深井跨采巷道群开采扰动模拟分析与围岩控制对策研究

针对工作面开采扰动下底板巷道围岩控制难题,以安居煤矿1315工作面跨采底板巷道群为研究背景,通过数值模拟及现场实践的方法,分析了上覆工作面回采过程中巷道围岩的应力和塑性区分布特征。研究结果表明:工作面推进至终采线100 m时,超前支承压力在水平方向影响范围约35.8 m,在竖直方向影响范围约37.8 m。底板巷道按照到工作面距离的大小先后受到回采影响,具有过程性。针对3_(上)煤底板巷道群围岩受扰动变形等特点,提出“锚网索+T型钢带+金属网”联合支护技术方案。现场监测表明,支护方案对底板巷道群围岩变形量控制效果显著,确保了工作面下覆巷道群在回采期间的稳定使用。

采动影响下某矿矩形巷道稳定性数值模拟分析

某矿大巷受工作面回采时的采动影响出现了巷道断面收缩变形问题。针对该矿采动巷道稳定性控制难题,在分析深部采动巷道应力环境与变形特征的基础上,以该矿开拓巷道为研究背景,借助FLAC3D数值模拟手段,研究了工作面推进下采动巷道的应力场及塑性区演化规律,分析了采动系数对大巷稳定性影响机制。结果表明:随着工作面推进,采动巷道顶板处支承应力呈“脊背形”分布,塑性区急速发育,当工作面距巷道间距小于70 m后,采动巷道稳定性显著降低,采动应力系数λ对巷道稳定性影响显著,呈负相关,λ>3.0时巷道上部出现“蝶形”塑性区,变形剧烈。

浅埋近煤层群采动“三区”漏风裂隙场时空演化规律数值模拟

浅埋近煤层群采动下,地面采空区工作面“三区”之间易形成连通的漏气通道引发工作面低氧和采空区煤自燃,如何厘清采动效应下浅埋煤层群“三区”漏气通道的时空分布演化规律是有效防控煤自燃和低氧的关键。以陕煤柠条塔煤矿S1232工作面为研究背景,采用理论与数值模拟相结合的方法,研究了单一煤层、复合煤层重复开采下覆岩破坏特征,分析了煤层间距与采厚对裂隙二次发育的影响规律。结果表明:浅埋近煤层群开采下上覆岩层裂隙仅存在垮落带与裂缝带,主关键层破断后裂缝带快速发育至地表,关键层周期破断控制地表裂隙周期生成与下沉;上煤层裂隙密度发育由原始阶段先后经历快速增长、稳定和二次增长3个阶段;随采厚增大,各区间裂隙密度增大,大裂隙发育更充分,裂隙宽度整体增大;随煤层间距增大,小于0.2 m的裂隙宽度随采厚增大,且增加的速度逐渐加快,大于0.2 m的裂隙宽度随采厚增大,但增加速度逐渐变缓;采厚相同时,裂隙宽度大于0.2 m的裂隙密度随着煤层间距的增大逐渐减小。

基于三维数值模拟的采动滑坡变形机理分析

在深层煤炭资源丰富的地区,采动滑坡是不同于普通滑坡的一种特殊地质灾害,其形成往往是由煤层开采而引起的,以采动滑坡为例,建立三维模型,探讨采动滑坡的变形机理,研究表明:采空区作为采动滑坡产生的“启动因素”,其主要造成坡体应力发生改变从而诱发坡体的滑动;在采动滑坡变形机理分析中划分倾倒拉裂区域是合理的,倾倒拉裂的存在是造成地表位移分布范围远大于煤层开采范围以及促使坡体裂缝发育的关键因素;在今后采动滑坡的治理与防治工作中,应注重对采空区的变形分析制定有针对性的治理措施,以免盲目治理滑坡而忽略采空区问题。

鑫顺煤业迎采强扰动巷道围岩稳定性控制研究

为解决迎采对掘沿空掘巷过程中巷道围岩变形严重、支护困难等问题,以山西煤炭进出口集团左权鑫顺煤业某一轨道顺槽为研究对象,采用钻孔窥视和数值模拟等方法,研究了迎采对掘迎采强扰动巷道围岩稳定性控制的问题,确定巷道的支护方案为锚杆+锚索+锚网以及W型钢带等相互配合的联合支护方法。现场应用后对围岩变形进行监测,结果表明该支护措施有效抑制了围岩变形,达到了很好的支护效果。

