深埋强冲击煤层工作面区段煤柱宽度确定

为了确定冲击地压矿井合理区段煤柱尺寸,以葫芦素煤矿21103工作面为研究背景,采用理论方法对煤柱极限平衡区宽度进行了计算,从煤柱应力和围岩变形两方面入手构建了不同煤柱宽度下的数值模拟运算,并对21103辅运巷煤柱宽度分4m、6m、8m、10m、12m、14m、16m、18m、20m、22m、24m进行监测,得出：理论计算得到区段煤柱宽度为9.1～10.7m|数值模拟结果显示煤柱应力随宽度增大呈先增大后减小的趋势,5m时应力最低,15m时应力最高。巷道顶、底板及实体煤帮变形量与煤柱宽度成反比,煤柱侧帮位移量先增大后减小,煤柱为10m时位移量最大,综合应力与围岩变形模拟结果建议区段煤柱5～10m为宜|实测数据分析结果显示合理煤柱宽度在10～12m。最终得出葫芦素煤矿区段煤柱最优宽度为10m。     

不均布采空区下冲击危险工作面煤柱留设宽度研究

为研究上覆不均布采空区下,具有冲击危险工作面区段煤柱布置问题,以某矿I010203工作面为工程背景,通过现场监测、数值模拟、理论分析等方法对工作面区段煤柱冲击危险和合理宽度进行研究。数值模拟和现场监测结果表明,I010203工作面回采过程中,15m宽区段煤柱微震事件频繁、能量剧烈释放,增大了工作面冲击危险;并且15m宽煤柱在工作面回采后不能完全破坏,仍可承受较高应力并向下部煤层传递,增大了下伏煤层回采工作面的冲击危险。数值研究表明,当宽度为0~6m时,煤柱破碎程度较高,不利于隔绝采空区及巷道稳定;当宽度大于10m时,煤柱内出现弹性核区,应力增加迅速,冲击危险性增高;8m宽煤柱是既能隔绝采空区预防瓦斯,又能使应力最低降低冲击危险的临界煤柱宽度,更合理的区段煤柱宽度为8m左右。研究结果可为该矿井接续工作面和相似条件工作面回采的煤柱宽度留设提供理论依据。     

冲击地压矿井采区下山保护煤柱合理宽度研究

留设合理宽度的采区下山保护煤柱是防范采区下山发生冲击地压的关键。为探讨冲击地压矿井采区下山保护煤柱宽度的确定方法,以李楼煤矿采区下山保护煤柱合理的宽度确定为工程背景,运用矿压理论研究了工作面向采区下山推采过程中覆岩运动规律、支承压力演化特征、冲击地压类型及其发生机制,分析了现场工作面推采过程中的微震监测数据和应力动态监测数据,综合确定了李楼煤矿工作面采动影响范围,提出了以防范各类冲击地压为原则的采区下山保护煤柱宽度的综合确定方法,并进行了工程验证。结果表明:①随着工作面向采区下山推进,采区下山保护煤柱宽度逐渐减小,工作面超前支承压力与采区下山侧向支承压力及两翼工作面超前支承压力将发生叠加、集中,震动附加应力与采区下山侧向支承压力叠加程度逐渐增大;②采区下山可能发生静动载叠加型、应力叠加型和蠕变型等3类冲击地压;③工作面超前、滞后采动影响距离为235 m,侧向采动影响距离为105.5 m;④从防范采区下山动静载叠加型、应力叠加型和延后蠕变型冲击地压的角度,综合确定李楼煤矿采区下山一侧保护煤柱宽度应不小于235 m。回采后期现场监测结果与收尾情况初步验证了当前李楼煤矿采区下山一侧保护煤柱240 m的合理性。     

济三煤矿大采高工作面冲击危险性数值模拟研究

采用FLAC3D数值模拟对济三煤矿大采高回采工作面和掘进工作面的冲击危险性进行了模拟,获得了工作面冲击地压危险区域和重点监测区域,通过对不同煤柱宽度条件下巷道煤岩应力分布特点的分析,认为采用3～5 m窄煤柱护巷,煤柱的应力集中程度低,对防止巷道冲击地压的发生是有利的。     

