条带式Wongawilli开采煤柱系统突变失稳机理及工程稳定性研究

对于条带式Wongawilli新型减沉开采技术,煤柱失稳直接导致地表沉陷,影响建（构）筑物的安全,采用突变理论和损伤本构方程,建立了采硐间狭窄煤柱和条带煤柱失稳的尖点突变模型。计算分析了条带式Wongawilli开采煤柱系统工程稳定性及突变影响参数,得出了窄煤柱与条带煤柱的突跳压缩量计算公式,通过工程实例计算与数值模拟验证了结果的合理性。研究结果表明：采硐狭窄煤柱满足突变失稳的必要条件,其所受载荷、屈服刚度和峰值载荷压缩量决定着突变的发生;当采高在2~6 m变化时,采留宽度比需控制在0.16~0.75,才可保证系统不产生突变失稳。条带煤柱保持稳定则要求其核区率大于17%,在弹塑性区宽度比小于0.21的情况下,条带煤柱可能发生突变失稳。

条带式Wongawilli开采煤柱失稳覆岩破坏分析

为研究条带式Wongawilli开采煤柱失稳覆岩破坏机理及岩层移动特征,结合赵屋煤矿15号煤连采一区地质采矿条件,采用理论分析、现场实测、公式计算及相似模拟相结合的方法,建立了条带式Wongawilli开采煤柱系统模型,分析了煤柱失稳机理及其对覆岩的影响。研究表明:条带式Wongawilli煤柱系统中,个别损害或者不规则(有尖角)煤柱在矿山压力及地下水侵泡等不良因素的共同作用下可能发生破坏失稳,进而引发相邻煤柱失稳,产生"多米诺"效应,从而导致整个煤柱系统失效;煤柱一旦发生失稳,开采工作面由非充分采动转化为充分采动,加剧覆岩破坏,导致地表塌陷。

条带式Wongawilli煤柱特征及作用机理分析

条带式Wongawilli采煤法是一种新型高效减沉采煤法,对减轻采场覆岩破坏、控制地表沉陷、减少采动对地表建(构)筑物的损害具有重要意义,而煤柱是条带式Wongawilli采煤法减沉降损效果的关键。为研究条带式Wongawilli开采煤柱特征及其对覆岩作用,阐明了条带式Wongawilli采煤法煤柱系统与顶板的相互作用机理,本文结合王台铺煤矿地质采矿条件,采用理论分析、相似模拟及现场验证相结合的方法,研究了条带式Wongawilli开采煤柱形式及特征,建立了条带式Wongawilli煤柱的结构力学模型,分析了直接顶离层情况及不规则煤柱、条带煤柱的受力与支护强度。研究表明:条带式Wongawilli采煤法由刀间煤柱、不规则煤柱、条带煤柱形成了特殊的煤柱系统,刀间煤柱起临时支护作用,随着工作面的推进,刀间煤柱随采随垮或者短时间内就失去支撑能力;不规则煤柱能对顶板的维护起到一定作用;条带煤柱是整个煤柱系统的关键。条带式Wongawilli开采直接顶与基本顶发生离层,直接顶弯曲下沉形成"固支梁"或垮落形成"悬臂梁" 2种结构,并作用于条带式Wongawilli煤柱;条带煤柱与传统条带开采煤柱类似,支撑直接顶及基本顶。不规则煤柱类似于支撑单体的形式(类单体)被动支撑直接顶,且不规则煤柱如果发生失稳破坏,条带煤柱的压缩突变量也会突增,影响其稳定性,进而影响整个条带式Wongawilli开采煤柱系统的稳定。

条带式Wongawilli煤柱破坏演化特征及控制研究

为了研究条带式Wongawilli采煤法煤柱破坏演化特征及控制技术,丰富条带式Wongawilli开采理论研究基础,采用理论分析与相似模拟相结合的方法,观测分析了条带式Wongawilli开采煤柱破坏的演化特征,提出了针对性的控制技术措施。分析研究表明,煤柱试样最终多数表现为近乎平行于竖直轴向的劈裂破坏,其承载力受煤柱类型、尺寸、支护等影响,煤柱破坏变形主要有锥形状破坏变形、纵向裂隙破坏变形、劈裂和崩落破坏变形3种形式。

建筑物下条带式Wongawilli采煤围岩稳定性模拟研究

为研究建筑物下条带式Wongawilli采煤围岩稳定性,结合漳村煤矿采矿地质条件,提出2种条带式Wongawilli采煤布置方式。通过数值模拟,对比分析2种条带式Wongawilli采煤方式下工作面围岩的应力场、位移场和塑性区变化情况,并对回采结束后地表移动变形及其对建筑物的影响进行计算分析。结果表明,条带式Wongawilli开采双巷单翼布置、单巷双翼布置均能有效控制地表沉陷,不仅能够安全高效地回采煤炭资源,而且还能有效保护地表建筑物。

建(构)筑物下条带式旺格维利采煤技术研究

为解决建(构)筑物下煤炭资源安全高效回采的难题,采用理论计算和数值模拟的手段对条带式旺格维利(Wongawilli)采煤技术进行分析研究,结合矿井地质资料进行条带式Wongawilli旺格维利采煤方案设计,确定支巷支护设计参数及回采工艺;采用数值模拟分析研究条带式Wongawilli采煤工作面围岩应力场、位移场、塑性区的变化情况,并对回采结束后地表移动变形及其对地表建(构)筑物的影响进行计算分析。研究结果表明:采用条带式Wongawilli采煤技术开采速度快、效率高、地表移动时间短,在安全高效回采煤炭资源的同时,能有效控制地表移动变形。

旺格维利开采的等效条带开采宽度数值模拟研究

通过数值模拟方法分析了旺格维利开采后覆岩、煤柱应力状态和关键层沉降情况随着旺采回采支巷两侧采出率、采硐垂深的变化而变化的规律;根据旺采煤柱的塑性区范围圈定对应条带开采宽度范围,进一步通过关键层的沉降曲线,采用夹逼方法得到与旺采最为接近的等效条带开采宽度;对比分析旺采与等效条带开采的模型应力分布特征,结果表明旺格维利开采可以等效为条带开采,条带开采宽度主要受旺采的回采支巷宽度、回采支巷两侧采硐采出率和采硐垂深影响,最终确定了旺采的等效条带开采宽度的计算公式。

村庄压煤开采方案设计及开采方法比选分析

为了解决某煤矿某开采块段村庄压煤问题,通过综合分析,认为条带开采具有现实可行性,并进行了条带开采采留宽尺寸设计,提出了满足条件的开采方案。通过比较连续采煤机条带式"旺格维利"采煤法及短壁采煤机开采的适用条件、应用范围,并进行了经济效益分析后,认为短壁采煤机具有更好的适用性。为其解放村庄压煤探讨了新的途径,可供类似开采条件的矿区参考。