基于三铰斜拱的不同宽度区段煤柱下底板应力变化规律研究

为获取上保护层充分采动后,区段煤柱影响下的上覆岩层结构及底板应力传递规律,基于三铰斜拱理论推导了合理拱轴线方程;数值模拟了不同宽度区段煤柱的保护层底板应力分布规律;基于三铰斜拱和弹性力学理论2种方法得到了保护层底板应力分布的解析解,并通过现场实测验证。研究表明:三铰斜拱形态参数与留设煤柱宽度、煤层开采高度、采空区卸压宽度等动态相关;当煤柱宽度大于15 m时,采空区底板重新压实区将产生三铰斜拱结构引起的附加应力,并且应力极值点随煤柱宽度增加而向采空区中心移动。现场试验得出被保护层回采巷道应内错布置,合理错距为10~20 m。

某地下矿山顶板诱导崩落最佳爆破延时时间取值研究

采空区顶板诱导崩落爆破延时时间的合理选取可以有效提高诱导崩落效果。为了确定采空区毫秒延时爆破的最优延时时间,在分析了诱导崩落的技术原理之后,以延时时间为切入点,结合某地下矿山实际情况,建立了诱导崩落爆破数值模型,运用LS-DYNA有限元分析软件模拟了延时时间分别为20、35、50 ms下的爆炸过程,得到爆炸过程的应力云图以及各观测点有效应力随时间的变化曲线。模拟结果显示:顶板中心部分的最小有效应力最大值受爆破延时时间影响,其中顶板两端最大有效应力最低时对应的延时时间均为35 ms。当以最大有效应力值与矿岩抗压强度的接近程度为评判依据时,分析得出预裂爆破与崩顶爆破之间的爆破延时时间取20 ms时诱导效果最好。通过对比分析各观测点的有效应力变化情况并结合上述分析,确定延时时间为20 ms时诱导崩落效果最优。研究结果可为采用诱导冒落法开采的矿山爆破参数优化提供参考。

近距离特厚夹矸煤层多向消突技术研究

为解决底抽巷条带瓦斯抽采消突技术存在的工程造价高、施工周期长和消突效率低等问题,以山西上良煤矿3-2、3-3近距离特厚夹矸煤层为工程背景,提出利用矸石层开掘钻场,施工顺层定向长钻孔多向预抽煤层条带瓦斯实现区域消突。通过建立煤层条带瓦斯多向渗流模型,引入最不利抽采理论,对煤层瓦斯压力变化进行无差别数值模拟,同时结合现场数据,对两种技术的消突效果进行双向对比分析。结果表明:顺层定向长钻孔多向消突方式下,煤层瓦斯由于顶底板限制作用,在水平方向运移倾向性更强,瓦斯压力降低等值线呈椭圆形分布;底抽巷方式下,瓦斯压力降低等值线呈环形分布。提出的顺层定向长钻孔多向消突技术使3-2煤层、3-3煤层瓦斯压力分别在抽采70d和110d后达到消突要求,消突效率较底抽巷抽采消突方式提升55%~143%,日抽采瓦斯纯流量、浓度分别提升35%和14%,同时施工成本节约65%,工期缩短56%,可以为近距离特厚夹矸煤层的瓦斯高效治理提供参考。