多煤层条带开采模拟理论研究

采用相似材料模型实验、有限元数值模拟相结合的综合研究方法,对不同层间距的3层煤条带开采进行了系统的理论研究.揭示了多煤层条带开采的移动变形规律,岩层内波浪沉降发育规律及与层间距、条采尺寸、采出率的相互关系等,提出了多煤层条带开采煤柱的留设方法,为工程实践提供了理论依据.     

基于正交试验设计的多煤层条带开采主控因素分析

多煤层条带开采的影响因素众多,为研究各因素对多煤层条带开采的影响,采用FLAC模拟了多煤层条带开采在一定采深时,不同采宽、层间距、层间岩性以及不同的上下留煤柱空间关系时地表的最大下沉值,并应用正交试验设计方法分析了以上4个主控因素对地表最大下沉的敏感程度,其由主到次的顺序为：采宽、上下煤层留煤柱的空间关系、层间岩性、层间距。     

倾斜多煤层条带开采地表移动规律研究

条带开采是控制地表沉陷及采动损害的有效方法之一,但是目前对多煤层条带开采时地表移动规律研究不足,尤其是倾斜多煤层条带开采地表移动规律研究较少。对此进行研究,对控制地表沉陷,减轻采动损害具有重要的理论意义和实用价值。为此采用FLAC数值模拟软件,系统研究了倾斜多煤层条带开采中不同采深、不同采宽、不同层间距和上下煤柱的空间位置关系对地表下沉和水平移动的影响规律,建立了地表最大下沉和最大水平移动值与采深和错开程度、采宽和错开程度、层间距和错开程度的综合影响关系式。     

多煤层条带开采煤柱应力分析

条带开采是控制地表沉陷及采动损害的有效方法之一,但是目前对多煤层条带开采时上下留煤柱的协同作用研究还不足.本文采用FLAC数值模拟软件,系统研究了多煤层条带开采中不同采深、不同采宽、不同层间距和上下煤柱的空间位置关系时留设煤柱的受力情况,并与在单一煤层条带开采设计中使用的经典的威尔逊理论计算得到的煤柱实际应力进行对比,分析指出了其差异的原因,为以后多煤层条带开采的设计提供了可借鉴的理论和方法.     

大倾角多煤层条带开采三维有限元模拟研究

对大倾角多煤层条带开采进行了三维有限元模拟研究,分析了地表沉降、煤柱应力与开采煤层数、煤层层间距、条采尺寸及相互位置、采出率、走向条带开采等的相互关系,指出了大倾角多煤层条带开采条采尺寸的确定方法,为工程实践提供了理论依据．     

多煤层条带开采地表移动规律

采用FLAC数值模拟软件,系统地研究了多煤层条带开采中不同采深、不同采宽、不同层间距和上下煤柱的空间位置关系对地表下沉和水平移动的影响规律,给出了地表最大下沉、最大水平移动与采深、采宽、层间距及上下煤柱位置的函数关系式,建立了地表最大下沉和最大水平移动的综合影响关系式.     

煤层群条带开采优化设计原则

本文从地质采矿因素对开采沉陷的影响程度出发,提出了煤层群条带开采中选择开采煤层的最小采动影响原则、条带布置的层间距和层间条带煤柱的对齐原则以及条带参数计算的"小变形"准则等新内容.     

多煤层条带开采实验模拟研究

通过对不同层间距的３层煤条带开采进行相似材料模拟实验研究,揭示了多煤层条带开采覆岩破坏和地表移动变形规律,探讨了层间距和条带尺寸的关系与确定方法,阐明了条带开采地表沉降与条带采宽成正比,在一定条件下与采厚关系不明显的特点,为解决实际工程总是提供了科学依据。     

工广煤柱条带开采数值模拟研究及应用

以华东某矿为研究原型,基于条带开采煤层情况下对地表及岩层破坏程度小的特点,通过FLAC3D数值模拟研究了工业广场煤柱条带开采时的沉陷规律,着重分析了回采率不变、采宽变化情况下井筒的沉陷变化规律。最后通过工程实例的检验,确定了条带开采在工广煤柱开采中应用的可行性,为其他相同地质采矿条件的工广煤柱开采提供了技术支持。     

不同采留比条带开采底板应力特征研究

为了预测条带开采工作面底板突水和煤柱尺寸合理留设情况,建立了底板应力计算模型,并以淄博矿区埠村煤矿为例,应用解析法对条带开采条件下煤柱底板岩层应力应变规律的分布进行研究,改进了开采方案,结果表明:不同采留比条件下煤层底板采动变形破坏程度存在明显差异,采20 m留20 m的开采工艺较安全,回采率可提高7%。     

复合煤层露天矿下部煤层开采境界优化

通过理论分析与计算,研究近水平复合煤层露天矿剥、采、排程序对经济剥采比的影响,提出了复合煤层露天矿下部煤层开采境界的优化方法。分析了露天矿经济剥采比的影响因素,建立了复合煤层露天矿剥、采、排工程位置模型,构建了下部煤层及其覆盖物厚度拟合函数,揭示了下部煤层开采境界与开采成本的关系,研究开采下部煤层经济剥采比的优化确定方法。在神华宝日希勒露天煤矿进行了实践,结果表明:此方法能够使近水平复合煤层露天矿下部煤层得到经济合理地回采,实现矿床开采的经济效益最大化。     

