北京房山大安山煤矿深部地应力数值模拟分析

地应力是煤矿开采等地下工程围岩变形与破坏的根本驱动力。为研究随煤矿开采深度的增加,地应力越来越大,井下应力环境发生变化,导致巷道大变形、冲击矿压、煤与瓦斯突出及突水等灾害的发生,与工程实测对比分析对某煤矿+400m水平的断层、褶皱地质构造应力场进行数值模拟研究,再现地应力的大小对开采活动的影响情况,充分了解应力场分布特征、煤岩体性质与结构特征,进行合理的、切合实际的围岩稳定性、围岩变形与破坏分析,为合理的支护设计与冲击地压的防治提供依据。模拟显示:(1)应力值大小分布的总体趋势是随深度的增加而逐渐增大,但在同一水平上应力值相差不大;(2)剪应力对断层的影响明显,剪应力值明显高于其余部分;(3)最大主应力大小分布的总体趋势是随深度的增加而逐渐增大,在煤层倾角变化比较大的区域出现应力升高区和应力降低区。与工程实际有很好的吻合。

急倾斜煤层护巷煤柱开采

为有效回收急倾斜煤层开采时为保护巷道留设的煤柱,提高煤炭回收率和矿井经济效益,对长沟峪煤矿-140 m水平东一石门保护煤柱的开采进行理论研究和数值分析,实践成功地采出煤炭40余万吨,取得了较好的经济效益,为相似条件下保护煤柱的开采提供了理论依据,并具有借鉴作用。

高效无人刨煤机工作面的开采技术研究

介绍了采用 PROMOS 自动控制系统的新型高效无人刨煤机工作面的设备配备与布置,基于刨煤面对“四机”和支架的四种基本操作、实施远程集中控制和全部自动化的特点,指出了与工作面条件相适应的正确的工艺方法。在刨煤过程中通过调斜装置控制刨头,避免刨头啃底或留底,应专设巡视员对全工作面的所有机电设备及煤层变化情况进行全面检查,发现问题及时通知操作员进行调整。实际应用表明,这一方法最高日产7200t,创造了我国薄煤层开采新水平。

北岭煤矿地应力测量及其特征分析

为弄清北岭煤矿浅部应力状态及分布特征,采用空心包体应力解除法进行地应力测量。结果表明:该区的地应力以水平构造应力为主,且均为压应力;最大主应力位于近水平方向,为近东西向;各测点均有两个主应力接近水平方向,另一个主应力接近垂直方向,垂直主应力值基本等于自重应力;位于近水平面内的两个主应力值相差较大,三个测点近水平面内的两个主应力的比值分别为1.83、1.88、1.84;在同一平面内,地应力的大小和方向没有出现突变现象,说明矿区的地应力场比较均匀。此次地应力测量为矿区进行围岩稳定性分析及开挖设计科学化提供了理论依据。

注水防治急倾斜煤层冲击矿压的应用基础研究

冲击矿压是当前我国煤矿深部开采出现的一种特殊的矿山压力现象,它严重威胁井下安全生产。结合大台井急倾斜煤层提出了相应的切合实际的防治措施,如防治冲击矿压的钻孔布置、注水设备的选择、注水工艺参数的确定等,收到了较好的实效。阐述了对渗透性、吸水性和湿润性较差的煤层进行注水时应采取的措施。实际注水表明,对该类煤层进行高压注水,能有效地防止冲击矿压的发生,保证煤矿的安全生产。

减小地应力对煤矿开采影响的方法

为减小地应力对煤矿开采影响,以大安山煤矿为研究对象,通过现场地质调查、对采煤工作面及巷道的矿压观测结果分析,提出以下方法:合理划分采区;合理安排开采顺序;采用无煤柱护巷;加快采煤工作面的推进速度;选择合理的回采巷道支护形式等。自实施以来,效果较好,保证了煤矿的安全开采。

大安山煤矿后槽动力显现原因

为揭示急倾斜煤层开采过程中常发生的动力显现原因,以大安山煤矿后槽区域急倾斜煤层开采为研究对象,通过现场地质调查及地质条件分析,得出后槽区域主要受大寒岭倒转背斜的影响,使该区域的煤层倾角、厚度变化较大,在原岩体内积存大量的构造应力,在开采过程中,构造应力突然释放,致使动力显现。这为动力显现防治提供依据,保证煤矿的安全开采。

