巨厚砾岩层下采场支承压力分布的理论及试验研究

巨厚砾岩层下的采场围岩极易形成应力集中而引发巷道失稳,其倾向支承压力分布规律是该问题的核心。文中通过建立采场倾向支承压力理论模型,对巨厚砾岩层下采场倾向支承压力进行了理论计算。随后搭建了巨厚砾岩层下采场三维物理相似模型,将分布式光纤技术用于模型试验采场支承压力测试,并对比研究了模型开挖过程中支承压力与光纤测试Brillouin频移之间的关系。结果表明,巨厚砾岩下倾向采动支承压力分布具有峰值大和影响范围大的特点,理论计算支承压力峰值为35 MPa,影响范围约200 m;模型试验光纤测试曲线表明支承压力分布规律为从不变→增大→峰值→减小→不变的变化趋势,光纤测试结果与理论计算一致,通过光纤频移变化可以反映倾向支承压力的变化规律,为采场倾向支承压力监测提供了新的研究手段。     

近距离煤层群开采采场支承压力分布规律研究

近距离煤层群开采时，回采工作面的支承压力经常给附近煤岩层的巷道带来采动影响，因而在实践中要摸索在不同区域和不同煤层开采时支承压力的分布规律及应力传播角曲实际情况，为工程设计提供可靠的依据，合理避开支承压力对巷道的影响。     

极近距离煤层重复采动矿压显现规律

为深入研究极近距离煤层重复采动矿压显现规律,以六家煤矿SⅡN26-7工作面为研究对象,采用数值模拟、相似材料模拟试验和现场监测的方法,对围岩应力、覆岩运动规律、工作面超前采动影响范围进行分析.研究结果表明:在上部6-6煤层开采的影响下,SⅡN26-7工作面超前支承压力峰值降低了7 MPa;顶板初次垮落步距和周期来压步距与开采6-6煤层相比减小了13.5 m和7.3 m,应力峰值距煤壁距离减小了4 m,应力集中系数降低了0.5;工作面超前采动影响范围为35 m;极近距离煤层重复采动,工作面超前支承压力、顶板来压步距均有降低,矿压显现强度有所减弱.     

采场围岩应力分布的三维相似模拟研究

本文采用三维相似材料模拟实验方法,研完了长壁回采工作面周围煤体上和矸石上的支承压力分布规律,包括超前支承压力沿工作面长度方向的分布,侧向支承压力随工作面推进的发展过程,支承压力叠加规律,采空区压力分布及其与顶板运动的关系。还对支承压力在底板中的传播、煤层顶板应力分布状况作了初步研究。三维相似模型的应用,比较全面地揭示了采场围岩的矿山压力分布,为煤矿巷道布置与维护、冲击地压的预测与防治及开采程序设计等重大技术问题提供了基础。     

浅埋大采高工作面超前支承压力峰值演化规律

采场支承压力分布规律与峰值位置,对采场巷道超前支护和来压监测预报等都具有重要价值。以张家峁煤矿浅埋薄基岩大采高22201工作面为背景,基于现场实测,采用UDEC数值计算、物理相似模拟、理论分析相结合的方法,对浅埋大采高工作面超前支承压力峰值演化规律进行了研究。结果表明:在埋深95 m,采高3～7 m条件下,工作面超前支承压力峰值随采高的增大而减小,峰值位置向煤壁深处转移。初采阶段,随着采高增大支承压力峰值下降了5%,峰值距煤壁距离增大了92%,但与采高之比下降18%。充分采动后,随采高增大支承压力峰值下降了14%,峰值位置距煤壁距离上升14%,支承压力峰值和峰值距煤壁距离都大于初采阶段。通过工作面煤岩体极限平衡理论分析,给出了支承压力峰值位置计算公式,超前支承压力峰值位置与采高呈近似线性关系,理论计算与实验和实测吻合。     

缓倾斜煤层开采侧向支承压力分布特征模拟研究

为全面了解缓倾斜煤层开采后围岩应力分布规律,运用相似材料模拟方法.以某矿综采工作面的实际工程地质情况为依据,分析了采场两侧向的支承压力分布情况及应力集中程度、应力峰值距煤壁的距离、支承压力的影响范围等方面,为该矿采区巷道的合理位置布置提供参考价值.     

