东沟煤矿浅埋煤层群采空区下巷道最佳布置

为研究近距离浅埋煤层开采时下位煤层巷道布置方式及合理错距,以新疆东沟煤矿为工程背景,利用FLAC^3D数值模拟方法,开展了内错、外错、垂直错层位布置方式的模拟;对比分析了上位煤层开采后,残留煤柱对下位煤层应力分布的影响,以及不同错距下垂直应力分布、塑性区分布规律。研究结果表明：单考虑上位煤层残留煤柱底板应力传播的影响,B₃煤层回采巷道采取垂直错、内错距4～16 m时,均可减轻下位巷道矿压显现,避免巷道产生过大变形;综合应力分布、塑性变形、经济效益因素,B₃煤层采用垂直错时,可保障巷道稳定性,采出率、经济效益最高,为最优方案。工程实测结果表明：垂直错布置方式下,巷道两帮移近量为23～185 mm,顶底板移近量仅为12～85 mm。     

极近距离煤层下位煤层回采巷道合理位置的探讨研究

基于极近距离煤层开采条件,应用弹塑性理论及弹性力学理论分别对上位煤层开采后对底板的屈服破坏深度及残留煤柱在底板的应力分布情况进行力学分析计算。通过对煤层塑性煤柱临界宽度的计算,确定上位残留煤柱的稳定性,其在底板的非均布应力对下位回采巷道的合理布置至关重要。经过综合分析确定出下位回采巷道合理的内错距,此方法可为极近距离煤层开采回采巷道的合理位置的确定提供一定的参考。     

新柳煤矿下位煤层巷道合理位置布置分析

针对新柳煤矿近距离煤层群开采的下位煤层巷道布置难题,综合采用理论分析,数值模拟及现场实测的方法,对新柳煤矿9#煤层不同煤柱宽度下,10#及11#煤层合采时巷道布置位置进行研究。结果表明:当煤柱宽度小于7 m时,煤柱整体进入塑性状态;煤柱下方岩层的垂直应力集中程度明显降低,下位煤层巷道布置可不考虑上位煤层煤柱影响,可采用外错式、内错式和重叠式布置形式。煤柱宽度处于7~10 m时,煤柱虽不能形成稳定煤柱,但整体未进入塑性状态,下位煤层巷道可采用内错式或重叠式布置方式。当煤柱宽度大于10 m时,煤柱能够形成稳定煤柱,其传递的集中载荷在底板形成较大范围的应力增高区,巷道布置宜采用内错式布置形式,内错距离为7 m左右。     

近距离煤层下位煤层巷道内外错布置及应力分布规律研究

针对近距离煤层开采过程中下位煤层回采巷道受上位煤层开采影响煤柱应力集中、巷道支护困难等问题,以山西焦煤集团西铭矿８＃ 煤和９＃ 煤两层近距离煤层为研究对象,通过对比内错布置与外错布置的优缺点,提出了一种内外错相结合的回采巷道布置方式,并分析了煤柱宽度和巷道偏移距离对煤柱下巷道围岩变形的影响.研究结果表明:内外错相结合的巷道布置方式减小了巷道变形量,保证下位煤层安全高效开采;随上位煤层煤柱宽度增加,煤柱下巷道围岩变形量逐渐减小,结合现场工况计算得到煤柱宽度以４０m 为宜;位于上位煤层煤柱下方的巷道围岩应力呈不对称分布,巷道的合理位置位于煤柱正下方左偏２m 处,此时巷道顶板及两帮的应力分布基本对称.研究结果能够为近距离煤层下位煤层的巷道布置提供参考依据.     

基于能量释放法的近距离煤层巷道布置位置优化分析

为保证多煤层工作面安全高效开采,以新柳煤矿下位煤层内错距20 m布置巷道造成煤损较大为契点,采用室内试验对煤块受载其内部能量激增至破坏机制进行分析,并采用能量法对区段煤柱受载其内部能量积聚及其对底板煤岩体形成的破坏进行分析以确定区段煤柱合理的留设尺寸。研究表明:煤体受载(外界输入能量)导致其内部弹性能积聚至最大值,煤体继续受载其内部能量开始释放并用于形成煤体损伤直至煤体完全破坏;通过相似模拟试验对煤层区段煤柱(W区域)内部应变能变化规律进行监测发现内错距15 m布置下位煤层巷道系最小内错距,试验表明此时上位煤层残留煤柱及下位煤层内错距范围内区段煤柱(W)可保持较好稳定性;现场交子里采区1117工作面采用内错距15 m方式试验性布置巷道,巷道围岩保持较好稳定性。     

