大采高综采工作面煤壁破坏影响因素数值模拟分析

针对工作面煤壁片帮影响大采高综采开采技术效益发挥的问题,以红庆河煤矿3-1煤层赋存条件为研究背景,通过设计正交试验方案,运用FLAC3D数值软件进行模拟,基于Drucker-Prager准则计算了工作面煤壁的破坏系数,综合分析了影响工作面煤壁破坏的5个因素。结果表明,埋深、支架合力作用点到煤壁距离、采高和工作面长度越大,煤壁破坏程度越高,而液压支架初撑力越大,煤壁破坏程度越低;煤壁破坏影响因素的主次排序为:埋深>支架合力作用点到煤壁的距离>支架初撑力>采高>工作面长度;给出了3-1煤层开采的合理工艺参数:采高6.2 m,工作面长度225 m,支架合力到煤壁的距离2 m,支架初撑力12000 kN。     

特厚煤层沿底掘进工作面瓦斯涌出及其防治技术

通过分析特厚煤层沿底掘进工作面瓦斯涌出规律,得出了在采用综掘机割煤时,由于对煤体的连续扰动,导致煤体应力平衡破坏,发生煤炮等动力现象,使掘进工作面瓦斯超限,影响掘进速度;通过对煤壁前方采用深孔预裂爆破、巷道两帮煤层注水、施工泄压钻孔等措施,有效地解决了掘进期间工作面瓦斯超限的问题,加快了掘进速度,保证了安全生产。     

倾斜煤层综放沿空留巷围岩稳定性模拟研究

以倾斜煤层综放工作面为研究对象,运用数值模拟的方法,从技术因素和地质因素2个方面,对煤层刚度、煤层埋深以及巷旁充填体强度不同时,沿空留巷围岩应力和位移随下区段工作面推进的动态分布和变化规律进行了模拟研究,以揭示不同工况条件对巷道围岩稳定性的影响规律。结果表明:煤层刚度越大,巷道围岩变形量越小,但两帮垂直应力越大;煤层埋深越大,巷道变形量和两帮垂直应力越大,但煤层埋深对煤层底板及巷旁充填体的影响相对较小;随巷旁充填体强度的增大,实体煤壁侧的垂直应力受影响较小,巷旁充填体侧垂直应力逐渐增大,巷道顶板和巷旁充填体侧位移逐渐减少,巷道底板和实体煤壁侧位移量逐渐增加。     

深部大采高超长工作面煤壁片帮机理及控制技术

采用实验室试验、数值计算和理论分析综合研究方法,研究了深部大采高超长工作面煤壁片帮机理及控制技术,研究表明:试验工作面煤为脆性煤体,原始含水率为1.6%,煤层含水率达到5.0%左右强度最高;采高一定时,煤层强度越低,煤壁水平变形越大,越容易发生片帮;煤壁位移最大处为煤壁中上部,采高5m时,距煤层底板2~4m容易发生片帮。现场采用两巷超前深孔煤层注水、两巷超前深孔+工作面煤壁浅孔超前预注浆、调节支架安全阀差异开启、选择大工阻支架等关键技术,防片帮、防尘效果较好。研究成果为深部大采高超长工作面安全高效开采提供理论指导和技术支撑。     

高瓦斯长距离掘进工作面瓦斯涌出规律研究

由于开采深度的增加,长治某矿3号煤层瓦斯含量逐渐增加,掘进工作面瓦斯涌出量较大,给局部通风带来了较大的困难。为了解瓦斯涌出规律,以3101掘进工作面为研究背景,采用现场测试、室内试验和数据分析相结合的方法,对3101掘进工作面的瓦斯涌出量进行了研究。研究结果认为:3101掘进工作面瓦斯主要来源于煤壁涌出的瓦斯和落煤涌出的瓦斯;煤壁的瓦斯涌出强度与煤壁的暴露时间呈现出双曲线的关系;掘进工作面长度对瓦斯涌出量有很大的影响,基本上呈线性趋势。     

浅埋深煤层群下行开采底板卸压规律研究

为研究浅埋深煤层群下行开采底板卸压规律,通过FLAC和UDEC数值模拟软件模拟分析了上煤层工作面采动过程中底板煤岩体的应力及位移变化规律,得出了底板煤岩体最大卸压深度为40 m;底板裂隙发育呈"O"形圈分布,工作面煤壁处底板煤岩体的纵向裂隙与下层煤体贯通。可为上煤层工作面实施底板瓦斯预抽采,解决开采过程中底板煤层瓦斯渗流至工作面导致的瓦斯超限问题提供理论指导。     

