近距煤层合层综放工作面矿压显现规律研究

针对近距煤层合层综放开采覆岩移动破坏与矿压显现规律等问题,以涡北煤矿842首采综放工作面为工程背景,采用相似模拟试验和数值分析手段对工作面开采过程进行研究。结果表明:相似模拟试验下覆岩冒落带高度为38 m,开切眼附近裂隙带的高度为103.8 m,停采线附近裂隙带的高度为95.4 m,基本顶初次来压步距为28 m,周期来压步距为17.5 m。由数值分析得到采场围岩位移场与应力场的变化颇为相似,分析采场前方支承压力分布特征与相似模拟试验的结果相吻合。研究结果可为近距煤层合层综放工作面煤柱宽度、工作面支护参数设计提供技术指导。

深井极近距煤层群工作面布置方案数值模拟研究

为研究深井极近距煤层群工作面合理布置方案,基于FLAC^(3D)数值模拟软件,对深井极近距煤层群相邻工作面等距内错、等距外错、不等距内错5种方案下的扰动应力场分布及围岩破坏特征进行深入研究。研究表明:上层工作面开采后,垂直应力呈现轴对称分布,最大垂直应力点位于工作面超前煤壁区和切眼之后煤柱区,超前支承压力影响区为工作面前方12 m,峰值达到53.577 MPa;下层工作面布置时应将巷道布置于上层煤采动后的应力降低区,同时考虑煤炭回收率,采用进风巷内错30 m、运输巷内错10 m的方式来布置巷道;潘二矿采用模拟最优方案进行了现场施工,实现了安全回采,并且对比等距内错方案,提高了采出率。研究成果可为煤层群工作面布置及安全开采提供参考依据。

平四矿近距煤层上行开采研究

在对煤层赋存条件进行分析的基础上,根据平四矿己16煤层的采动覆岩裂隙发育规律,阐释了近距煤层上行开采机理,分析了上行开采可行性的判别准则.采用数值计算软件UDEC,分别建立了煤层开采走向和倾向模型,计算并分析了己16煤开挖后不同层位覆岩的变形状况及其影响范围.模拟结果表明,先采己16煤后,己15煤的倾斜值即其台阶下沉量比较小,未超过煤厚之半(750 mm),除工作面两端头对应区域外,煤层表现的很连续.同时表明,下煤层的开采对上煤层的破坏程度在走向方向上比在倾斜方向上大.模拟结果与工程实践情况相符,并经两工作面应用,证明上行开采是可行的,并采用国产设备成功解决了上煤层的薄煤层综合机械化开采.

浅埋近距煤层开采三场演化规律与合理煤柱错距研究

为探索浅埋近距煤层开采基于三场(应力场、位移场和裂隙场)演化规律的合理煤柱错距,实现井下减压与地表减损开采,以陕北柠条塔煤矿北翼东区1^(-2)与2^(-2)煤层开采为背景,采用FLAC^(3D),UDEC数值计算、物理模拟及理论分析相结合的方法,揭示了近距煤层开采覆岩与地表应力场、位移场和裂隙场演化规律,掌握了不同区段煤柱错距对煤柱集中应力、覆岩与地表位移及裂隙演化的影响,提出了基于三场演化规律的区段煤柱错距确定方法。研究表明,近距煤层开采的裂缝集中发育和地层拉、压应力集中源于煤柱引起的非均匀沉降,上部单一煤层开采后,在底板形成煤柱高应力区、低应力区和采空区中部高应力区,为避开上、下煤柱垂直应力叠加,下煤层巷道应布置在低应力区范围内。近距煤层开采的地表拉应力场和位移场与煤柱错距存在密切联系,通过合理的煤柱错距布置,可以减缓地表下沉的"波状"幅度,减轻地表拉应力和水平变形。随两煤层煤柱错距增大,覆岩裂隙场由叠合逐渐分散,对应地裂缝逐渐减小,煤柱错距对其上部的覆岩裂隙与地裂缝起控制作用。建立了应力场-位移场-裂缝场耦合控制模型,提出了煤柱错距的计算方法,可实现减轻地应力集中和地裂缝发育的耦合控制。本研究得到实测验证,并在柠条塔煤矿后续开采布置中应用。

急斜近距煤层联合开采覆岩运移规律模拟

针对乌鲁木齐矿区碱沟煤矿急斜近距煤层分段放顶煤开采过程中,同一开采区段内任一煤层开采将对邻近煤层构成破坏性影响的问题,通过数值和相似模拟的方法,对独立开采和联合开采方式下覆岩运移规律进行了对比研究,探讨了联合开采的科学性.研究表明:联合开采并未引起围岩破坏运动范围的急剧增加,围岩运移破坏范围的增大是有限的,不会造成灾变性危险;联合开采是解决急斜近距较薄厚煤层开采困难的有效途径.研究为碱沟煤矿B19,B20煤层联合开采工业性试验提供了科学依据,对其它具有类似开采条件的煤层也具有一定的借鉴意义.

