龙华煤矿浅埋煤层区段煤柱合理宽度研究

为减少煤炭资源浪费,保障工作面开采期间巷道的稳定性,本文采用现场监测、数值模拟和理论分析相结合的研究手段,对龙华煤矿30203工作面区段煤柱的合理留设宽度进行研究。结果表明:30203工作面区段煤柱塑性区宽度为1.8 m,运输顺槽超前支承压力影响范围为25 m;辅运顺槽侧超前支承压力影响范围为20 m,随着工作面的推进,回采巷道顶底板移近量为50 mm,两帮位移量为5 mm。理论计算得出区段煤柱合理宽度为14.86~15.26 m;采用数值模拟验证了优化后的15 m宽区段煤柱能够满足工作面安全生产的要求,区段煤柱能够保持良好的稳定性,研究成果为类似条件矿井安全生产提供借鉴。

端帮采场支撑煤柱峰值应力及塑性区宽度确定方法

为了保证边坡安全的同时回收更多的露天矿边帮压煤,首先采用离散元仿真软件模拟再现端帮煤开采全过程,监测并分析采硐群支撑煤柱受力和变形特征;然后构建不同采硐深度下的3种支撑煤柱竖向荷载分布模型,建立端帮采场采硐与围岩力学分析模型。结果表明:沿采硐延深方向,支撑煤柱竖向受力与变形呈现出典型的分段特征;自采硐口向内,随着采硐深度的增加,竖向应力首先呈线性增大,达到峰值后,在采硐末端前、后约3倍采硐宽度范围内骤然减小至坡体初始应力并保持不变;基于采硐施工前、后采场上覆岩体竖向应力恒定原理,得到不同采硐深度下的煤柱峰值应力确定方法;基于极限平衡理论和Mohr-Coulomb强度准则,推导出峰值应力作用下的煤柱单侧塑性区最大宽度估算公式。

钱营孜煤矿W3_(2)20工作面开采安全可靠性研究

为研究钱营孜煤矿F22断层对W3_(2)20工作面的影响并确定防水煤柱的合理宽度,根据工作面和断层实地勘探的水文地质资料,运用数值模拟技术,对煤层开挖进行了全过程的模拟,对回采过程中围岩竖向应力、位移云图及顶、底板塑性区变化进行了研究。结果表明:煤层开挖到110 m时,F22断层与工作面顶板塑性破区尚未相互贯通,断层不会导水,留设宽度30 m防水煤柱可以有效防止断层活化突水。该研究一方面证明了W3_(2)20工作面在留设30 m防水煤柱下安全开采的可行性,另一方面为西三采区及其他相似水文地质条件的工作面实行水下开采提供了参考。

东曲煤矿28214工作面区段煤柱留设宽度分析研究

东曲煤矿28214工作面区段留设煤柱宽为21.2 m,富余空间较大,对巷道变形量、煤柱松动圈和煤柱应力进行监测,将28214工作面区段煤柱宽度划分为塑性区和弹性核区,计算确定留设煤柱宽度为16.8 m,在该煤柱宽度下监测巷道收敛量,顶板最大下沉量48 mm,两帮收敛量最大46 mm,保证了巷道稳定性,减少了煤炭的浪费。该技术可为其他类似矿井提供借鉴。

深部厚煤层条带开采煤柱的稳定性

通过对三向应力状态下的煤柱极限强度计算公式分析得出:我国目前普遍应用的A.H.威尔逊计算理论公式存在因简化带来的问题,并且随着采深的增大,问题表现的越明显.理论分析表明,煤柱塑性区宽度不仅与采深、采厚有关,而且也同采出率有关.结合古城煤矿的实际情况,利用FLAC3D模拟得出了不同开采条件下煤柱塑性区宽度,通过二元线性回归分析,得出了煤柱塑性区宽度与采深、采厚及采出率的计算公式.最后给出了在深部厚煤层条带开采情况下煤柱极限载荷的计算公式.

