葛泉矿坚硬顶板综放开采三维数值模拟

为了揭示以大青灰岩为坚硬基本顶的综放工作面开采过程中顶板应力分布及其演化特征,根据邢台葛泉矿风井1192综放工作面工程地质和开采技术条件,结合顶板坚硬、初次来压冲击大、动载系数高等特点,运用数值模拟(FLAC3D)程序对不同直接顶厚度条件下的综放工作面开采过程进行了三维计算和综合分析.研究表明,在10 m范围以内,直接顶厚度越大,基本顶的初次来压步距就越大,并在10 m处达到峰值,容易造成冲击地压;俯采工作面的围岩变形破坏力学过程和应力转移模式,是造成顶板来压前后最大主应力位置差异性的重要原因.研究成果为确定基本顶与工作面之间的安全距离、预防冲击地压、保障工作面安全生产提供了重要的理论依据.

重叠煤柱作用下综放采场围岩应力演化规律研究

针对大同矿区石炭系特厚煤层工作面过上覆侏罗系煤柱时的强矿压显现现象,采用数值模拟和现场实测的方法,对上部重叠煤柱与采动耦合作用下的围岩应力演化规律进行研究。采用UDEC数值计算软件,对重叠煤柱作用下工作面的回采过程进行模拟,结果表明:工作面回采至侏罗系煤柱对应区域时,工作面超前支承压力峰值为32~37 MPa,较非煤柱区域提高了25%~33%;工作面的侧向支承压力与上部侏罗系井田边界煤柱应力相互叠加,工作面的侧向支承压力影响范围约为120 m,5105巷道围岩应力达到了27~32 MPa;邻空巷发生冲击性来压是邻近工作面侧向支承压力,本工作面超前支承压力和重叠煤柱应力传递的耦合作用的结果。利用顶板动态监测系统实时监测支架工作阻力,分析得到:工作面推进至侏罗系采空区对应区域,来压期间的支架工作阻力变大,支架增阻更为频繁,矿压显现强烈。

近直立特厚煤层水平分段开采围岩应力变化规律

基于近直立特厚煤层水平分段开采过程中发生的强矿压显现问题,笔者通过现场实测、力学分析与数值模拟计算的方法研究了其围岩运动特征及矿压显现应力演化规律。研究表明:近直立特厚煤层水平分段开采围岩运动受采掘扰动影响较大,主要集中在开采水平及以下范围;水平应力是影响围岩运动与矿压显现的主要因素,在开采水平及以下范围出现了应力集中现象,水平应力呈类似"马鞍"形分布,主要影响范围为开采水平往下延深0~50 m,峰值位置位于开采往下30 m左右,应力集中系数达到了1.55,上覆采空区围岩破坏形态为近直立的半圆拱形。研究结果在一定程度上解释了现场在开采水平与下一水平多次发生的强底鼓等矿压显现现象。

远距离下保护层开采上覆煤岩层采动应力场数值模拟研究

为了研究开采下伏8号煤层能否缓解赵庄煤矿主采3号煤层开采过程中的强矿压显现问题,采用FLAC^(3D)软件模拟远距离下保护层开采方案,分析了下保护层8号煤层开采前后被保护层3号煤层采掘过程中的应力峰值、应力分布及塑性范围。结果表明,随着下保护层8号煤层工作面的推进,被保护层3号煤层工作面在倾向上的应力整体呈"M"型分布,煤体两端呈现应力集中,中部区域应力较低,使布置于中部卸压区的3号煤层工作面巷道围岩产生不同程度的卸压;下保护层8号煤层开采后,被保护层3号煤层工作面的煤体应力峰值减小约18%,采动影响距离减小约10m,且应力集中程度减弱,工作面煤体基本未出现新的塑性区域。

深井高应力巷道支护参数优化研究

为解决深部高应力巷道支护困难的问题,在分析深井多煤层联合开采过程中巷道受上部煤柱及采动影响特征的基础上,系统分析了高应力巷道矿压显现及支承压力分布规律。结果表明,锚杆支护系统应该保证围岩处于弹性或弹塑性范围内,且其变形特性必须适合围岩变形特性的要求。据此提出采用让压锚索和让压锚杆支护技术,工程实践表明:采用让压支护技术后巷道变形量减小50%左右,顶底板平均移近速度为4.32 mm/d,两帮平均移近速度为2.70 mm/d,有效控制了深部高应力巷道围岩变形。

大采高综采面矿压显现规律研究与分析

通过对凌志达煤矿15101工作面支架工作阻力监测与分析,研究了首采工作面矿压显现规律。结合现场实测与数值模拟手段,对综采工作面回采并巷道变形情况、工作面上下顺槽支承应力分布规律进行了系统的分析研究。结果表明,该工作面矿压显现不剧烈,工作面选用的支架较为合理;同时指出了开采过程中存在的问题,为该工作面的高效安全生产及接替工作面的布置提供了理论和现实依据。