大采高综放工作面支架合理支护强度的确定

通过分析山西某矿4号煤综采工作面地质力学条件,确定了该矿4号煤层的坚固性系数为0．75MPa,属软弱煤层。采用数值计算方法,系统的分析了4号煤层大采高综放工作面采高为3．5m时不同支架支护强度情况下工作面煤壁、顶煤的屈服破坏、位移特征及工作面煤壁前方煤体垂直应力分布情况。综合对比支架支护强度情agTa：作面煤壁、顸煤的破坏情况及应力分布情况,从而确定软弱煤层综放工作面支架的合理支护强度,以保证工作面安全、高效生产。     

异形巷道空顶区围岩稳定性及关键影响因素分析

针对某矿5煤异形回采巷道,基于薄板理论得到异形巷道空顶距计算公式,分析了不同因素对空顶距的影响规律及权重,并采用FLAC3D数值模拟分析了不同因素对空顶区围岩变形特征及垂直应力分布的影响规律。结果表明：空顶区顶板的稳定与抗拉强度、巷道半宽、顶板厚度、顶板倾斜角度、侧压系数及埋深有关,其中巷道宽度及薄板厚度是关键影响因素;根据5煤地质条件,确定异型巷道的理论最大空顶距为3.653 m,考虑安全系数实际最大空顶距不超过3 m;数值模拟确定合理的支护强度及与巷道方向一致的最大水平应力分布方位,可为快速掘进提供有利条件。在3X51S掘进面进行现场应用,空顶距离达到2～3 m左右,提高了掘进速度,且巷道稳定后最大位移不超100 mm,应用效果较好。     

张集北矿首采工作面瓦斯涌出规律分析

结合张集煤矿11418首采工作面煤层赋存条件等相关参数,分析了工作面瓦斯来源,测定并分析了煤层瓦斯含量、工作面推进速度、瓦斯抽采量、煤层厚度、煤层埋深与瓦斯涌出量之间的关系,结果表明:综采工作面瓦斯涌出量包括煤壁瓦斯涌出量、采空区瓦斯涌出量及落煤瓦斯涌出量。11418首采工作面瓦斯涌出量与瓦斯含量、推进速度、煤层厚度、煤层埋深呈正比关系;瓦斯涌出量随抽采量的增加呈波浪式变化,总体上递增,但增加的幅度不大。     

南桐煤矿煤与瓦斯突出规律及瓦斯地质因素影响分析

为有效预防矿井煤与瓦斯突出灾害,以南桐煤矿实际瓦斯地质和煤与瓦斯突出事故资料为依据,统计、总结了该矿煤与瓦斯突出发生规律。认为矿井主要以中小型突出和压出为主,主要发生在石门揭煤和煤巷掘进工作面;随着煤层埋深的增加,突出危险及突出强度增大;大多突出发生在向斜轴部地区、向斜轴与断层或褶曲交会地区等地质构造附近。同时,运用瓦斯地质和构造演化理论,总结、分析了不同瓦斯地质因素对矿井煤与瓦斯突出的影响。     

综采工作面过空巷围岩稳定性的影响因素研究

为了研究不同因素对综采工作面过空巷时围岩稳定性的影响,采用ANSYS软件建立数值模型,分析不同埋深、不同采高、不同空巷宽度下的空巷顶板沉降、煤壁位移和煤柱切向应力的变化规律。研究结果表明:埋深增加对空巷顶板沉降、煤壁位移和煤柱应力都产生不利影响;采高增大对空巷顶板沉降和煤壁位移影响较小,对煤柱内应力分布影响较大;空巷宽度增加会显著破坏空巷顶板稳定性,同时增大煤柱应力,对煤壁位移影响较小;当工作面与空巷距离小于25 m时,随着工作面继续推进,空巷稳定性明显变差,巷道易失稳破坏。     

平禹四矿特大型煤与瓦斯突出事故地质条件分析

以瓦斯地质学理论为依据,分析平禹四矿12190工作面运输巷掘进过程和工作面切眼发生的2次特大型煤与瓦斯突出事故,结合平禹四矿所处区域地质构造,分析工作面突出区域的煤层埋深、瓦斯含量、压力、煤的物理力学性质,对煤与瓦斯突出发生的原因进行分析认为:煤层埋深是影响煤层的主控因素,突出区域存在瓦斯包为连锁反应提供膨胀能。综合分析得出,平禹四矿12190工作面发生的2次特大型煤与瓦斯突出事故是地应力、瓦斯压力与构造煤综合作用的结果。     

Outburst control technology for rapid excavation in severe outburst coal

The advantages and disadvantages of various outburst prevention measures in heading face were analyzed. The mechanism of outburst prevention about hydraulic extrusion measure was studied, the technological parameters were introduced, and the effect of outburst prevention was investigated. The in-situ experimental results show that the hydraulic extrusion measures are applied in serious outburst mine, not only the stress of stimulate outburst is eliminated effectively but also the gas in coal seam is released efficiently, the measures get obvious effect on coal and gas outburst prevention, and the roadway driving speed is increased by 1.5 times, implementing a safe and rapid excavation.     