孤岛煤柱条件下冲击危险工作面终采线位置优化设计

针对姚桥煤矿采区下山孤岛保护煤柱,工作面回采末期微震释放总能量、频次持续上升,现场冲击危险性增强的现象;基于理论分析和数值模拟分析了孤岛煤柱区应力分布形态及工作面开采前后煤柱区应力分布特征;结合工作面开采条件,优化了工作面终采线位置。研究表明:工作面回采前采区孤岛煤柱应力分布特征呈"马鞍形"分布,当工作面走向开采尺度大于920m时,煤柱区支承应力曲线由"马鞍型"逐渐向"单峰型"过渡,煤柱区应力集中系数从2.20升高到2.56。现场实践表明:工作面走向实际回采尺度900 m,比原设计停采线提前30 m停止回采,该工作面区段保护煤柱宽度由175 m增加至205 m,煤柱区应力呈"马鞍形"分布,有效保障了工作面安全生产,降低了采区保护煤柱区应力集中度,为后续工作面开采创造了有利条件。     

浸水区段大煤柱合理性留设及应用实践

为了研究浸水煤柱对冲击地压的影响,以霄云煤矿1314工作面浸水大煤柱为例,基于冲击地压理论研究和数值模拟,分析了不同煤柱宽度下煤柱应力分布和塑性区演化特征,得到1314工作面区段合理煤柱宽度为28 m.通过加强巷道支护,强化监测预警和卸压,对工作面回采期间的冲击地压进行了有效防治,保证了安全生产.最后经微震监测验证了煤...     

深部冲击危险厚煤层合理煤柱宽度数值模拟确定

根据微震监测结果表明煤柱留设不合理是龙家堡煤矿冲击地压发生的重要原因。为了确定工作面合理区段煤柱,进而减轻冲击地压对矿井安全开采的威胁,采用数值模拟对龙家堡煤矿区段煤柱和下山煤柱应力分布特征进行了研究。模拟表明,不合理的煤柱宽度,煤柱内部易集聚大量弹性能,形成"冲击核",在开采扰动下容易突然失稳而诱发强烈冲击;龙家堡煤矿合理区段煤柱宽度为6~12 m,下山煤柱宽度不小于120 m。     

近断层工作面冲击地压危险性数值模拟研究

以大兴煤矿北二700工作面为工程背景,采用RFPA数值模拟软件对断层附近工作面冲击危险性进行研究。结果表明,受断层构造应力的影响,断层煤柱的应力分布呈"双驼峰"型,当工作面距离断层小于40 m时,工作面超前支承应力与断层应力叠加,断层煤柱应力上升明显,且煤柱应力随着煤柱宽度的减小逐渐增加;与煤柱应力变化规律相似,声发射事件数同样随着煤柱宽度的减小逐渐增加,因此在工作面回采过程中当煤柱宽度小于40 m时,应加强断层煤柱区域的冲击地压监测与防治工作。     

深部高应力双巷布置工作面煤柱宽度合理性研究

为确定深部高应力双巷布置工作面合理巷间煤柱宽度,提高巷道煤柱稳定性及资源回收率,以园子沟煤矿1022101工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟的研究方法,掌握巷道巷间煤柱应力分布规律,确定深部高应力巷间煤柱侧向支承压力分布特征,并采用FLAC3D数值模拟分析了工作面多次回采影响下的不同宽度(7m、10m、13m、16m、19m、22m、25m)煤柱应力场分布特征,结合现场试验巷道15m、25m煤柱侧围岩破坏情况分析,最终确定深部高应力条件下合理巷间煤柱宽度。研究表明：当煤柱宽度为16～25m时,多次回采影响下煤柱应力集中,容易引发冲击地压|而宽度7～10m时煤柱整体压垮,巷道变形破坏严重。综合考虑资源回收、巷道围岩稳定性及动力灾害防治问题,确定园子沟煤矿深部高应力巷间煤柱宽度为13～15m时较为合理。     

