巷道开挖后预留护顶中小的易冒块体首先沿节理面滑落,之后关键块体在上部破碎岩块压力作用下沿节理面滑动下沉,当关键块体一端滑离巷帮节理面时,关键块体失稳,发生冒顶;再生顶板下预留护顶掘进巷道合理支护方式为锚索-架棚联合支护,可有效控制巷道顶板变形并防止顶板破碎块体冒落。

基于薄板模型的高韧性煤层难冒放机理分析

为研究高韧性煤层综放开采的难冒放机理,以煤样物理力学参数试验为基础,分析了高韧性煤层的韧性指标特征;建立了均布载荷下综放采场顶煤与顶板的薄板模型,应用Matlab对薄板挠曲面公式进行了编译,并结合工作面参数对顶煤与顶板三维挠曲面进行了仿真模拟,得出顶煤与顶板离层范围及最大离层量;对选取的高韧性煤层工作面支架载荷进行了监测、统计和整理,得出工作面内顶煤与顶板离层范围及离层区域形状。结果表明:高韧性煤层弹性模量较小,综放开采时顶煤与顶板之间易产生大范围离层,初采和回采阶段离层区域分别呈椭圆形和弓形;顶煤得不到顶板压力的作用而不能及时断裂、破碎和放出;现场支架载荷数据分析与薄板模型挠曲面模拟的结果具有较好的一致性。

裂隙岩体蠕变断裂损伤本构模型的开发与应用

为了研究在长期应力作用下,因岩体内部裂隙的开裂和扩展,而造成岩体的损伤,将蠕变裂隙岩体视为损伤的连续介质,通过分析蠕变裂纹的扩展演化,将初始裂隙的损伤张量、裂纹起裂和扩展的损伤张量、蠕变裂纹扩展的损伤张量相累加,描述岩体的蠕变损伤演化过程。将累加后的损伤张量引入到本构模型中,利用C++编译,开发出可模拟蠕变裂纹扩展的自定义本构模型动态链接库(DLL)。以某矿8106工作面为工程背景,利用该模型对停采线煤柱进行模拟,分析在不同时间段的损伤区和应力演化规律。结果表明:新的本构模型可以用于分析蠕变条件下裂隙损伤演化过程的规律;在考虑蠕变裂纹扩展的情况下,8106工作面的90 m宽保护煤柱可以满足安全生产要求。

采场顶板初次断裂位置及其影响因素

通过采用Winkler弹性基础理论、UDEC数值模拟和实验室相似材料模拟方法,研究了邻近岩层约束作用对顶板断裂位置的影响。研究得出:单梁模型由于没有考虑覆岩的约束作用,其分析结果与实际存在较大差别;煤壁塑性区的存在是顶板超前煤壁断裂的前提,但由于受覆岩约束的影响,断裂位置通常并不与弹塑性分界重合,也不与离层起始点重合,其间关系受岩梁刚度、煤层刚度、层间黏结力大小影响;顶板刚度越大,断裂位置越靠近弹塑性分界点,顶板刚度越小则越靠近煤壁;层间黏度越大,断裂位置越靠近煤壁,甚至出现在煤壁后方。