浅埋近距煤层采空区覆岩移动规律相似模拟

浅埋近距煤层采空区坚硬顶板覆岩与煤柱破坏易导致动力灾害,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉降,为确保此类矿井的安全高效开采,结合冯家塔煤矿1402综采工作面实际,对该煤矿进行了煤柱破坏与覆岩移动规律的物理相似材料实验模拟研究,试验是以1-1采区的开采为模拟对象,模拟在工作面长度为270 m的单一走向长壁开采后,上覆岩层的移动和变形规律。研究结果表明:随着浅埋近距煤层采空区的增大与时间的推移,开采时大面积来压是由于保护煤柱逐渐被压垮引起覆岩大面积冒落,致使近距煤层之间采空区导通,垮落从直接顶开始,逐步扩散至地表,上覆岩层的运移以垂直为主,水平运移并不明显,形成梯形状下沉,上部煤层开采后其覆岩关键层破断块体结构的稳定性是影响下部煤层开采时工作面矿压显现强烈程度的重要因素。

浅埋近距煤层开采三场演化规律及煤柱群结构控制效应

为探索浅埋近距煤层开采煤柱减压与地表减损控制方法,以陕西省神南矿区柠条塔煤矿北翼东区1^(-2)与2^(-2)煤层开采为背景,采用物理模拟与理论分析相结合的方法,分析了浅埋近距煤层开采的应力场、位移场和裂隙场(三场)演化规律,建立了下煤柱集中应力、地表下沉、覆岩裂隙和地表裂缝发育与不同煤柱群结构的关系,提出了煤柱群结构的分类,揭示了煤柱群结构效应。研究表明,随上下煤柱错距增大,下煤柱最大垂直应力呈“大→小→大”变化,避开上煤柱集中应力传递区和上工作面采空区中部增压区,可实现下煤柱减压;不同错距煤柱结构形成的地表沉降分为沉降落差极值段、沉降落差减小段和沉降落差稳定段,在沉降落差稳定段地表裂缝最小。揭示了不同错距煤柱群结构对区段煤柱侧覆岩裂隙与地表裂缝的控制效应,确定了煤柱减压与地表减损的合理煤柱错距范围。基于三场演化规律,提出了煤柱群结构分类:叠置煤柱群结构、错置煤柱群结构、减压区分离煤柱群结构和压实区分离煤柱群结构;确定了“减压区分离煤柱群结构”可实现集中应力、地表不均匀沉降、覆岩裂隙和地表裂缝耦合控制,是最佳煤柱群结构。建立了基于煤柱集中应力控制的减压模型和基于覆岩位移与裂缝控制的减损模型,提出了煤柱减压与地表减损耦合控制方法,研究结果可为浅埋近距煤层安全减损开采提供依据。

近距煤层群下部煤层回采巷道布置研究

近距煤层群开采工作面间易相互作用,下部采场围岩力学环境复杂,巷道布置要求高,合理布置回采巷道是下部煤层高效开采的关键。为解决下部煤层回采巷道布置难题,综合采用现场实测、数值计算、理论分析等手段,对下部煤层回采巷道松动圈范围、巷道布置影响因素、巷道布置参数等进行研究,研究结果表明:近距煤层群下部回采巷道布置的主要影响因素为上部采场残余煤柱承载、上部采空区水及同煤层采动作用;残余煤柱承载形态呈现为马鞍状,煤柱承载会向底板岩层转移,并于煤柱附近底板岩层中发生应力集中,应力强度与距煤柱距离呈负相关性;下部煤层同煤层临近采场采动促使拟布置巷道围岩承压整体呈现出"升高-降低-升高-降低"的分布特征,且上下采场采动作用易叠加;近距下部煤层回采巷道布置的关键是兼顾上、下煤层采动影响,合理设计工作面间煤柱宽度。

凉水井矿近距煤层上组煤老空水防治技术研究

运用理论计算、数值模拟并结合现场试验研究了凉水井煤矿2近距煤层上组煤开采后底板破坏深度及下组煤顶板导裂带高度。结果表明,上组煤底板在采动后应力集中影响下产生破裂,随后受周期来压的影响稍有加深至16 m。当开采下组煤时,导裂带裂隙叠加并贯通至上组煤老空区,同时上组煤导裂带会更加发育,松散含水层水及地表水将更易导入采煤工作面,应提前预防。

近距煤层开采矿压显现规律分析

为解决近距煤层开采采场矿压控制问题,对祁东煤矿6130、7130综采工作面进行了现场实测,得出了两工作面的初次来压、周期来压步距。在此基础上,结合理论计算和UDEC软件对采场覆岩的顶板破断、应力分布情况进行了模拟。

急斜近距煤层联合开采三维数值模拟研究

为研究急斜近距煤层联合开采中围岩的稳定性,通过三维数值模拟,对碱沟煤矿联合开采的B19和B20煤层采后围岩的应力场和位移场进行了研究。研究结果表明:联合开采时采场围岩顶板方向引起的位移、应力变化要比在底板显著,但并不会引起围岩破坏运动范围的急剧增加,联合开采可成为解决急斜近距煤层开采困难的有效途径。研究为乌鲁木齐矿区赋存的大量急斜近距煤层的有效开采提供了科学依据,同时对其它具有类似开采条件的煤层的开采也具有一定的借鉴意义。