冲击地压与微震影响因素的关系研究

矿震的发生受多个因素耦合控制。为研究不同诱因条件下矿震分布对冲击地压的影响,基于反演计算推导,得到走时与临界距离公式,并借助微震检测手段,结合现场开采实际,从关键层运动、回采速度的稳定性的角度分析矿震发生机制与分布。研究发现,矿震的发生可分为若干个活动周期,强矿震的发生均处在矿震活动周期内峰值位置;关键层处微震信号最为集中,信号首先于基本顶处集聚,后逐渐向关键层扩展,后再次于基本顶处集中显现;回采速度的变化能够引起突发性顶板垮落,加快回采速度,会造成工作面前方出现高应力集中区,且高应力集中区随工作面的推进逐步向工作面靠近;日进尺突然增加使里氏震级与频次的曲线出现较为强烈的波动。

薄及中厚煤层综采工作面拆除新方法

铁法煤业集团小青矿在拆除刨煤机工作面设备中采用了沿工作面掘拆除通道的方法。这种方法采用综掘机掘进 ,钢带锚杆支护 ,具有施工速度快、安全、质量好 ,极大地减轻体力劳动等特点 ,是一种行之有效的拆除方法 ,特别是在煤层厚度较小的条件下非常适用 。

大安山煤矿地应力测量及数值模拟分析

为弄清大安山煤矿矿区应力状态及分布特征,采用空心包体应力解除法进行地应力测量。结果表明:该区的地应力以水平应力为主,最大主应力方向与太行山以东的华北地区的主应力方向基本一致;各测点均有2个主应力接近水平方向,另1个主应力接近垂直方向,垂直主应力值基本上等于或略小于自重应力值;位于近水平面内的2个主应力相差较大,4个测点近水平面内的2个主应力的比值分别为3.1、1.7、2.4、2.5;最大水平主应力随深度变化增加较快,而深度变化对最小主应力的影响却相对较小;在同一平面内,地应力的大小和方向没有出现突变现象,说明矿区的地应力场是比较均匀的。另外应用ANSYS有限元软件进行数值模拟,得出的最大主应力值和实际测量值比较吻合。

急倾斜煤柱开采后对巷道影响的数值模拟

为提高煤炭的回收率和经济效益,针对长沟峪煤矿4槽煤柱,应用ANSYS有限元软件对-230～-310水平的煤柱开采前后进行数值模拟,得出:(1)煤柱开采以后,煤岩体总体下沉,但对-140水平巷道影响较小。(2)开采后,煤柱的中间部位是转折区,煤柱中部以上主应力减小,属于安全区域;煤柱中部以下主应力增大,随深度的增加,主应力增大;-320水平附近煤柱采后的主应力是采前的2倍多,是煤柱开采后主应力最大的地方,所以开采此区域为相对重点注意区域。(3)煤柱开采后-140水平的煤柱附近主应力增大,是没开采前的1.6倍,也是煤柱开采后主应力较大的地方,开采前要适当对-140水平煤柱附近进行加固。数值模拟得出结果和实际开采吻合较好,因此急倾斜煤柱开采后对巷道影响的数值模拟对开采有一定的指导意义。

深部强冲击地压易发矿区厚煤层开采解放层卸压效果数值模拟

为研究深部强冲击厚煤层开采上、下解放层的卸压效果。采用数值模拟方法,分析不开采解放层,开采下解放层,开采上、下解放层条件下,被解放层的应力变化情况及应力变化规律,计算开采下解放层后的合理卸压角,确定解放层平巷位置。模拟结果表明开采上、下解放层后,应力明显减小,但仍存在高应力区,易发生冲击地压,必要条件下应采用其它辅助卸压方式。证明了煤壁前方应力增加区域一般在煤壁前方8～25m。该研究为工作面开采设计提供理论指导,对防治冲击地压具有一定的现实意义。

煤岩体电荷检测在动力灾害预测中的应用

文章为煤岩动力灾害的预测提供新的方法,针对大安上煤矿用岩体电荷辐射测试仪进行现场实验测试,得出:(1)大安山矿电荷感应幅值在300Pc以下,煤岩体比较稳定;(2)电荷感应幅值呈现出与周期来压一致的周期性变化;(3)电荷感应幅值最大处一般均在工作面前方10～16m,这与采掘工作面前方煤岩层的集中应力向煤体深部传播一致;(4)在测期间一直处于稳定状态,而测得的电荷感应幅值也较小,说明和实际比较符合。还简要介绍安装工艺。得出岩体电荷检测能对动力现象作出预测。

