综放沿空巷道围岩系统稳定性的UDEC模拟分析

厚煤层综采放顶煤开采的沿空巷道顶、帮均为煤体或煤柱,其稳定性问题十分突出。本文以南屯煤矿综放沿空巷道为原型,进行了围岩稳定性的离散元数值模拟,提取表征巷道围岩系统的顶板下沉量ydis、煤柱表面水平位移xdis、煤柱垂直应力syy等指标,判断巷道的稳定性,确定合理的煤柱尺寸和支护方式。通过综放沿空巷道稳定性的离散元数值模拟分析,得到了一定地质条件下,综放沿空巷道稳定性与煤柱尺寸及支护方法的一些关系,对煤矿成功解决综放沿空巷道的支护,提高围岩稳定性,具有一定的现实意义。     

阳泉矿区综放面不同护巷煤柱下应力分布规律实测研究

针对阳泉矿区高应力综放面沿空掘巷煤柱宽度留设不合理的问题,采用现场实测研究的方法对阳泉二矿80801及80509综放工作面不同宽度护巷煤柱及其所对应工作面实体煤内应力分布规律进行分析。实测结果表明,留设5.5 m煤柱时上覆岩层大部分载荷转移至工作面实体煤中,沿空掘巷巷道避开了侧向支承压力高峰区,维护了巷道稳定性,保证矿井高效安全生产。     

综放工作面沿空巷道小煤柱宽度分析

采用离散元数值计算对综放面侧向支承压力进行研究,得出压力分布规律及巷道布置的合理位置。通过理论计算得出煤柱塑性区宽度,进而确定出沿空巷道小煤柱的合理宽度,并对巷道的稳定性进行计算分析。结合工程实践,表明此方法确定的煤柱尺寸科学可靠,为综放工作面沿空巷道布置提供了科学依据。     

特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度综合确定方法

为解决特厚煤层综放开采大煤柱尺寸下煤炭资源损失量大、沿空掘巷小煤柱合理宽度确定方法单一、研究结果与工程实际存在较大差距的问题,本文以扎赉诺尔矿区灵东煤矿为工程背景,提出了基于JW-6型地下高频电磁波CT系统、钻孔应力监测系统、数值模拟等多手段下特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度的综合确定方法,并依据此方法分析了灵东煤矿特厚煤层综放开采侧向支承压力分布规律及演化规律、煤柱承载及变形特征,以此确定了灵东煤矿特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度为6.0～9.0m。工程实践结果表明,该综合分析方法确定的特厚煤层综放开采小煤柱宽度合理,回采期间巷道围岩变形量绝大部分控制在300mm以内,变形量小,满足工作面安全生产需要,提高了煤炭资源回收率。该研究成果对特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度的确定具有重要参考意义。     

倾斜特厚煤层区段煤柱尺寸及分区围岩控制研究

为确定倾斜特厚煤层综放工作面沿空掘巷区段煤柱的合理尺寸,以孟家窑煤矿11503综放工作面沿空掘巷为工程背景,基于倾斜煤层基本顶破断之后的岩层结构,建立倾斜煤层工作面“大、小结构”力学模型,推导出适合小结构布置区域的低应力场范围表达式,并通过“尖点突变”理论分析区段煤柱发生失稳突变的充要条件。采用FLAC^3D模拟不同尺寸煤柱的受力及围岩变形规律。研究表明：受到煤层倾角和基本顶关键块回转挤压的影响,煤柱内部破坏形式主要为剪切破坏,破坏区域主要集中在其上部偏向采空区位置;随着煤柱宽度的增大,在沿空掘巷小范围内上覆岩层压力由实体煤承担逐渐转向由煤柱承担;结合应力场、位移场和塑性区变化情况,最终确定煤柱的合理尺寸为15 m。通过分析不同采掘阶段沿空巷道围岩应力分布和演化特征,提出适合不同阶段的围岩控制方案。结合现场工程实践表明,15 m煤柱宽度及围岩控制方案能够满足巷道稳定性要求。     

国阳二矿80509综放工作面小煤柱沿空掘巷技术

根据阳泉矿区二矿80509综放工作面采矿地质条件、煤层及其顶底板的物理力学性质,利用UDEC数值模拟软件对相邻工作面采空区侧向围岩结构特征以及侧向应力分布规律进行了分析,采用极限平衡理论确定了综放沿空掘巷合理的煤柱宽度,为试验矿井综放回采巷道的合理布置及护巷煤柱参数的合理确定提供了科学依据。     