近距离煤层综放回采巷道合理位置确定

针对近距离煤层开采下部煤层回采巷道布置这一难题,采用理论分析与数值模拟等手段对上位煤层开采后造成的底板破坏深度、残留煤柱在底板的应力分布以及巷道在非均布载荷下易于破坏的原因进行研究。研究表明:煤层开采引起的侧向支承压力对底板造成的最大破坏深度为25.3m,已经波及到下位煤层巷道所在水平;在煤柱两侧边缘出现一定范围的应力降低区,煤柱正下方出现一定范围的应力增高区,煤柱底板的应力分布具有明显的非均匀性;下位煤层巷道在非均布荷载作用下,更易出现局部拉应力过大,从而造成巷道变形破坏。采用主应力改变量Δσ表示应力不均衡程度,考虑最大限度回收资源,结合数值模拟主应力分布特征,确定下位煤层回采巷道布置在距煤柱水平距离14 m。     

近距离煤层下层巷道变形影响因素的研究

以某矿井近距离煤层开采为工程实例,建立FLAC3D数值模型,分别模拟:当煤柱宽度一定时,巷道变形与巷道布置错距之间的关系;当巷道布置的错距不变时,留设的区段煤柱的宽度对本煤层回采巷道变形的影响。模拟结果得出了当煤柱宽度为15 m时,巷道顶底板移近量在错距为4 m时达到最大;综合考虑巷道维护与资源采出率,最佳的巷道布置错距为6 m～8 m;当巷道布置错距为6 m时,巷道变形随着煤柱宽度的增加而减小,根据煤柱内的垂直应力分布得出煤柱的留设宽度不应小于16 m。     

煤柱下煤层巷道围岩变形破坏机理

针对寨崖底矿煤柱下回采巷道失稳问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测等方法,分析了寨崖底矿煤柱下煤层巷道的破坏机理。得出了上煤层工作面回采后,遗留煤柱底板应力分布规律。发现煤柱下煤层高应力集中区围岩受工作面采动动载高应力扰动出现垂直应力峰值增大、应力集中区范围增加、非对称应力场,是此类巷道大变形破坏的根本原因,且预测采动影响范围为工作面前方60 m至后方130 m。     

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。     

极近距离煤层开采煤柱底板应力传递规律研究

上位煤层煤柱载荷在其底板煤(岩)层中的应力传递决定着工作面在整个回采期间巷道支护的难易程度。将煤柱对下位煤层的作用简化后理论推导出煤柱作用下底板岩层竖向应力的分布规律,并与数值模拟结果进行了对比分析。结果表明:煤柱宽度较小不能形成稳定煤柱时,底板不同深度的竖向应力以煤柱中心线为中心呈对称分布,并向两侧逐渐衰减,深度越大,影响范围越大,而影响程度越小;当煤柱宽度较大形成稳定煤柱时,深度较小时底板岩层竖向应力以煤柱中心轴线为中心呈对称"双峰"特征。距离煤柱的深度越小,"双峰"特征越明显。当深度超过一定限值时,对称"双峰"特征消失,均以煤柱中心轴线处竖向应力最大,煤柱宽度越大,应力集中程度越高,传递影响角越小。     

斜交煤柱叠加影响下工作面应力场分布特征研究

针对近距离煤层群工作面受上方多层采空区斜交煤柱叠加影响造成采场顶板垮落、煤壁片帮和压架等问题，以沙坪矿9309工作面为工程背景，在实验室测试煤岩体基本力学参数的基础上，利用数值模拟和理论分析等方法对斜交叠加煤柱影响下工作面应力场的分布特征进行研究。研究表明：叠加煤柱造成其下方9309工作面在未开采时就处于较高集中应力状态，集中系数为2.3；受煤柱影响，工作面前方最大超前支承应力的距离随推进距离的增加而逐渐减小；工作面处于煤柱下方时，煤柱集中应力因采动影响而逐渐降低和转移，工作面前方12 m左右范围内集中应力却逐渐增加，当回采稳定后，工作面顶板受叠加煤柱影响的范围为工作面长度的72%，煤柱叠加区应力普遍在25 MPa左右，集中系数6.0左右；遗留煤柱尺寸越大，其集中应力在底板中的传播距离越远，影响范围越广，工作面顶板集中应力越大。     