极近距煤层下位煤层巷道围岩控制原理及应用

为了解决极近距煤层巷道支护技术难题,分析巷道围岩特征及变形规律,总结已有支护形式,提出围岩控制原理。概括为:①利用高强度锚杆施加的高预应力,把巷道开挖初期形成的叠合梁顶板转变成组合梁顶板,显著降低煤岩层顶板的挠度和应力,提高顶板浅部煤岩层的强度,增强其承载能力;②采用短锚索提供高预紧力,串联顶板深浅部煤岩层,增大组合梁的厚度和强度,再降低煤岩层顶板的挠度和应力,提高顶板整体结构的稳定性;③选用高强度锚杆加强两帮支护,控制煤帮变形和破坏,确保巷道整体稳定。据此提出水峪矿5116面运输巷支护设计,巷道围岩变形得到显著控制。

近距煤层巷道煤柱尺寸的优化设计

本文采用能描述岩体大变形特征的几何非线形程序FLAC3D,以赵坡煤矿的地质采矿条件为依据,进行数值模拟研究,在极近距离煤层联合开采条件下,对巷道在单独开挖以及在工作面开采时巷道围岩的受力和变形特征进行了分析,得出了巷道煤柱留设尺寸为3m时比较符合工程实际,对指导类似的工程施工有一定的借鉴意义。

浅埋近距煤层群开采扰动载荷传递作用分析

针对陕北浅埋近距煤层下层煤层开采顶板来压剧烈的问题,采用物理相似模拟实验以及理论分析的方法,对浅埋近距煤层薄顶板载荷传递作用进行了分析,深入研究了浅埋煤层长壁开采的矿压显现规律、顶板破坏机理与载荷传递之间的规律.研究结果表明,浅埋近距煤层矿压显现的基本特点是载荷传递作用明显,来压强度剧烈,超前应力峰值主要集中在工作面前方20 m左右,超前支承压力显著影响距离为40 m左右,一般在6~10 MPa,应力集中系数范围在2~3.3.薄顶板破断首先在煤壁前方老顶上部产生拉裂隙,薄顶板所受荷载较大且破坏严重,顶板周期性破断形成微弧层状岩板,层状岩板回转可形成铰接结构,出现"二次成拱"现象.经过计算得出载荷传递因子为4.66.通过声发射监测得出,信号以高频率高能量信号为主,声发射信号由小突然增大,或是在连续增加时突然减小,表明岩层发生明显荷载传递作用.

急斜近距煤层水平分段轻型液压支架放顶煤联合开采的实践

论述了碱沟煤矿采用急斜近距煤层水平分段轻型支架放顶煤采煤方法的科学性。新型采煤法的实施有利于避免急斜近距煤层开采的相互影响,提高生产能力和采出率,形成规范的通风系统。进一步论述了这种新型采煤法回采工艺的独特性和液压支架的适应性,得出采用这种特殊的回采工艺和液压支架保证了作业安全,有利于高产高效,而且适应了联合开采后顶煤的放出过程、围岩破坏和矿压显现特征。并提出了进一步改进采煤方法,完善工作面生产体系的建议。

近距煤层上行开采底板稳定性分析

通过现场掘探巷实测，取样测定底板岩层物理力学参数，并在相似模拟和数值计算基础上，分析了条带采空区上近距离煤层上行开采工作面底板稳定性，探讨了底板关键层的失稳机理。

遗留煤柱下伏近距煤层扰动应力场及强度系数分布

针对近距离煤层遗留煤柱下伏回采巷道围岩变形大、不易控制等难题,以某矿地层条件为研究背景,建立力学模型,研究了上覆煤层开采后遗留煤柱下伏煤岩层中水平和竖直方向的应力集中系数,研究了煤岩体受遗留煤柱影响后的围岩强度系数分布规律,揭示了遗留煤柱对下伏近距煤层围岩稳定性的影响。

特近距煤层上层采动对下层开采影响试验研究

利用平面应力相似材料模拟实验，通过对特近距煤层不同开采条件下上覆岩层破断移动规律和支承压力分布变化特征的分析，研究探讨了特近距煤层上层采动对下层开采的影响程度和合理的开采方案及顶板管理措施。

近距煤层下部巷道合理位置的确定及工程实践

针对西山煤电集团公司杜儿坪矿近距煤层开采难题,采用理论分析和数值计算相结合的研究手段,分析下部巷道受上部采空区和煤柱集中应力的双重影响,对上部和下部煤层层间距离,以及下部巷道采用不同巷道布置方式条件下围岩分布特征作了对比分析,提出了下部巷道合理位置的选择和确定的方法,并进行了井下工程实践,取得了较好的支护效果,为同类条件下的工程应用提供了借鉴。

近距煤层回采巷道支护技术实践

针对木瓜煤矿近距离下煤层采空区及遗留煤柱下回采工作面巷道支护的难题,基于岩层控制的关键层理论,采用UDEC计算机数值模拟的方法,对上煤层开采后采空区及遗留煤柱应力分布规律进行了分析,优化了近距离煤层回采巷道的支护方案,解决了近距离煤层安全开采的难题。