特厚煤层大采高综放工作面小煤柱沿空掘巷技术应用

以特厚煤层大采高综放工作面为研究对象,分析了特厚煤层大采高综放工作面端部覆岩活动范围、裂隙场分布、运动特征及结构特征,提出了大采高综放工作面开采后,采空区端部存在三角滑移区结构合稳定的应力降低区,有利于小煤柱沿空掘巷的布置和小煤柱巷道维护;根据采空区上覆岩层运动特征及时空关系,确定了小煤柱沿空掘巷的合理位置及时间;在塔山矿一侧采空一侧实体煤、麻家梁孤岛工作面和同忻矿上煤层遗留煤柱下孤岛工作面等不同条件下实施小煤柱沿空掘巷。结果表明,与同等条件下的大煤柱相比,小煤柱沿空掘巷降低了巷道变形量,改善了巷道维护状况,提高了煤炭资源回采率,技术经济效益明显。     

综放工作面沿空掘巷区段煤柱合理尺寸探索

以金达矿4203综放工作面回风顺槽护巷煤柱为研究对象,对合理的煤柱尺寸进行了探索研究.首先在分析实际开采地质条件的基础上,通过极限平衡理论分析得出采空区侧向塑性屈服区宽度为2.42 m,进而得出区段煤柱最小尺寸为4.82 m;其次通过数值模拟研究了不同尺寸区段煤柱应力分布规律和巷道围岩变形规律,综合确定区段煤柱尺寸为8 m.实践表明煤柱尺寸设计合理,沿空巷道围岩变形相对较小,可以满足安全生产要求.     

沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定

针对皖北煤电集团祁东煤矿71煤层,应用FLAC2D软件模拟综放沿空掘巷留设不同宽度煤柱时围岩位移和应力的大小,确定了71煤层相邻工作面区段沿空掘巷留设煤柱的合理宽度,对类似综放沿空掘巷合理位置的确定具有参考价值。     

阳泉综放沿空掘巷的可行性分析

阐述了无煤柱护巷原理 ,分析了放顶煤开采侧向煤体支承压力分布特点及放顶煤开采沿倾斜方向采空区边缘的冒落状态 ;通过对阳泉综放沿空掘巷的可行性分析 ,得出在阳泉实行综放留窄煤柱的沿空掘巷在技术上是可行的 ,但同时应采取必要的防止煤自然发火的措施。     

综放沿空掘巷底板力学机理与控制技术研究

针对谢桥煤矿沿空掘巷底板变形严重问题,在沿空掘巷整体力学环境分析的基础上,建立了底板力学模型,通过对底板失稳机理的分析,指出综放工作面沿空掘巷底板破坏主要是实体煤帮高应力的作用,控制的关键是加强实煤体帮、底角和窄煤柱的支护。这一思想在1101(3)综放面沿空掘巷实践中取得了很好的支护效果。     

上隅角埋管抽放前后采空区瓦斯运移规律研究

针对新安煤矿14211沿空留巷综放开采工作面上隅角瓦斯浓度超限问题,对综放开采工作面采空区瓦斯运移规律进行了研究。根据CFD数值模拟的理论,建立采空区瓦斯渗流的三维非均质模型,并得到了模型中相应参数的确定方法。利用Fluent数值模拟软件,对比分析了沿空留巷综放开采工作面上隅角瓦斯有无情况下的采空区瓦斯运移及浓度分布规律。模拟结果表明:通过上隅角瓦斯抽放可平均减少42%的上隅角和采空区的瓦斯,有效解决了沿空留巷综放开采工作面上隅角瓦斯积聚问题,从而保障了综放开采工作面的安全生产。     

南阳坡煤矿8800综放工作面临空小煤柱尺寸研究

针对南阳坡煤矿8800综放工作面沿空掘进巷道临空小煤柱合理尺寸进行了深入、系统研究。基于关键层理论,构建临空煤柱顶板关键岩块铰接结构力学模型,数学推导煤柱承载应力,结合Bieniawski提出的煤柱强度线性计算方法,确定沿空掘巷临空小煤柱宽度为7m。采用相似实验模拟沿空掘巷临空7m小煤柱围岩的稳定性,并开展巷道表面位移现场观测试验,结果均较为理想,验证了8800综放工作面沿空掘巷留设7m临空小煤柱的可行性。为类似开采条件沿空掘巷临空小煤柱尺寸确定提供了参考和借鉴。     

沿空掘巷窄煤柱合理宽度确定

针对202综放面地质条件,运用理论计算和数值模拟分析的方法初步确定窄煤柱合理宽度为5 m,通过现场矿压实测分析表明,煤柱宽度为5m是合理的,为天池煤矿综放沿空掘巷窄煤柱宽度合理留设提供了可靠依据,并为类似条件下窄煤柱合理宽度留设提供了借鉴。     