倾角变化对回采工作面区段煤柱应力分布的影响

依据平煤集团十三矿二 1 煤层的具体条件,分别对煤层埋深300,500,800 m和倾角0,25°,30°情况下运输巷下帮侧向压力分布规律和不同宽度区段煤柱受力情况进行了数值分析,并对该矿12020采煤工作面下巷实体煤侧的应力、围岩变形及锚杆受力的情况进行了现场监测。结果表明：随煤层倾角增大下区段运输巷与上区段回风巷两侧应力呈非对称分布,采场顶板应力分布也是高度不均匀、不对称的,侧向水平应力峰值随煤层倾角增大而增大,且工作面后方增加幅度大于工作面前方;峰值位置随煤层倾角增大而逐渐靠近煤壁。煤层倾角加大时,应力明显偏向下区段运输巷,使得下区段运输巷顶部出现明显应力集中,并且随着煤层倾角的增大,应力集中程度更加显著。     

大倾角厚煤层综采面回采对邻近煤柱和掘进面的影响研究

为了研究大倾角煤层综采面回采对区段煤柱和下区段工作面回风巷掘进面的影响,采用数值模拟和现场监测的方法研究了区段煤柱的应力分布、回采面对掘进面的扰动情况。研究结果表明,大倾角煤层工作面应力集中区域与缓倾斜煤层明显不同,煤柱受到的工作面与煤柱侧叠加应力并非均匀分布,靠近上区段侧的应力集中明显高于下区段侧;当前南山煤矿B8煤层大倾角工作面20 m宽区段煤柱能够保持稳定,通过弹性核理论计算其合理区段煤柱宽度为18.4 m;回采工作面与相邻掘进工作面相距218 m时开始相互扰动,两面之间的最大扰动影响发生在回采面越过掘进面46 m时。     

急倾斜薄煤层工作面推进速度对顶板岩层活动的影响

为了研究急倾斜薄煤层工作面推进速度对顶板岩层活动的影响规律,以新铁煤矿99#煤层的赋存条件及开采情况为研究背景,运用FLAC3D数值模拟软件,分别对不同推进速度下的顶板垂直应力场以及位移场进行模拟,并分析了不同推进速度下的顶板活动情况。结果表明:工作面推进速度对顶板岩层的应力分布、下沉量有显著影响。当工作面推进速度从2.4m/d增加到4.8m/d时,工作面煤壁处顶板垂直应力从13.95MPa降低到12.38MPa,降低了12.68%;煤壁前15m处顶板垂直应力从19.02 MPa降低到17.51MPa,降低了8.62%;顶板最大下沉量由0.93m降低到0.50m。适当提高急倾斜薄煤层工作面推进速度,顶板垂直应力和下沉量均降低,有利于顶板稳定。     

采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制

采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面13311回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。研究表明,13311回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。为改善13313回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式,将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于20 m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到20 m以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。据此,在13313回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻13311工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250～300 kN,约为其破断力的50%,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形;13313回风巷顶底板移近量为400 mm左右,两帮移近量为300 mm左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层13号煤层13313工作面回采时,因工作面上方11号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。     

三软煤层顺层瓦斯预抽钻孔变形规律研究及其控制

为防止三软煤层顺层预抽钻孔塌孔,提高瓦斯预抽效果,需合理确定抽采钻孔封孔方法,全程下筛管施工工艺防止塌孔。通过分析可知:二₁煤层强度低,且埋深大,埋深产生的地应力远远大于煤体强度是导致钻孔塌孔的主要原因。通过数值模拟可知:顺层钻孔呈现径向变形的特征,钻孔直径明显减小。13051工作面本煤层钻孔成孔后,采用“封孔管+封孔筛管+注浆管+专用封孔器”进行封孔,塌孔减少,抽采达标时间缩短了约35 d,残余瓦斯含量为4.69 m³/t,13051工作面瓦斯抽采达标。     

回采巷道顶板大深度切缝后煤柱应力分布特征

以晋城煤业集团赵庄煤矿3305综采工作面工程地质条件和开采技术条件为背景,应用相似材料模拟和数值模拟方法,深入研究了回采巷道顶板切缝后不同切缝深度与回采巷道煤柱应力相关关系及应力分布特征。研究表明,与不切缝相比,回采巷道顶板切缝后,随切缝深度增加,垮落高度增加,以切缝高度处为垮落角顶点,顶板垮落角减小,垮落后矸石能够充满采空区并且支撑基本顶,减弱工作面采动应力传递,使煤柱应力降低。煤柱垂直应力峰值、垂直应力峰值位置距回采巷道煤壁距离和距工作面后方的距离与切缝深度成对数关系,煤柱垂直平均应力与切缝深度成非线性反比关系。