基于煤巷两帮基础刚度效应的控帮护巷支护原理

煤层巷道两帮煤体相对顶底板岩层强度低、可变形性强,两帮煤体大变形对巷道围岩整体稳定性有着极其重要的影响。基于煤巷两帮煤体严重变形的工程实际,考虑巷道两帮煤岩体的可变形性,建立了由Winkler可变形基础支承的顶板悬梁力学模型,分析并揭示了顶板的弯矩和挠度分布特征及规律,提出了基于煤巷基础刚度效应的"控帮护巷"支护原理:通过加强两帮支护提高锚固煤体的基础刚度,控帮支护的直接控制两帮煤体的变形和破坏,并进一步通过基础刚度效应改善整个巷道围岩的应力状态,抑制顶底板变形破坏,提高围岩承载能力和稳定性。通过数值模拟分析与现场工程试验,对基础刚度效应和"控帮护巷"原理进行了分析和验证。研究表明:在两帮垂直集中应力作用下,巷帮煤体压缩变形明显,顶板岩层随基础变形而弯曲下沉,两帮基础刚度对顶板变形量影响显著,是顶板变形的关键影响因素;在顶板支护相同的条件下,加强两帮支护不仅使掘进和采动影响期间的两帮的塑性破坏范围和移近量显著缩小,还有效地控制了顶底板的变形破坏情况,是巷道围岩整体稳定性控制的有效途径。研究工作深化了煤巷围岩控制中对巷帮支护重要性的认识,揭示了控帮护巷的支护机理。

上分层遗留煤柱影响下工作面安全回采研究

为研究上分层遗留煤柱对下分层工作面回采的影响,以山东金桥煤矿1304工作面为工程背景,采用FLAC3D模拟软件,研究了煤柱塑性区和支承压力分布及下分层工作面分步回采期间的支承压力演化规律。研究表明:当下分层工作面未采时,两采空区侧向支承压力叠加,在煤柱体边缘形成2个应力集中区,应力集中系数分别为2.2和2.8。煤柱体发生全部塑性破坏形成屈服煤柱,能够支撑覆岩施加的载荷,不易诱发失稳动力灾害。当下分层工作面开采时,煤柱体由两面采空变为三面采空状态,应力集中系数由3.8增至4.5,在强支承压力作用下可能诱发煤柱“蠕-突变”失稳型冲击地压。因此,回采期间应加强煤柱冲击危险监测,并采取大直径钻孔预卸压解危措施。

逆断层下盘开采对冲击地压的诱导规律分析

以鲍店煤矿73上09工作面地质条件为基础,采用UDEC数值模拟软件,研究下盘工作面向逆断层开采时超前支承应力、煤壁上方顶板沉降的演化规律,分析冲击危险的发生规律。研究结果表明,在大煤柱状态下,支承压力高,顶板位移、沉降速率、断层滑移量小,以应力型冲击为主;在小煤柱状态下,承担的载荷较少,但顶板位移及其下沉速率、断层面滑移量较大,以动载型冲击为主。

采区上山保护煤柱留设尺寸研究

以山东某矿1301采区为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件,研究了13011及13012工作面回采过程中,煤巷轨道上山及岩巷运输上山保护煤柱的塑性区、支承应力演化规律。研究表明:13011工作面单翼回采时,工作面回采至距煤巷轨道上山40 m后,煤巷轨道上山出现塑性破坏和应力峰值急剧增加现象;13012工作面回采至距岩巷运输上山30 m后,运输上山出现明显的应力叠加现象,应力峰值急剧增加;煤巷轨道上山保护煤柱留设40 m及岩巷运输上山保护煤柱留设30 m时,可有效控制巷道的围岩变形,为合理留设上山保护煤柱、提高煤矿工作面安全回采率提供参考依据。

基于采动应力分布的深部正断层工作面设计数值模拟

为研究确定梁宝寺矿井3505工作面的斜长及其断层保护煤柱的最佳尺寸,利用FLAC3D数值模拟软件建立计算模型,研究分析了在不同断层保护煤柱宽度和不同工作面斜长相互组合条件下采空区两侧煤体的垂直应力分布变化规律。结果显示,当断层保护煤柱的宽度为45 m时,煤柱上的垂直应力峰值最小,随着工作面斜长的逐渐增加,在斜长从60 m变为80 m这个区间,煤柱上的垂直应力缓慢增加,在斜长为80 m之后的区间,煤柱上的垂直应力迅速增加。根据模拟结果,研究分析及从安全经济的角度考虑得出最终的断层保护煤柱宽度为45 m,工作面斜长为80 m较为合适。

不同断层的宽度对围岩应力演化规律的影响

以山东省鲍店煤矿6304工作面F17断层作背景,并在该4 m断层宽度的基础上采用UDEC数值模拟方法,分别建立了4、6、8 m断层宽度模型,研究了上盘工作面向逆断层推进过程中不同断层带宽度下垂直应力的演化规律。