范各庄矿近距离煤层开采工作面巷道布置研究

为了保证范各庄矿7、8、9、12煤近距离煤层开采中上下煤及邻近工作面巷道支护稳定及优化采面布置,通过底板滑移线理论计算,得出上下层工作面巷道合理内错距离为2～3倍巷宽,12煤3125S面与上覆面间距较大,经受采动破坏较小,8煤2285S面和9煤3191S面受采动影响较大.UDEC模拟显示,7煤首采后形成显著的煤柱应力区...     

浅埋多次采动煤柱下双巷变形特征研究

针对活鸡兔井宽煤柱下双巷因上下煤层同步开采而经历多次采动影响的问题,采用FLAC3D数值模拟及现场实测方法,对35m宽煤柱下的双巷变形特征进行研究。结果表明:上煤层工作面采后煤柱下巷道顶底板累计变形量为56mm,下煤层工作面开采后巷道受4次采动影响的顶底板累计变形量约为201mm,巷道变形速度在工作面超前15m处均开始加快,但煤柱下巷道受下煤层采动影响的变形增量大于受上煤层采动影响的变形增量。现场实测表明,经历第4次采动影响下的巷道在距离工作面15~30m处变形速度加快,最终顶底板移近量仅增加32mm,两帮移近量仅增加24mm,巷道变形量极小,可保障矿井的安全高效生产,并为类似条件下矿井的巷道维护提供借鉴。     

完全无煤柱相互搭接工作面矿压理论研究

基于错层位巷道布置完全无煤柱相互搭接工作面的矿压显现特征,采用理论结合FLAC3D数值模拟进行研究.理论研究发现,错层位巷道布置与传统厚煤层沿煤层底板巷道布置首采面矿压显现特征相似,出现接续工作面后,上一区段采空区下方进风巷道和接续工作面采场上方岩层的矿压特征出现变化.通过对沿煤层底板巷道布置、沿煤层顶板巷道布置以及采空区下方巷道布置三种情况进行模拟,验证了错层位巷道布置接续工作面采空区下布置接续工作面处于低支承应力状态,采场上方垮落带高度增加的特点.     

极近距离下位煤层回采巷道合理布置及围岩控制技术研究

针对极近距离煤层回采巷道维护困难的问题,结合山西登茂通矿具体地质条件,采用理论计算和UDEC数值模拟相结合的方法,研究了3106工作面回采巷道合理布置及围岩控制,2~#煤残留煤柱下方11m范围内底板应力呈不均匀分布特征,受剧烈的非均布荷载影响下位煤层巷道顶板和巷帮易发生局部过度承载而破坏;距残留煤柱边缘15m范围内的巷道变形破坏具有显著差异性,距残留煤柱中心越近,巷道围岩破坏越严重,稳定性越差,极近距离下位煤层回采巷道布置应避开应力增高区和高水平应力的应力降低区;合适的锚杆(索)支护结构可有效抑制围岩损伤裂隙的增加并使围岩趋于稳定。3106工作面回采巷道实践表明:回采巷道布置在距残留煤柱边缘15m处并采用高强度锚杆(索)关键部位协同支护方案,可减小残留煤柱底板应力影响,有利于保持巷道围岩整体稳定性。     

近距离下部煤层回采巷道合理位置确定

为研究燕子山矿近距离下部煤层回采巷道的布置,通过理论计算对上部4号煤层4216、4218双侧采空遗留区段煤柱建立力学模型,明晰遗留区段煤柱主应力差在其底板的传递规律;应用FLAC3D数值软件模拟上部区段遗留煤柱在底板不同深度垂直应力、水平应力及主应力差的分布特征,分析了主应力差与应力降低区因素对巷道合理内错距离的影响。结果表明,巷道应布置于低主应力差环境,避开主应力差峰值区域,下煤层水平距离上部煤柱边缘30 m位置时,垂直应力接近原岩应力,平均主应力差值小于1.24 MPa,且主应力差变化率较低;最终确定下煤层工作面回采巷道采用内错30 m布置。现场实践证明,在该错距下巷道围岩变形较小,能够保证矿井安全、高效生产。     