基于应变软化模型的煤柱采动应力分布精细化数值模拟

以山西经坊煤业08综放工作面工程地质条件为背景,开展了工作面护巷煤柱采动应力的现场钻孔应力实测;同时,分别建立了基于摩尔-库伦(MC)本构模型以及应变软化(SS)本构模型的数值计算模型,精细研究了综放工作面煤柱采动应力空间分布及演化规律。现场钻孔应力监测及数值模拟结果表明：与传统的MC模型相比,基于SS模型的精细化数值模拟能够准确地获得综放工作面煤柱采动应力空时分布规律,其结果更接近于现场钻孔应力监测结果;基于SS模型的煤柱上的支承压力峰值位置滞后工作面40-50m,而基于MC模型煤柱采动应力峰值位置始终处于采空区中部,不能反映采空区顶板垮落破断对采动应力分布规律的影响;基于SS模型的煤柱上的侧向支承压力与工作面前方的超前支承压力分别相比基于MC模型的结果小43.3%与26.2%。研究成果对于指导综放工作面护巷煤柱尺寸留设以及巷道布置与支护设计具有一定的理论与工程指导意义。     

综放开采条件下白垩系覆岩破坏规律研究

为确保多伦协鑫煤矿综放回采工作面不受上覆第三系含水层影响,确定留设安全煤（岩）柱的合理厚度,须掌握综放开采条件下白垩系覆岩破坏规律。基于覆岩破坏高度现场实测结果,结合实验室相似材料模拟试验,得出了综放开采条件下白垩系覆岩破坏＂两带＂高度与采高之间的比例关系,取垮采比5.61,裂采比12.21,作为7号煤上分层综放开采条件下合理留设安全煤（岩）柱的数值依据。经过与开采条件相似矿井的覆岩破坏相关数据对比分析,认为白垩系岩层覆岩破坏具有裂采比较小、垮采比较大的特点,符合软弱类型覆岩的破坏规律。     

基于相似材料模拟特厚倾斜煤层煤柱应力演化规律研究

为研究特厚倾斜煤层开采时煤柱应力变化状态,结合抚顺矿区老虎台矿特厚煤层开采现状,针对83003综放面和73005综放面构建力学模型。采用相似材料模拟实验对煤柱应力进行监测,得到了应力演化规律,根据实验结果对现场布置合理的防治冲击地压措施。研究结果表明:煤层赋存越深,煤柱受采动影响的应力值越大,应力集中系数呈增长趋势,变化范围为1.09~3.12;73005综放面和83003综放面之间的煤柱应力明显高于模型边界煤柱应力;工作面之间的煤柱受开采影响次数越多,煤柱应力值越大;工作面推进时,上覆岩层的垮落使岩层中的应力充分释放,随着采空区逐渐压实,应力值有所回升。通过相似材料模拟研究,对工作面的开采进行指导,运用煤层注水、卸压钻孔和加强支护等措施对冲击地压进行防治,达到了理想的效果。     

厚煤层综放开采工作面地表岩移实测分析

随工作面向前推进,采空区范围逐渐增大,上覆岩层因失去支撑而垮落下沉,沉降逐层传递,直至地表造成岩层移动。为研究掌握厚煤层综放开采条件下的地表岩移规律,本文以小峪煤矿8202工作面为例,结合理论、实测等方式,对厚煤层综放工作面上方地表岩层移动进行实测分析,为厚煤层采动影响下的地表沉陷控制提供数据支撑。     

漳河水库下厚煤层综放开采技术研究

为保障五阳煤矿7802工作面漳河水库下厚煤层综采放顶煤安全开采,研究综放开采导水裂缝带高度发育规律,探讨了综放采场覆岩结构破坏及采动渗透性间关系,计算了水库下综放开采安全所需防水煤柱高度,制定相应的防治水技术措施。结果表明:中至坚硬覆岩综放开采导水裂缝带发育高度基本与煤层一次采高成正比,比例系数为20.22;煤层顶板基岩厚度大于水库下安全开采所需煤柱高度;监测知井下工作面涌水与地表水体没有水力联系,实现水库下压煤安全开采。     

超长综放面开采地表移动变形规律的实测研究

为研究超长综放工作面开采条件下地表移动变形规律,指导矿井生产,在兴隆庄煤矿4326超长综放工作面上方设立了地表移动观测站。通过对观测资料的分析研究,获得了该区条件下超长综放工作面开采时的地表移动变形规律和有关参数,给出了煤柱上方的概率积分法预计结果修正公式,并与普通综放面岩移参数进行了对比分析。