大采高综采工作面迎采动掘进巷道支护方法优化研究

针对大采高综采工作面迎采动掘进巷道支护不合理导致巷道变形严重问题,采用现场监测、数值模拟与实践相结合对迎采动掘进巷道支护优化方法进行了研究。结果表明:原支护条件下,迎采巷道以顶板及两帮松动破坏为主,最大破坏深度达1.58 m,需要加强支护;迎采巷道“锚杆+锚索+钢筋梯子梁”加强支护方法,随着工作面的推进,巷道顶板塑性区面积减小53.3%~59.7%,两帮塑性区面积减小49.1%~58.8%,应力峰值显著降低,满足迎采巷道稳定要求。通过现场实践,巷道加强支护后,顶板下沉量减小69%,煤柱帮位移减小68%,回采帮位移减小67.7%,巷道支护效果显著。

工作面覆岩采动裂隙演化规律物理及数值模拟研究

了解工作面推进过程中采动裂隙的演化规律对于煤层气抽采及瓦斯控制至关重要。采用相似模拟和数值模拟的方法研究了工作面推进过程中采空区覆岩采动裂隙的演化规律,研究结果表明:采空区中部和采空区边界处靠近巷道的区域上覆岩层的采动裂隙存在截然不同的变化规律。采空区中部区域,上覆岩层的采动裂隙随着工作面的移进及越过呈现“迅速增加—逐步减低—稳定”的变化规律;采空区边界靠近巷道的区域,呈现“迅速增加—稳定”的变化规律。远离开切眼、靠近巷道的采空区上覆岩层采动裂隙发育最为充分;工作面走向平行于最大水平主应力时的各区域采动裂隙发育,显著高于工作面走向垂直于最大水平主应力时的;较硬直接顶对于提高采动裂隙渗透率有积极作用。

迎采动宽煤柱承载特性及矿压显现规律研究

单翼开采矿井为解决采掘接替紧张的问题,常会出现迎采对掘的情况,而迎采动掘巷期间,矿压显现规律和煤柱宽度的确定是巷道掘进及安全回采的关键。以炭窑坪煤业100303运输巷迎采掘巷期间为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,对煤柱的合理宽度及迎采期间的矿压显现规律进行研究分析。主要结论有:通过理论计算,煤柱在受到掘进扰动和工作面采动的双重影响下,确保煤柱不完全发生塑形破坏且存在弹性核的宽度至少为30 m。数值模拟发现,掘进迎头至相遇位置前方20~30 m时,围岩变形开始增大,煤柱帮和回采帮变形量均超过0.5 m。当掘进至采空区后方一定距离后,围岩因同时受掘进扰动与采空区侧向支承应力的叠加影响,变形增幅加快,煤柱帮变形严重,最大变形量超1 m。提出100303运输巷掘进距100302综采工作面70 m时,停止掘进,在迎采扰动范围内,优化支护参数,提高煤柱承载能力。现场监测表明,巷道顶底板和两帮均变形较小均在可控范围内,有效控制了迎采动工作面掘巷的围岩变形。

综放面迎采对掘巷道合理煤柱宽度及围岩控制技术研究

针对迎采对掘小煤柱巷道存在围岩不易控制的难题,以永红煤矿3306工作面为工程地质背景,充分利用理论、模拟和试验相结合的方法,分析了迎采对掘巷道围岩演化特性及其围岩应力、变形与支护强度之间的协调关系,提出巷道围岩分段让压综合控制技术,并进行了现场应用。研究表明:迎采对掘巷道(3306运输顺槽)合理的煤柱宽度为9 m;该类型的巷道所经历侧向动压、侧压压力时的应力环境差异性较大,为此提出以小孔径锚索加固、煤体注浆加固及高强护表联合支护为主,巷道超前支护为辅的动态分区域联合控制技术,可有效控制巷道底鼓和非对称变形难题;巷道掘进期间变形不明显,回采期间顶底板收缩最大972 mm、两帮收缩最大586 mm,围岩变形可控,确保了工作面安全回采。同时也为相似条件下的巷道实践提供科学参考。