上覆煤柱影响区应力状态及冲击地压防治

上覆近距离煤柱会造成下层煤的应力集中及冲击危险。采用三维数值模拟,分析了不同宽度煤柱下底板应力分布与底板岩层破坏特征。研究表明:当煤柱宽度≤50 m时,煤柱底板应力呈"倒钟"形分布形态;当煤柱宽度50 m时,煤柱底板应力呈"倒铁塔"式分布形态。煤柱中心最大应力集中系数与煤柱宽度呈幂函数关系,且随着煤柱宽度的增加,煤柱集中应力在底板中的衰减速度逐渐降低。上覆煤柱中心下方3煤层面的最大应力集中系数与煤柱宽度呈负指数关系。煤柱底板破坏范围与煤柱宽度呈负相关关系,煤柱底板岩层的破坏以剪切破坏为主。根据上覆煤柱影响划分了六采区3煤工作面冲击危险区,并提出了相应的防治技术。     

复采煤层末采煤柱合理留设宽度研究

为优化煤柱留设宽度,提高采区煤炭采出率,确保工作面的回采推进速度,结合薛虎沟煤矿2-106工作面实际开采条件,运用理论分析与数值模拟相结合的方法对2-106B工作面停采护巷煤柱尺寸进行研究,通过对护巷煤柱进行极限平衡计算,确定留设合理煤柱尺寸应不小于20.32 m;通过FLAC3D数值模拟分析保护煤柱宽度为25,22,20,15,10 m条件下巷道围岩变形情况,得出留设保护煤柱宽度为22 m时,煤柱内集中垂直应力逐渐向稳定非对称拱形分布形态过渡,煤柱两侧产生一定剪破坏和拉破坏,但煤柱中部未破坏区域范围扩大,煤柱稳定性较好;煤柱留设宽度为22 m时,对2-106B工作面液压支架拆除的时间段护巷煤柱应力进行监测,结果表明,巷道围岩得到有效维护,并处于稳定状态。     

深井特厚煤层工作面强烈动压区安全开采技术

为保障深井特厚煤层工作面在强烈动压区的安全开采,以新巨龙矿井2302S工作面为背景,通过现场监测、数值模拟和理论分析,研究了深井特厚煤层工作面强烈动压区的致灾机理与安全开采技术。研究结果表明：应力监测得到的强烈动压区内冲击地压危险区超前影响距离约为117 m,峰值影响距离约为48 m,压架危险区超前影响距离约为26 m,并采用数值模拟进行了验证;工作面过强烈动压区时存在煤柱冲击和采场压架两类动力灾害,诱发煤柱型冲击地压的机理主要在于工作面开采引起煤柱应力高度集中;诱发采场压架的主要机理在于支架控顶距的突变导致支架载荷异常;根据强烈动压区致灾机理提出了相应的安全开采技术,并进行了现场验证,保障了工作面的安全开采。     

留底煤掘进双巷布置大采高工作面巷间煤柱尺寸优化研究

确定巷间煤柱合理尺寸是保证留底煤掘进双巷布置大采高工作面安全、高产与高效的关键所在。以某矿122106大采高工作面沿底掘进胶运巷和辅运巷之间的护巷煤柱为工程背景,对工作面生产地质条件展开现场调研,同时原位测试巷道围岩地质力学参数。基于上述原始数据理论,估算出煤柱极限强度与合理的煤柱宽度范围,通过数值试验研究手段,分析初步选定宽度煤柱条件下,二次回采阶段巷道围岩及煤柱内部应力、位移和塑性破坏特征。结果表明:煤柱的极限强度为50.48 MPa,合理的煤柱宽度为19.24~29.28 m。煤柱宽度20 m时,煤柱内塑性区是2个独立的区域;当煤柱宽度达到一定程度后,接续面回采对上个工作面侧煤柱应力影响较小,主要是对本侧煤柱影响较大;靠近煤柱侧顶板和帮部变形较大,垂直位移最大值集中在巷道肩角位置,顶板出现不均匀下沉;煤柱核区内垂直应力均小于其极限强度,能保证稳定;煤柱最大垂直应力集中在两侧,靠近采空区的位置,煤柱中部存在较明显的应力下降区域。     