钱营孜煤矿首采面应力分布特征的数值模拟

为了分析综采工作面超前支承压力的分布特征,以及塑性区、围岩位移分布规律和采动影响下煤层底板的破坏规律,应用UDEC软件对钱营孜煤矿3212综采工作面进行了数值模拟对比分析.结果表明工作面推进190 m,前方支承压力基本维持不变,应力集中系数为2.4左右,超前影响范围为35 m左右,底板岩层破坏的程度和深度在几个开采周期中保持一致.这些结果与现场矿山压力观测结果基本吻合,为巷道超前支护、加强支护提供了理论与技术依据,也可以为相似条件下工作面的安全开采及支护提供借鉴.     

物理模型试验光纤传感技术测试方法分析

地下工程常处于复杂三向应力状态,立体模型更能真实反映采场围岩应力状态。将传感光纤分别布置于几何尺寸为3 000 mm×200 mm×1 280 mm平面应力模型和3 600 mm×2 000 mm×2 000 mm立体模型中,分析工作面与光纤不同空间位置时模型应变分布规律。结果表明:传感光纤在模型相似材料铺装前应施加轴向预应力,保持光纤处于预拉状态;温度定位法可实现光纤精准空间定位,当试验环境温度变化明显时,需对传感光纤进行温度补偿以消除温度效应引起的应变测量误差;采动岩体应变分布呈现3个阶段:工作面靠近光纤时,超前支承压力引起下位覆岩应变呈负向台阶变化;工作面过光纤时,垮落、离层区岩层断裂下移引起应变曲线正向台阶变化;工作面远离光纤后,采空区重新压实导致光纤处于受压状态,研究结果对岩土工程类立体模型试验监测具有一定借鉴意义。     

工作面滞后支承压力分布规律

为获得综采工作面滞后支承压力的分布规律,采用理论分析、数值模拟及现场实测的方法,对兖州矿区工作面滞后支承压力分布规律进行了分析.分层开采与综放开采工作面滞后支承压力变化规律是,随着采高的增大,工作面滞后支承力的距离加大,垂直应力集中系数差别不大.实例结果表明:分层滞后支承压力在工作面后方160～180m以外稳定,综放工作面在其后方200 m以外稳定.     

东海煤矿深部回采工作面矿压规律

为了得到深部回采工作面的矿压显现规律,采用相似模拟、理论分析、数值模拟与现场观测相结合的方法,对东海煤矿32#煤层左九工作面顶板活动规律,上覆岩层移动、破坏规律以及支承压力的分布规律进行了理论分析与实践研究,得出了该工作面顶板活动的各项参数和上覆岩层移动、破坏的范围以及支承压力的分布变化规律。研究表明,深部开采工作面随着采深增加,支承压力有所增加,支柱载荷也增大,但顶板活动规律、上覆岩层移动规律与浅部开采相比变化不明显。该结论为龙煤集团同类矿井进入深部开采阶段采场围岩控制设计提供了参考依据,对其他同类矿井具有很好的借鉴作用。     

支承压力分布演化规律及对煤岩体破坏的影响

为了研究支承压力与工作面超前煤岩体破坏之间的关系,采用ANSYS软件对采场支承压力分布动态演化规律和塑性区分布范围进行数值模拟,并从理论角度分析开采引起的煤岩体应力状态变化过程。数值模拟结果表明,支承压力呈非对称性山峰形分布,工作面推进距离与支承压力集中程度呈正相关性,工作面前方塑性区范围随着推进距离的增加而增大。屈服条件分析表明,尽管煤岩的破坏随着支承压力的增加、增大了破坏的可能性,但煤岩的破坏并不单纯取决于支承压力的大小,而是由水平应力和支承压力共同决定的;以支承压力作为判断标准,得到的煤岩体破坏范围往往会比工程实际范围偏大。该研究结果对矿山灾害的预防工作有指导作用。     