浅埋深近距离煤层矿压及覆岩运动规律研究

为解决浅埋深近距离煤层下位工作面外错巷道矿压显现强烈的问题,采用现场实测、理论分析和数值模拟的方法,对浅埋深近距离煤层巷道及工作面矿压显现规律进行了研究。结果表明:外错巷道围岩塑性破坏严重,实测最大片帮深度达3 m,部分煤块崩落喷出,给掘进施工带来了严重的安全隐患,造成此现象主要原因是巷道位于上覆煤柱应力集中区,并承载了煤柱附近基本顶离层区的载荷;内错巷道位于基本顶离层区下,矿压显现不明显;12.77 m的砂质泥岩直接顶可对工作面采空区进行有效充填,工作面矿压显现程度缓和。

极近距离煤层重复采动矿压显现规律

为深入研究极近距离煤层重复采动矿压显现规律,以六家煤矿SⅡN26-7工作面为研究对象,采用数值模拟、相似材料模拟试验和现场监测的方法,对围岩应力、覆岩运动规律、工作面超前采动影响范围进行分析.研究结果表明:在上部6-6煤层开采的影响下,SⅡN26-7工作面超前支承压力峰值降低了7 MPa;顶板初次垮落步距和周期来压步距与开采6-6煤层相比减小了13.5 m和7.3 m,应力峰值距煤壁距离减小了4 m,应力集中系数降低了0.5;工作面超前采动影响范围为35 m;极近距离煤层重复采动,工作面超前支承压力、顶板来压步距均有降低,矿压显现强度有所减弱.

浅埋深中厚煤层综采工作面煤柱宽度优化研究

为在矿井安全高效开采条件下提高采出率,在分析矿井地质资料的基础上,采用数值模拟、理论分析和现场观测的手段,对浅埋深中厚煤层工作面煤柱宽度进行优化。分析可知,随着煤柱宽度的不断增加,工作面巷道变形量、煤柱变形量及煤柱应力逐渐减小,当煤柱宽度为16 m时巷道及煤柱基本稳定,变形量较小。工作面留设16 m煤柱回采过程中对工作面支架工作阻力和巷道变形量进行观测分析,结果表明:工作面支架平均工作阻力仅为其额定工作阻力的70%,巷道煤柱侧变形量最大值为153 mm,在节约煤炭资源的基础上保证了工作面安全高效回采。

北天山矿区地应力分布与区域构造关系研究

针对北天山矿区地质构造复杂和地应力分布离散性大的问题,采用区域地质构造分析和现场地应力测量相结合的方法分析北天山矿区地应力分布规律。研究表明四棵树煤矿地应力场类型为σH>σh>σv,水平主应力方向位于北北东向且与区域构造应力场最大主应力方向一致。较高的区域挤压应力和巷道走向与区域主应力方向的不合理是造成矿井采准巷道矿压显现强烈的主要原因,并根据地应力分布特征和矿井开拓情况,建议后续工作面巷道轴线的最佳方位角为北北东16.3°,提高了复杂构造条件下的矿压控制的科学性和可靠性。

残采工作面滑移顶梁支架的应用

为降低滑移顶梁支架工作面的事故率,提高滑移顶梁支架的安全性,采取增强滑移顶梁支架易损部件的强度、在支架上焊接柱销、安装挡矸板并穿设钢丝绳、加设推移千斤顶方形栏等方法对滑移顶梁支架的支护方式及设计进行改进。结果表明:技改后采场顶底板移近量减小,最大顶板下沉量不超过100 mm,易损部件使用平均寿命增加到35 d以上,解决了滑移顶梁支架失稳及平衡力减小、采空区窜矸等问题,避免了落煤爆破造成顶梁变形断裂,保证了支架推移时千斤顶不上翘,大幅降低了开采成本,效果显著,整体提高了滑移顶梁支架的安全性。

大采高工作面采动围岩活动与瓦斯涌出关系

为了研究大采高工作面采动围岩活动与瓦斯涌出的规律,现场实测斜沟煤矿18205工作面的液压支架支护阻力、超前支承压力及瓦斯涌出量,分析回采时支架支护阻力、超前支承压力的变化情况,根据现场实测工作面瓦斯涌出量,确定采动活动与瓦斯涌出的关系。结果证明:18205工作面矿压显现增大时,瓦斯涌出量显著升高;在周期来压时煤岩体卸压增流,工作面瓦斯涌出量明显升高。在周期来压期间覆岩裂隙通道受到挤压和冲击作用,高浓度的瓦斯流涌向工作空间,导致高位钻孔瓦斯抽采量明显增加,其与来压步距基本一致,且高位钻孔能有效拦截采空区及邻近层瓦斯,有效保障了工作面安全回采。