永智煤矿迎采巷道支护研究与应用

由于迎采掘巷会形成采掘扰动应力叠加,使该阶段巷道围岩变形量增加,巷道难以维护。文章针对永智煤矿生产地质条件,采用数值模拟研究了迎采巷道的围岩应力演化规律、围岩变形规律等,结果表明:迎采扰动范围为采掘两个工作面间距20 m至滞后40 m,迎采扰动对5102辅运巷顶板下沉影响较大,对底鼓和两帮变形影响较小,巷道下部的围岩变形大于上部但不明显;根据数值模拟结果,提出了巷道顶板补强支护方案。该方案经过现场应用表明,迎采扰动范围内的巷道围岩变形得到了有效控制,取得了良好效果。

采动影响下全煤回采巷道围岩稳定性模拟研究

采用FLAC 3D数值模拟软件,研究了采动影响下全煤回采巷道围岩稳定性,结果表明,回采巷道开挖后周边围岩体应力释放并向深部转移,在回采巷道周边出现应力集中现象。随着采动应力系数的增大,回采巷道周边围岩体垂直应力呈线性增加,且垂直应力集中位置距巷道中心呈线性增大;回采巷道开挖后顶板下沉、底板鼓起,随着采动应力系数的增大,回采巷道顶底板及两帮变形量均呈指数函数增大;回采巷道开挖后,周边围岩体表现出拉伸破坏和剪切破坏,回采巷道周边塑性区面积随采动应力系数的增加逐渐增大,且采动应力系数大于2.5时塑性区呈“蝶形”分布。

近距离煤层重复采动覆岩裂隙带发育特征及模拟研究

煤层重复采动覆岩破坏特征及裂隙带发育特征与煤矿安全、高效开采密切相关。本文以贵州松河煤业发展有限责任公司为研究背景,采用3DEC模拟分析覆岩内部的应力分布和裂隙演化过程,揭示覆岩裂隙带发育机制。研究结果对理解近距离采动下覆岩导水裂隙带形成及其对矿井安全的影响具有重要意义,为煤层开采工程设计和安全预测提供理论依据。

近距离采动影响巷道稳定性数值模拟研究

针对近距离采动影响巷道,运用FLAC2D软件,对不同情况下的跨采巷道稳定性进行数值模拟分析。初步探讨了近距离采动影响巷道围岩应力场的形成发展状况和传递分布特征,及考察方法的可行性和模型的可靠性,为确定合理的跨采方案提供有价值的指导或参考。

岳城矿预抽地面井采动影响数值模拟研究

为提高地面井抽采效率及优化地面井井位选择,基于岳城矿1301下工作面概况、岩层参数及综合柱状图,采用FLAC 3D构建岳城矿综采工作面数值计算模型,对采场覆岩运移规律进行模拟计算分析。通过模拟1301下综采工作面回采情况,分析了采动过程顶底板塑性区变化及覆岩应力变化规律,得到了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,并进一步分析了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,为预抽井井位优选提供了理论依据。

大采深复杂采动条件下巷道锚杆支护数值模拟研究

协庄煤矿3417W工作面是大采深采场,通过采用数值模拟方法,确定在采用不同锚杆支护设计方案条件下的巷道破坏、应力分布和锚杆受力情况以及巷道表面位移的大小,为类似条件下的煤层开采和巷道支护提供了理论依据。

采动影响区桩身-承台协同作用数值模拟研究

为探究桩基在煤矿采动影响下的水平响应,建立了模拟计算下部开采影响上部桩基-承台的整体模型。采用该模型计算了工作面推进距离不同的3种工况,分析了桩顶-承台连接状态、承台形式对桩身水平位移及弯矩的影响。研究表明:桩基与工作面距离越近,桩身位移越大,桩身弯矩也越大;增大承台尺寸可有效降低桩顶位移;桩顶-承台分别固接和铰接对桩顶位移影响较小,主要区别在于固接桩顶产生较大抵抗弯矩,同时桩身最大正弯矩发生深度相比桩顶铰接时有所下移。