极近距离薄煤层同采工作面的时空关系

针对鸡西矿区极近距离薄煤层下层工作面顶板管理问题,研究同采工作面时空关系。根据正阳煤矿地质资料,利用ANSYS软件建立数值模型,分析27-1#和27-2#同采工作面前、后方支承压力的分布规律。运用SPSS软件对现场工业实验数据进行多元统计分析,得到极近距离薄煤层同采工作面时空关系回归方程及错距计算公式。结果表明：27-1#和27-2#同采工作面前方4～8 m内支承压力急剧增长,在工作面控顶区1～2 m内支承压力降至最低;下煤层工作面应力峰值出现在上煤层峰值前方。两煤层按错距计算公式设计,将下煤层工作面处于上煤层工作面开采所形成的减压区内可实现同采。该研究对极近距离薄煤层的安全高效开采具有借鉴意义。     

胡家河矿回采巷道变形及超前应力分布规律

受综放工作面开采影响,回采巷道的围岩变形破坏规律与超前支承应力影响范围既是巷道支护设计与优化的重要参考,又是矿井冲击地压防治与预测的前提。以彬长矿区胡家河煤矿402102综放工作面泄水巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的方法,分析煤层巷道受开采扰动影响造成的围岩变形破坏情况,揭示回采巷道超前支承应力峰值影响范围及超前支承应力影响范围。结果表明：泄水巷超前采动影响范围为工作面前方90 m范围内,且高层位岩层的位移要大于低层位岩层的位移;在一次采动影响阶段,泄水巷顶底板塑性区范围为1.25 m,两帮塑性区范围为1.0 m;泄水巷超前支承应力峰值影响范围实测值10 m,理论值11.4 m,模拟值12 m;泄水巷超前支承应力影响整体范围实测值100 m,理论值103.03 m,模拟值108 m。研究结果验证了理论模型的准确性与数值模拟方法的可靠性,为矿井同等地质条件放顶煤工作面的回采巷道支护优化、冲击地压防治提供重要参考。     

油页岩采场围岩垂直应力时空演化规律的试验研究

为研究油页岩采场围岩垂直应力的时空演化规律,以龙口某矿油页岩开采为原型,铺设了相似材料模拟试验模型,对油页岩采面回采过程中及开采后采场围岩中的垂直应力进行了连续监测,通过对垂直应力数据进行整理和分析,得到了采场围岩支承压力的峰值、影响范围及垂直应力的时空分布变化特征。结果表明,采空区冒落矸石可充分参与承载覆岩压力,并减小支承压力影响范围及压力峰值;开采过程中支承压力影响范围及峰值均先增大,随后减小,再增大;油页岩上层采后随时间推移,采空区底板的垂直应力不断升高,但采空区边界处底板的垂直应力增加不明显;两侧边界岩柱上的垂直应力在采后10 d内增幅较大,之后的30 d内增幅减小,采场围岩垂直应力在不同空间位置随时间的变化反映了采空区不同的压实程度。     

油页岩采场围岩垂直应力时空演化规律试验研究

为研究油页岩采场围岩垂直应力的时空演化规律,以龙口某矿油页岩开采为原型,铺设了相似材料模拟试验模型,对油页岩采面回采过程中及开采后采场围岩中的垂直应力进行了连续监测,通过对垂直应力数据进行整理和分析,得到了采场围岩支承压力的峰值、影响范围及垂直应力的时空分布变化特征。结果表明,采空区冒落矸石可充分参与承载覆岩压力,并减小支承压力影响范围及压力峰值;开采过程中支承压力影响范围及峰值均先增大,随后减小,再增大;油页岩上层采后随时间推移,采空区底板的垂直应力不断升高,但采空区边界处底板的垂直应力增加不明显;两侧边界岩柱上的垂直应力在采后10 d内增幅较大,之后的30 d内增幅减小,采场围岩垂直应力在不同空间位置随时间的变化反映了采空区不同的压实程度。     