冲沟地貌近距下位煤层综放面进出煤柱期间顶板结构稳定性研究

针对冲沟地貌条件下近距离煤层群下位煤层综放面进出煤柱期间矿压显现剧烈问题,以上榆泉煤矿9#、10#煤层为工程背景,采用数值模拟方法分析了上位9#煤层遗留煤柱集中应力的分布规律,探究了下位10#煤层综放工作面进出煤柱期间采动应力与煤柱集中应力的叠加效应,结合工作面进出煤柱顶板结构模型,明确了顶板结构失稳方式为回转失稳与滑落失稳,回转角度与岩层断裂度为失稳的关键影响因素,针对顶板块体破坏方式提出煤柱下掘进工艺巷和减小采厚两种的进出煤柱期间压架灾害防治措施。可为冲沟地貌近距离煤层开采顶板控制与灾害防治提供借鉴。     

解放层下工作面开采边界煤柱优化

针对某矿一采区煤层解放层下工作面在相邻采空区条件下开采的问题,采用UDEC数值模拟软件对下分层工作面内错、外错或平齐上分层煤层煤柱一定水平距离时巷道顶底板和两帮变形量进行研究,优化下分层煤层边界煤柱,使下分层工作面巷道受上方煤柱影响程度达到最小。研究表明,当下分层工作面开采边界煤柱内错上分层10~30 m(即开采工作面煤柱宽85~105m)时,工作面巷道顶底板和两帮变形量较大,巷道变形严重,在该地质条件下,工作面开采边界煤柱宽度以10~30 m为宜。     

上覆煤柱影响下工作面应力场分布变化规律

为了研究近距离煤层群下行开采过程中,下煤层工作面受到上覆煤柱影响形成高应力区后,导致顶板垮落、冲击地压、煤壁片帮、瓦斯爆炸等煤矿灾害的发生问题,本文运用FLAC~(3D)软件,分别对厚度为1m、2m、3m、5m的上覆煤柱作用下位煤层开采前及开采过程中顶板应力分布动态变化规律进行数值模拟与分析。研究表明:①在下煤层未开采前,上覆煤柱会使下煤层处于应力集中状态;当煤柱厚度增加时,下煤层顶板支承应力场峰值、应力集中系数和应力集中区域范围逐渐减小,支承应力场峰值始终处于煤柱中心线附近。②随着工作面推进距离的增加,采区前方应力集中区域范围逐渐减小,支承应力场峰值及集中系数先增大后减小;在工作面推进过程中,煤柱厚度越小,工作面前方顶板支承应力峰值、集中系数和集中范围越大,应力集中区域与工作面的距离越小,越应注意防止冒顶、顶板破碎等矿井灾害事故的发生。     

浅埋近距煤层煤柱集中应力传递规律分析

为探究浅埋近距煤层开采上煤层区段煤柱底板集中应力传递规律,以及下煤层煤柱集中应力控制方法,以柠条塔煤矿1-2煤层与2-2煤层开采为背景,结合理论分析、数值模拟及工程实践,建立上煤柱底板集中应力计算模型,揭示上煤层煤柱底板集中应力分布规律,提出基于下煤柱集中应力控制的煤柱错距确定方法.研究表明,随着上煤柱底板深度增加,煤柱正下方的垂直应力呈降速减小,水平应力分布曲线由1个峰值演化为2个峰值,且峰值应力位置向煤柱两端扩散.建立下煤柱集中应力控制的煤柱错距模型,提出煤柱错距确定方法,为控制重复采动下煤柱的集中应力,下煤层巷道应布置在上煤柱向下传递的高应力区范围之外.合理的煤柱错距主要与基岩、土层性质及层间距等因素有关,其随基岩和土层厚度的变化呈正相关,基岩(土层)厚度每增加10 m,煤柱错距应增大1.123 m(0.987 m);煤柱错距随层间距的变化曲线呈"抛物线",层间距小于35 m时,煤柱错距随层间距增大呈降速增加趋势,层间距越小,其变化对合理错距的影响越显著,层间距35～45 m时,煤柱错距随层间距增大而减小.通过开采实例对煤柱错距模型进行验证,结合理论模型计算和数值模拟,柠条塔煤矿两煤层合理煤柱错距应大于20 m.研究结果可为浅埋近距煤层开采的煤柱减压提供新思路.