条带开采煤柱塑性区宽度的数值模拟与计算

利用FLAC3D数值模拟分析不同开采条件下条带煤柱塑性区的宽度情况,并通过线性回归的方法,得出塑性区宽度与采深、采高二者的关系公式,该公式的比例系数为0.00571,大于A.H.威尔逊公式的比例系数0.00492,公式适用于采出率小于50%的情况;在考虑采出率的情况下,通过二元线性回归的方法总结出了煤柱塑性区宽度与采深、采高及采出率三者之间的关系公式,该公式计算结果与模拟结果更相近,可供进行条带开采煤柱设计时参考。

8.5 m大采高综采工作面煤壁片帮特征研究

为解决8.5 m大采高综采工作面煤壁片帮严重的问题,以上湾煤矿12401首采工作面为研究对象,采用理论分析、经验回归分析、数值模拟手段,对煤壁片帮的主要影响因素与煤壁片帮特征进行研究,提出了基于D-P准则引入洛德参数修正塑性区宽度计算公式,并以采高、塑性区宽度和现场实测场数据为基础,由经验回归分析法综合预测出煤壁片帮深度。结果表明:神东矿区综采工作面煤壁片帮主要影响因素为支承压力、采高、周期来压和埋深,综合确定上湾煤矿12401综采工作面煤体塑性区宽度为9.87 m,煤壁主要发生剪切破坏、易失稳位置距顶板2.98~3.57 m,片帮深度约2.85~3.45 m,综合分析法得到的片帮深度是可靠的,可为支架护帮板设计提供依据,并相应采取合理的防片帮措施。

基于不同弹性本构方程的塑性区宽度及封孔长度研究

煤层注水是煤矿开采过程中重要的增透卸压手段,而封孔长度是影响注水压裂效果的一个关键因素。为了确定出合理的封孔长度,根据Lippmann煤层失稳基本理论,选取了6种不同的弹性区本构方程,引入非线性动态瓦斯压力分布的表达式,构建了含瓦斯煤层力学理论模型,得到煤层垂直、水平应力和塑性区宽度的解析式,之后结合高家堡的现场情况,对比分析6种弹性本构方程下的煤层应力分布曲线及塑性区宽度,并进行了现场封孔试验。结果表明:封孔长度在9.5 m时孔洞漏水量小、未出现异常现象,封孔效果良好,最终确定出了合理的封孔长度为9.5 m;相对于其他3种弹性本构方程,选取第i、v、vi种弹性本构方程对封孔长度进行理论计算分析,更加符合现场实际情况。

铜川矿区区段煤柱宽度优化研究

针对铜川矿区区段煤柱宽度偏大、采区采出率偏低等生产实际,综合采用现场实测、理论计算、经验公式、数值模拟等方法进行了煤柱宽度的优化研究。理论分析与实测表明,在目前的工字钢梯形棚支护条件下,区段煤柱靠近巷道侧的塑性区宽度为4-5 m,靠近采空区一侧的塑性区宽度为5.2 m,煤柱内部弹性区宽度按2.5-4.6 m考虑为宜。据此结合该矿区当前的开采深度,通过离散元数值软件进行了不同煤柱留宽的效果检验,最终确定在工字钢架棚支护的条件下,区段煤柱的合理留宽为20 m。

8.5m超大采高综采面回采巷道合理煤柱宽度分析

为确定8.5 m超大采高综采面大断面、超长距离回采巷道合理煤柱宽度,以上湾矿12401综采面回采巷道为背景,采用回归分析、理论分析、数值模拟方法进行分析。在经验法基础上采用回归分析科学预测煤柱宽度;基于D-P准则引入洛德参数修正极限平衡理论以考虑中间主应力对屈服函数的影响,并在此基础上,提出"塑性区宽度等同理论"分析煤柱宽度。研究结果为:回归分析法、载荷估算法、塑性区宽度等同理论预测值分别为25.31 m、23.5 m、24.2 m;数值模拟预测值为25 m。综上确定8.5 m超大采高回采巷道合理煤柱宽度为25 m,研究成果可为综采面回采巷道支护及稳定性等方面提供理论依据。