大采高工作面矿压显现与瓦斯涌出关系研究

根据现场实测斜沟煤矿18205工作面的液压支架支护阻力、超前支承压力及瓦斯浓度情况,分析研究大采高工作面矿压显现与瓦斯涌出的规律,结果证明:18205工作面矿压显现增大时,瓦斯浓度显著升高;在周期来压时煤岩体卸压增流,工作面瓦斯浓度明显升高。同时提出用高位裂隙带钻孔来治理邻近层瓦斯,发现在周期来压期间钻孔瓦斯抽采量明显增加,与来压步距基本一致,且高位裂隙带钻孔能有效拦截邻近层瓦斯,上隅角瓦斯浓度显著降低,有效保障了工作面安全回采。

坚硬顶板工作面矿压显现及煤柱应力控制技术

通过对8709工作面进行矿压观测,结果表明,工作面基本顶周期来压步距平均为16.8 m,支架最大工作阻力为8 026 k N,动载系数约为1.56,工作面超前支承压力影响范围为40 m。采用深孔卸压爆破技术对区段煤柱进行弱化处理,监测表明,爆破后煤柱下方垂直应力大幅度降低,为爆破前的42%。

近距离煤层开采的矿压显现

对近距离煤层开采进行矿压显现规律研究,能够在一定程度上避免煤层工作层中应力变化所带来的影响,从而形成稳定的关键层。本文在对某煤矿进行研究的过程中,通过对近距离煤层开采工作面的矿压显现特征进行分析,从而总结出该煤矿工作面当中矿压显现的规律,从而保证工作面的压力分布均匀。

厚煤层综放开采矿压显现规律数值模拟及实测研究

煤炭开采过程中,破坏了原岩应力的初始平衡状态。原岩应力的重新分布导致工作面出现周期来压。在此过程中涉及一系列的矿压显现现象,如巷道变形,顶板垮落等。以保德煤矿88300综放工作面现场开采实际为基础,通过理论分析、数值模拟和现场观测,分析了工作面在采动及顶煤放落下的矿压显现规律,对周期来压进行了预测,对综放支架的选型提供了依据,为高效安全的煤炭回采提供了理论与技术支持,并为相似条件下的工作面提供一定的参考。

正断层两盘不同开采顺序的支承应力演化规律

以工作面沿正断层走向布置时断层两侧工作面开采为背景,采用FLAC^(3D)数值模拟,研究了下盘工作面接替上盘工作面开采及上盘工作面接替下盘工作面开采时,断层两盘煤柱应力及接替面超前支承应力的演化规律。研究表明:正断层一侧工作面采动时,下盘工作面开采的煤柱应力集中程度小于上盘,下盘工作面采动对上盘煤岩体应力的影响较大;断层两侧工作面采动时,上盘工作面接替下盘工作面开采,上盘断层煤柱应力集中程度较高,下盘工作面接替上盘工作面开采时,下盘断层煤柱应力集中程度较低;2种开采顺序下接替面超前支承应力集中明显,其中上盘工作面接替下盘工作面开采时,上盘工作面超前应力集中程度更大。

近距离采空区下大倾角厚煤层开采矿压显现规律研究

针对近距离煤层群采空区下综采工作面矿压显现规律的差异性,为预防大倾角工作面发生片帮、冒顶、压架等事故,需对多煤层开采支承压力分布、支架受力特征及控制进行深入的研究。以潘北矿5煤和4煤近距离大倾角煤层开采为背景,对工作面前方煤体塑性区范围进行较深入的理论分析,得到煤壁支承压力分布特征;并采用FLAC3D对12124工作面回采过程中围岩力学特征进行数值模拟,获得采空区下12124工作面前后方应力分布特征、应力峰值大小及位置;通过现场实测得到支架工作阻力分布特征、支架最大工作阻力及位置。研究结果揭示近距离采空区下大倾角厚煤层综采支承压力演化叠加机制,提出工作面矿压控制对策,取得良好的应用效果。

差异采动影响下近距离煤层开采矿压显现规律

为了解决近距离煤层开采技术难题,通过数值计算,对淮北矿业集团海孜煤矿962工作面的开采进行了分析,重点讨论了在差异采动影响下,962工作面煤岩体的应力、塑性破坏区随工作面开采的变化规律,以及962工作面两巷围岩破坏和应力变化特征。

坚硬顶板条件下采动岩体能量分布规律与矿压显现特征

为了揭示坚硬顶板条件下采动岩体能量分布规律与矿压显现特征,根据某煤矿地质和开采技术条件,采用理论分析和数值模拟方法,对采动岩体的能量场和应力分布进行了研究;根据破碎煤岩体的剩余能量,确定了强矿压显现的临界能量。数值模拟表明:工作面推进距离超过180 m时,工作面超前范围采动岩体能量达到了强矿压的临界能量,具有强矿压显现的危险;工作面超前支承压力影响范围约为40 m,应在该范围加强两巷支护。