通化八宝矿煤层冲击倾向性实验与数值模拟

为防治通化矿业(集团)公司八宝矿冲击地压的发生,对其可能发生冲击地压的-412区1号、-213区4号和6号煤层试样进行了力学性质与动态破坏特性的试验研究,并结合了冲击倾向性数值模拟研究,分析了矿区水平应力、垂直应力、最大主应力大小及分布规律,得出结论:(1)应力较大值多出现在地质构造复杂地带,凡遇褶曲和断层带,特别是断层上、下盘处,而且强度相对较大,即冲击倾向性相对较强。(2)水平应力约为自重应力的2倍,垂直应力约为自重应力的2.7倍,最大主应力略小于自重应力,最大应力值远远小于极限强度。(3)实验研究与数值模拟结论较好吻合,与通化八宝矿未发生冲击地压的实际一致。

吉林省道清矿北斜井南平峒煤层冲击地压危险性数值模拟

通化矿业(集团)公司道清煤矿地质构造复杂,且已经进入深部开采阶段,煤体采动所形成的矿压对安全生产造成较大威胁。为预测该矿北斜井南平峒煤层冲击地压危险性的程度,对其煤层进行冲击地压危险性数值模拟,分析了煤层在自重应力场和构造应力场下水平应力、垂直应力、XY剪切应力大小及分布规律,得出应力集中区出现在F3号逆掩断层与煤层交汇处,即此处冲击地压危险性程度相对较大,开采时应注意防范,确保矿井安全开采。

煤柱对下层煤层开采影响的数值分析

为得出煤柱对下层煤层开采的影响规律,采用有限元分析软件ANSYS对煤柱下方煤层开采模拟分析。得出煤柱下方煤层为应力升高区;随工作面推进距离的增加,工作面前方应力升高区的应力值增加;开采煤柱下方煤层时,工作面前方会形成双重应力升高,易发生动力灾害,应加强支护。并确定了煤柱对下煤层的影响范围。这为巷道选择合理支护形式和支护参数提供了依据,对实现煤层安全开采有一定的意义。

倾斜煤层矿井突水对防水煤柱稳定性的影响规律分析

针对倾斜煤层防水煤柱合理尺寸留设问题,以道清煤矿淹井事故为原型,采用理论解析分析与数值计算相结合的对比分析方法,研究矿井突水对防水煤柱的稳定性影响,得到在矿山压力作用与水压作用下防水煤柱的极限设计尺寸优化公式,结合道清煤矿生产实际得到防水煤柱尺寸,通过数值模拟分析对比验证防水煤柱尺寸的合理性,并探究了防水煤柱的破裂过程。结果表明,煤体受采动应力影响,应力状态重新分布,煤体由弹性状态转变为塑性状态,产生塑性形变,强度逐渐降低,当压力增大达到其强度极限时,煤体内部出现裂纹,裂纹逐步扩展靠近防水煤柱,形成裂纹带,随着时间的累积,防水煤柱的强度逐渐降低,塑性变形区逐步向弹性核区移动,矿井涌水后,煤体裂隙导通充满大量孔隙水,在水压作用下,新生裂纹及原生裂纹进一步扩展,裂纹的张开度不断增大,最终形成导水裂纹带,使得防水煤柱发生严重破坏,煤体的破坏形式以拉剪破坏为主,煤层沿倾向发生相对位移,表现出剪涨变形,煤体出现剪切带。

基于ANSYS的二维地应力场分析

运用ANSYS软件,分析大安山煤矿矿区应力场分布特征,考虑断层和褶曲,模拟出二维地应力场。得出:(1)褶曲和断层对剪切应力影响明显;(2)最大主应力大小分布的总体趋势是随深度的增加而增大;并且单位深度增加的最大主应力值逐渐增大;(3)模拟结果和实测结果有较好吻合,说明数值模拟对实际工程有一定参考价值。特别是对深部未开采煤层预测地应力能起到重要作用。

急倾斜煤层石门保护煤柱合理尺寸研究

长沟峪矿-140m水平东一石门是开采-230^-310m水平4槽煤柱的惟一通道,通过数值模拟手段分析了4槽煤柱终采线"移动"后围岩的等效应力场,得到了沿-140m水平石门的等效应力和位移的变化曲线,分析了-140水平石门保护煤柱合理尺寸。

大寒岭倒转背斜复杂煤层结构冲击地压研究

受大寒岭倒转背斜的影响,大安山煤矿14槽煤后槽形成了极为复杂的煤层结构,其轴部及附近和两翼形成的急倾斜煤层是高应力区,具有冲击倾向性。首先用ANSYS有限元软件建立了包括复杂煤层结构在内的矿山模型,利用单元生死技术模拟轴部及右翼开挖;在此基础上,分析了采场围岩的应力场和位移场,圈定了冲击地压发生的危险区域,分析了冲击地压发生的机理;预测了14槽煤后槽开采的冲击倾向性,并指出在实际开采时,必须采取防冲措施,为避免冲击地压事故的发生提供了技术支持,具有一定的参考价值。