不等长工作面覆岩破坏规律的数值模拟分析

针对不等长工作面煤层开采日渐增多的现状,采用数值模拟与理论分析相结合的方法,对采场覆岩的破坏特征及支承压力的分布状态进行系统研究,并相应模拟出工作面前方应力场与位移场的演化规律。结果表明:工作面自开切眼开始向前推移,推进到工作面"见方"期或斜长的整数倍位置时,顶板活动剧烈,覆岩空间结构发生新旧更替,形成了"O"型破断区;不等长工作面推进过程中岩层运移极不规则,推进距离在衔接面前后20~30 m的范围内,应力波动较大,数值变化明显;回采期间支承压力对覆岩活动产生了重要影响,其大小约为水平应力的1.5~2倍;就采动过程中竖向位移的变化而言,巷帮移近量远大于顶底板变形量,故工程实践中应特别注意对巷帮及顶板的加固和维护。     

高精度微震定位采场支承压力分布特征

为定量分析煤矿采场支承压力分布特征,采用微地震监测技术对采场支承压力进行了研究。提出了一种能够显著提高震源定位精度的速度模型反演方法,构建了求解分层速度模型的目标函数。在陕西省境内某矿布置井地联合微震监测系统,并采用标定炮的方式验证了水平分层速度模型井地联合监测方案的定位精度明显高于近水平单一速度模型监测方案。采用水平分层速度模型对监测区域内微震事件进行高精度定位,并结合矿山压力理论,对采场支承压力分布规律与微震事件频次、能量之间的特征进行了研究。结果表明:正常回采过程中受采动影响的超前支承压力范围是工作面前方0～90 m,工作面前方40～70 m范围内为高应力集中区,上、下顺槽的侧向支承压力影响范围分别为0～70 m和0～80 m;研究结果为微地震监测技术在矿山工程领域的应用提供了一定的参考依据。     

采动覆岩运移BOTDA-FBG监测试验

为研究采场覆岩变形破坏特征,采用相似材料物理模型试验的方法模拟煤矿工作面回采过程,用BOTDA分布式光纤和布拉格光纤光栅(FBG)监测采场覆岩运移规律。实验搭建了1.5 m×0.6 m×1.3 m的三维立体模型,几何相似比为1∶150,同时在模型水平方向埋设2根光纤,垂直方向铺设4根光纤,亚关键层埋设2个光纤光栅应变传感器,用以研究模型开挖过程中覆岩运移状态与BOTDA及FBG测试结果的对应关系。试验表明,FBG传感器应变量与岩层运移状态密切相关,可实现对采动覆岩变形破断和离层发育过程的监测。水平光纤测试结果与岩层垮落移动呈明显的对应关系,测试频移峰值间距与岩层垮落顶部离层宽度几乎一致,平均误差不超过3%;垂直光纤频移变化可以反映覆岩垮落及离层发育的动态变化过程。     

下伏煤层开采对上方运输巷支承压力 分布的影响

以山脚树矿22189工作面回采对22155运巷支承压力影响为工程背景,根据工作面的工程地质情况及煤层群上下工作面开采关系,分别采用压力测量仪测量的方法和利用FLAC3D软件对采后运输大巷所处位置应力分布情况模拟的方法,研究了山脚树矿22189工作面回采对22155运巷的支承压力分布的影响.结果表明:受22189回采工作面的采动影响,上部22155运输巷前方支承压力大致呈抛物线分布,在距煤壁大约15 m位置处,支承压力达到峰值,并且22155运输巷支承压力峰值稍微滞后22189回风巷压力峰值.     

工作面支承压力分布的研究

为了研究采场支承压力,运用FLAC3D软件建立工作面开采数值模拟模型,研究了工作面前支承压力分布形态及应力峰值的位置,通过与理论计算、现场实测的结果相比较,得出数值模拟、理论分析、现场实测的结果是基本一致的,提出了采场前支承压力的计算方法,对井下工作面超前支护距离设计具有借鉴意义.