多级边坡平台宽度对边坡地震动力响应及破坏机制的影响

以典型工程边坡为原型,利用FLAC3D有限差分软件建立一个三维土坡模型,分析地震作用下多级边坡平台宽度对边坡动力响应特性和动力失稳机制的影响。计算结果表明,边坡设置平台可以有效地提高地震动力条件下边坡的稳定性,且平台宽度越大则稳定性越显著;PGA放大系数随着平台宽度的增大而减小。结合频谱分析得到第一级边坡坡顶的动力响应较第二级边坡坡脚的大,边坡岩土体剪应变增量和位移响应也减小;地震作用下边坡塑性区从坡脚部位向坡体内部发展,随地震持时的增加,坡顶出现拉张变形,坡面及其浅表层发生拉张剪切变形,坡体内部一定部位发生剪切变形;坡面监测点位移时程曲线表明,地震作用下边坡坡脚位移向上,发生剪出变形或破坏,坡脚和变坡点均为薄弱部位,应加强支护。研究结果对多级土质边坡抗震设计具有一定指导意义。

条带开采煤柱支承压力与塑性区分布规律研究

为了对条带开采煤柱支承压力与塑性区分布规律进行研究,采用理论分析、数值模拟及现场监测的方法,通过考虑采空区上覆煤岩体成拱效应,确定出煤柱支承压力分布情况。结合煤柱支承压力分布情况,根据玉华煤矿工程条件,采用ANSYS15.0软件模拟计算不同采空区宽度(100~260 m)、不同工作面埋深(400~600 m)的煤柱最大塑性区宽度,并对玉华煤矿2410工作面回风巷道护巷煤柱的最大塑性区进行监测。研究结果表明:依据所提出的煤柱支承压力计算方法,模拟计算出的煤柱最大塑性区宽度和现场监测结果一致。给出了确定煤柱支承压力分布的计算方法,以及依据该方法计算出的煤柱最大塑性区分布规律,可为煤柱留设宽度设计提供依据。

浅埋薄基岩煤层护巷煤柱优化机理研究及方案确定

针对浅埋深薄基岩中厚煤层护巷煤柱合理宽度的问题,结合李家壕煤矿2-2中煤层的实际情况,对其煤柱的可优化性、不同煤柱宽度的应力分布特征及塑性区分布范围进行研究,结果表明:浅埋深薄基岩中厚煤层中煤柱矿压较小,矿压显现不明显,煤柱宽度大于16m时,煤柱整体应力较低,塑性区范围较小,中间弹性核宽度过大;煤柱宽度小于8m时,两侧支承压力叠加,煤柱整体应力较大,塑性区几乎贯通整个煤柱,不能满足煤柱稳定的需求;12m煤柱为合理煤柱,整体应力相对不大且中间弹性核合适,一个工作面可多回收煤炭6.21万t。

老顶给定变形下综放沿空掘巷合理定位分析

通过现场观测和理论分析认为 ,综放工作面采空侧煤体受到老顶以给定变形作用 ,在煤体边缘形成一定宽度的塑性区 塑性区的宽度与老顶的活动规律、煤层和直接顶的厚度、力学特性有关 ,运用模尔库仑准则建立了计算塑性区宽度的力学模型 ,提出了综放沿空掘巷的定位方法 ,并用于工程实践 图 4,表 1,参

煤与瓦斯突出塑性区宽度的计算与分析

煤与瓦斯突出不仅与地应力、瓦斯压力、煤岩体强度有关,而且还和卸压区范围有关。卸压区越薄,集中应力区越接近工作面,卸压区煤体被冲破造成突出的可能性就越大。根据煤岩与其顶底板岩层接触类型不同,把煤岩体塑性区的求解分为柔弱端约束和固端约束两类,并运用不同的煤岩体破坏准则对这两种类型煤岩体卸压区宽度与塑性区宽度进行理论计算,得到相应的理论计算公式。煤矿企业可以根据实际情况,理论计算煤岩体塑性区宽度,从而确定安全宽度,以预防煤与瓦斯突出事故的发生。