基于关键层理论的建筑物下条带开采技术

为解决西细庄矿建筑物下煤炭资源回收的问题,结合其实际地质条件,运用关键层理论计算出5煤覆岩关键层的位置及其破断距;由于主关键层离地表较近,以亚关键层2为设计依据,确定了条带开采的采宽不大于70 m;结合采出率对条带开采的影响,提出了条带开采方案,并运用煤柱强度相关理论对其进行稳定性校验。运用理论分析和数值模拟对所提方案的煤柱应力和地表变形进行分析,并根据模拟结果确定出了合理的条带开采方案。     

条带开采留设煤柱置换开采方法的数值模拟研究

如何在不影响地表建筑物的前提下,对条带开采留设煤柱进行再次开采,提高煤炭资源的采出率是煤矿开采面临的技术难题。本文利用UDEC数值模拟软件,对采用在条带开采留设煤柱内开挖充填置换巷道的开采方法进行了数值模拟,研究得出:在回采率为40%的条带开采基础上,置换开采可将回采率提高10%,且没有破坏煤柱和上覆岩层的稳定性;充填巷的条数要控制在两条以内并且要集中布置在留设煤柱中央;对于多个留设煤柱应采用顺序开采等结论。     

大采深厚煤层条带开采覆岩及煤柱移动变形规律研究

分析了大采深厚煤层条带开采的采动覆岩与地表移动变形机制,结合鹤壁九矿二五采区条带开采实例,通过相似材料试验模拟,揭示了大采深厚煤层条带开采上覆岩层的破坏过程及移动变形规律,研究了煤柱压缩量和地表下沉系数的影响因素及其变化规律。     

近距离煤层刀柱采空区下长壁采场顶板结构稳定性研究

近距离煤层的上部煤层采用刀柱采煤法回采后,下部煤层采用长壁采煤法进行回采。对于近距离煤层,随着煤层间距离的减小,上下煤层间开采的相互影响加大。通过对上部煤层残留煤柱破坏特征的数值分析,并对下部煤层工作面顶板稳定性的研究,得出了下部煤层回采工作面顶板结构的稳定性特征。     

建筑物下急倾斜煤层条带开采的煤柱设计

以北京木城涧煤矿大台井建筑物下压煤开采为例,提出了急倾斜煤层开采条件下条带煤柱尺寸的确定方法和伪斜条带煤柱与边界煤柱相结合的条带布置方案,为急倾斜煤层开采地表沉陷控制提供了理论依据。     

多煤层开采条带错动程度对岩层控制的影响

针对我国多煤层条带开采的实际情况,提出了煤层错动系数的概念。利用FLAC3D数值模拟软件,系统地研究了多煤层条带开采时,上下煤层错动系数的大小对上下条带保护煤柱应力、中间岩体应力以及地表移动变形的影响规律,分别给出了相应的函数关系式,并指出了在实际多煤层条带开采时,极限煤层错动系数的求取方法。研究成果对于指导多煤层条带开采工作面设计具有十分重要的理论和现实意义。     

近距离采空区下大采高综采面矿压演化规律研究

 为了研究近距离煤层上覆煤层已采对下覆煤层开采时支承压力的影响,基于潘二煤矿18516工作面矿压实测结果,运用FLAC3D大型非线性三维数值模拟软件,从围岩应力场分布角度对上覆已采煤层对18516工作面作用机理进行了分析。结果表明,煤柱下支架来压时最大循环末阻力大于采空区下支架载荷。煤柱下部周期来压时最大循环末阻力小于初次来压时的载荷;采空区下,周期来压时最大循环末阻力略小于初次来压时的载荷,相差不大。采空区影响区域,6煤采空区上方应力呈“鞍”形等值线分布,煤柱影响区域,6煤采空区上方应力呈“拱”形等值线分布。煤柱下的支承压力应力集中系数达到4.6～4.67,是采空区下方应力集中系数的3.5倍,受煤柱高支承压力的影响,工作面开采此位置时的危险程度较高,更易产生片帮、漏顶现象。     

急斜煤层覆岩关键层对防水煤柱尺寸的影响

为了对水体下急斜煤层的安全回采提供依据,基于龙湖煤矿南二采区急斜煤层的水文工程地质和煤岩层赋存条件,采用离散元UDEC2D数值计算,分析了覆岩关键层对急斜煤层开采导水裂隙分布和防水煤柱稳定性的影响,结果表明:当上覆岩层无关键层时,急斜煤层开采导水裂隙呈“耳型”分布,而当上覆岩层存在关键层时,导水裂隙以平行于岩层层面的离层裂隙为主,且随着煤层采厚的增加呈抛物线型增大趋势,硕板初次破断后导水裂隙向关键层及其上方岩层发育;急斜煤层覆岩关键层的存在,将明显增大防水煤柱的抽冒范围,水体更易沿防水煤柱塑性破坏区渗流进入工作面采空区.据此,现场设计了分带仰斜充填开采方法,并采取了加固防水煤柱的措施,有效确保了水体下急斜煤层的安全回采.