大断面迎采动巷道变形规律及切顶卸压控制技术研究

游仙山煤业15212工作面面临迎采动巷道掘进变形严重的问题,为探究更为有效的围岩控制措施,运用数值模拟、矿压监测等手段,研究迎采动巷道围岩控制技术,设计水力压裂切顶卸压方案来减弱采动影响。数值模拟研究表明方案具有可行性,坚硬顶板的合理压裂厚度为10 m,在15213回风巷进行水力压裂应用试验,压裂后,15212运输巷顶底板、两帮变形量分别降低63.5%、68.9%,巷道围岩得到有效控制,能满足工作面正常生产的断面需求。

特厚煤层采动覆岩裂隙演化规律物理及数值模拟研究

为准确掌握靖远矿区特厚煤层采动覆岩裂隙演化分布规律,为回采过程中瓦斯抽采系统的布置提供依据,以魏家地矿北1103工作面为试验原型,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟相结合的方式开展工作面回采试验,统计特厚煤层采动覆岩周期来压规律,分析回采过程中围岩应力的变化规律,研究特厚煤层采动裂隙的演化分布规律。结果表明:最后一次周期来压时,裂隙带和垮落带停止向上发育,高度分别为39.1 m和127.9 m;围岩应力集中区应力呈轴对称分布,分布范围为8.94~19.8 MPa,卸压区的应力呈抛物线分布,分布范围为0.22~1.46 MPa;卸压区的高度及位移最大区高度随煤层采高的增大逐渐增大,其中卸压区高度的增高趋势趋缓,变化范围为70.4~81.2 m,位移最大区的高度变化范围为52.4~74.8 m,其宽度随采高的增大而减小,变化范围为102.3~71.6 m;采高从6 m增加到12 m时,主关键层出现显著的下沉变形,上方无明显裂隙,下方裂隙激增,采空区压实区宽度减小、高度增加。

特厚煤层采动覆岩裂隙演化规律物理及数值模拟研究

为准确掌握靖远矿区特厚煤层采动覆岩裂隙演化分布规律,为回采过程中瓦斯抽采系统的布置提供依据,以魏家地矿北1103工作面为试验原型,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟相结合的方式开展工作面回采试验,统计特厚煤层采动覆岩周期来压规律,分析回采过程中围岩应力的变化规律,研究特厚煤层采动裂隙的演化分布规律。结果表明:最后一次周期来压时,裂隙带和垮落带停止向上发育,高度分别为39.1 m和127.9 m;围岩应力集中区应力呈轴对称分布,大小为8.94~19.8 MPa,卸压区的应力呈抛物线分布,分大小为0.22~1.46 MPa。卸压区的高度及位移最大区高度随煤层采高的增大逐渐增大,其中卸压区高度的增高趋势趋缓,变化范围为70.4~81.2 m;位移最大区的高度变化范围为52.4~74.8 m,其宽度随采高的增大而减小,变化范围为102.3~71.6 m;采高从6 m增加到12 m时,主关键层出现显著的下沉变形,上方无明显裂隙,下方裂隙激增,采空区压实区宽度减小、高度增加。

采动诱发断层活化响应机制特征研究

在煤矿开采过程中,采动引起的应力扰动是导致断层活化的关键因素,这种断层活化是煤矿安全开采面临的主要挑战之一。断层活化不仅易于诱发煤矿冲击地压、底板突水等地质灾害,而且对开采安全构成重大威胁。为分析采动效应下断层构造带的演化机制,通过Flac^(3D)数值模拟软件及相似材料模拟试验,建立采动条件下断层的应力-位移响应模型,进行相关研究。结果表明:开采过程中,扰动对于应力的影响作用要先比位移产生,且应力会出现峰值;当应力出现峰值,达到屈服极限后,扰动对于位移的影响作用逐渐显现;随着工作面不断推进,采动导致上覆岩层大面积垮落,致使上覆岩层与断层带贯通,并逐渐诱发断层带的活化现象;采动影响下,断层活化并不是一次性全阶段活化,而是由上部到下部的逐渐活化,其具有明显的空间性、阶段性特征。明确了断层活化的发生特征,能够有效提高对于断层活化间接引起的冲击地压、底板突水等一系列地质灾害事故的预警预防,对于煤矿安全高效开采生产具有重要意义。