基于统一强度理论的煤层平动冲击失稳解答

以统一强度理论作为煤层塑性区的屈服判据,考虑中间主应力对煤层强度的提高作用,建立了平动冲击失稳之前煤层的应力统一解、扰动深度解析式以及塑性区宽度统一解,对其进行可比性分析、文献已有解答的对比验证,探讨了中间主应力效应、煤层埋深与厚度、煤层强度参数对平动冲击失稳的影响特性。研究结果表明:本文所得应力统一解和塑性区宽度统一解均是一系列有序解答的集合,并得到文献Mohr-Coulomb准则解答、Hoek-Brown准则解答以及Lippmann理论的验证,具有广泛的理论意义和良好的工程应用前景;当统一强度理论参数 b 从0增加到1时,煤层发生冲击失稳的破坏范围减小了25.3%,冲击倾向性即塑性区扩展率由0.63减小到0.47,这表明中间主应力对煤层平动冲击失稳的影响显著,应合理考虑中间主应力效应,以充分发挥煤层的承载潜力;支护力对煤层的塑性区宽度影响较大,当支护力从0增加到1 MPa时,塑性区宽度平均减小了21.3%,需切实构筑有效支护以减小煤层平动冲击失稳的破坏范围;深埋煤层的稳定性较差、冲击失稳时破坏范围较大,另外厚煤层相比于薄煤层的稳定性较高,但发生冲击失稳的破坏范围更大;黏聚力和内摩擦角作为煤层的重要强度参数,对煤层平动冲击失稳的影响十分显著,开挖设计时应充分考虑煤层强度参数的变化,特别是内摩擦角。

6.5m厚煤层一次采全高工作面煤壁稳定的研究

为了解决6.5m厚煤层一次采全高工作面煤壁稳定性问题,提出了煤壁塑性区的形成与扩展和工作面支架支护强度是影响此类工作面煤壁稳定性的两个主要因素,然后结合平面应变条件下的LadeDuncan强度准则,建立了煤壁塑性区宽度计算公式,并通过数值计算对上述影响因素进行了模拟研究,最后提出了采用加大支架护帮板支护阻力和煤壁注浆加固等方法来控制煤壁片帮失稳,现场试验表明,上述方法有效地解决了王庄矿一次采全高工作面煤壁稳定性的技术难题。

浅埋综采工作面区段煤柱宽度优化

以龙华煤矿3^(-1)煤30203工作面为工程背景,采用现场实测,理论分析和数值模拟的方法进行了区段煤柱宽度优化研究。建立了三维有限差分模型,分析了不同煤柱宽度时煤柱的弹性区宽度,煤柱支承应力分布规律以及顺槽围岩变形特征。完成了煤柱松动区数字钻孔成像和煤柱受力特性现场实测方案设计并开展了实测分析,得出了顺槽煤柱松动区范围和塑性区宽度。实测结果表明20 m的区段煤柱宽度有优化的空间。综合分析数值模拟和理论分析的结果,建议龙华煤矿3^(-1)煤综采工作面区段煤柱合理宽度为15 m。最后进行现场工业性试验验证了理论分析和数值模拟的合理性。该研究结果可以提高煤层回采率,增加经济效益,可为类似开采条件下区段煤柱的留设提供参考。

玉华煤矿综采工作面面间煤柱合理尺寸研究

合理尺寸的煤柱既可以保证巷道的稳定性,也可以提高煤炭的回收率。本文以铜川玉华煤矿为背景,通过应力动态监测、理论推导与工程验证相结合的方法确定区段煤柱合理留设宽度。通过对2410工作面进行应力监测,发现相较于采空区侧煤柱,实体煤的承载能力较高,应力增量较大,在采动影响下应力峰值向深部转移时间晚。为进一步确定煤柱具体留设宽度,考虑工作面开采后煤岩体垮落的成拱效应,建立上覆岩体向煤柱传递荷载的传力拱模型,对煤柱支承压力分布规律进行研究,在明确荷载传递机理与煤柱受力后,结合极限平衡理论与刚塑性理论,得出综采工作面面间煤柱的合理留设宽度和煤帮加固范围。根据研究成果进行工程验证,巷道表面位移观测结果说明所设计的煤柱尺寸合理可靠。该研究结果对类似开采条件下的区段煤柱宽度确定具有参考意义。

孤岛工作面沿空掘巷合理窄煤柱宽度模拟

针对孤岛工作面的回采巷道留设大煤柱造成煤炭资源的损失,且较宽的区段煤柱在工作面回采后形成应力集中,影响邻近煤层的开采和底板巷道的稳定的问题.以城郊煤矿2107孤岛工作面回采巷道沿空掘巷为工程背景,采用UDEC数值模拟软件对2107工作面回采巷道不同宽度条件下的围岩稳定进行了分析研究,结果表明:当区段煤柱宽度为4m时,巷道围岩控制能满足工作面安全生产的需要.