区段小煤柱破坏规律及合理尺寸研究

为了防止煤柱冲击地压现象、改善工作环境并提高回采率,采用现场观测法,分析了沿空掘巷小煤柱以及工作面煤体内应力变化、超前支承压力的影响范围,以及小煤柱煤巷变形破坏规律,并通过数值模拟分析了4种不同宽度煤柱的塑性区变化范围．结果表明,煤柱的破坏情况受煤柱宽度影响较大．小煤柱外边缘,即临近上区段采空区部分受回采影响已基本呈塑性状态;内边缘即靠近本区段煤体部分,在距工作面4m左右开始进入塑性破坏状态;煤柱宽度在6～8m之间时中部存在一定范围弹性核．适合崔庄煤矿条件合理区段煤柱宽度应为6～8m．     

基于震波CT探测的宽煤柱冲击地压防控技术

针对深井区段煤柱冲击地压易发、多发、难防治的难题,以某矿1301工作面80 m区段宽煤柱冲击地压为例,利用数值模拟及微震数据分析,研究了宽煤柱冲击地压致灾机制,采用震波CT原位探测技术评估了宽煤柱区域内冲击危险性,并提出针对性防治方案。结果表明:3号煤层具有弱冲击倾向性,顶板岩层具有强冲击倾向性,已具备发生冲击地压的内在条件,高自重应力、强构造应力提供了基础静载荷,采空区侧向支承压力提供了增量静载荷,当两者叠加导致垂直应力超过冲击临界支承压力时,为宽煤柱静载荷冲击地压的发生提供了力源条件;震波CT原位探测技术以穿透煤岩体的实际震动波射线进行波速反演,反映煤岩体静载荷分布特征及结构特性,建立了以波速异常系数CA和波速梯度系数CG为主要因子的冲击地压危险性评估模型;鉴于宽煤柱冲击区域采掘空间实际条件,设计布置近完全观测系统观测方式,采用震波CT原位探测技术反演评估得到宽煤柱测区内冲击危险指数C=0.5~0.7,表明冲击发生后,宽煤柱仍然存在静载荷集中区域,具有中等冲击危险,并且运输巷侧冲击危险指数较采空区侧高,表明煤柱应力由采空区侧向运输巷侧转移,局部区域煤体破碎易冒顶片帮;制定了基于静载荷疏导的多层次防冲技术:大直径钻孔预卸压转移巷帮集中应力,耗散弹性应变能,确定合理日进尺为2.4 m,降低开采扰动,巷道全断面补强支护,提高围岩抗冲击能力;通过上述措施,现场监测宽煤柱煤体应力未发生突增,微震能量及频次变化平缓,1301工作面已安全回采宽煤柱区,防治效果显著。     

变形局部化对引发冲击矿压的分析

针对某矿高冲击危险工作面,采用三维数值模拟方法,详细分析了近距离煤层开采条件下,上煤层残留煤柱对下煤层工作面开采冲击危险性的影响,揭示了在上部煤柱作用下,开采过程中垂直应力和剪应力的发展变化规律.研究结果表明,由于受煤柱影响,工作面前方产生了10倍于原岩应力以上的集中应力,随着工作面的推进,其前方产生了错动变化的剪切应力峰值,在高支承压力和变化的剪切应力作用下,脆性岩体容易发生剪切破坏,造成变形局部化,引起煤岩体弹性能的突然释放,形成冲击矿压.     

“Z”型煤柱诱发冲击矿压的模拟研究

针对常村矿的冲击矿压类型,以弹性力学、岩体力学、材料力学等理论为基础,初步建立"Z"型煤柱的力学模型。"Z"型煤柱诱发型冲击矿压,其主要影响因素包括采深、工作面巷道开拓布置、顶底板岩层结构、周围煤岩体的冲击倾向性等。通过数值模拟分析了2113工作面开采过程中水平应力和垂直应力的演化规律,详细分析了"Z"型煤柱区域的应力分布规律,得出"Z"型煤柱诱发冲击的原因及机理。最后提出21采区的工作面布局,即下分层工作面巷道内错式布置,有效地避免了"Z"型煤柱、应力集中现象的发生。