东乡铜矿-135m中段11线运输大巷道形变构造应力场分析

介绍东乡铜矿135m中段11线运输大巷道形变区的地质构造特征、主应力轴方位以及构造应力场分布规律，分析巷道形变与应力状态的关系。巷道施工破坏岩层中原始应力状态，而巷道形状、大小、方向以及支护型式是影响新应力状态的重要因素。平巷断面呈矩形、梯形、圆弧形时，围岩稳定性由差变好。圆弧形断面长轴方向抗压强度最大，马蹄拱型发碹垂向和侧向抗压强度最大，三心拱型发碹铅直方向抗压强度最大。拱顶剪切变形是δ1铅直方向分力和δ2铅直方向分力及中轴应力的“合力”作用所致。     

深井膏体充填开采支承压力与采空区应力分布规律研究

随着煤炭开采强度增高,采空区上覆岩层运动导致矿山灾害频发,膏体充填作为阻碍上覆岩层运动的重要措施,研究膏体充填对工作面开采覆岩运动规律的影响对矿山安全生产至关重要。为明确膏体充填效果,通过安装应力计获取超前支承压力、侧向支承压力、膏体应力等相关信息。监测结果表明,超前支承压力的扰动过程可分为初始影响及显著影响2个阶段;超前工作面时,侧向22 m外的煤体基本不受侧向支承压力影响;深入采空区后,侧向支承压力影响范围约为20 m;膏体的应力变化大致分为快速增长及稳定增长2个阶段,采空区顶板与膏体初期接触导致应力快速增加,当顶板运动结束后,膏体应力保持稳定。     

基于分布式光纤的覆岩变形特征监测试验研究

采动覆岩变形、破坏方式及其内部应力演化规律是采矿工程领域研究的重要问题,通过科学、有效的监测手段对上覆岩层在工作面开采过程中的变形及来压规律进行实时监测至关重要。将分布式光纤水平、垂直埋设在模型内部,监测覆岩变形特征与应力应变状态。结果表明,1-2煤回采过程中,水平传感光纤的"马鞍形"频移曲线反映了覆岩破断的动态变化过程;布里渊频移变化度准确实现了工作面的来压判别;分布式光纤的时空演化规律揭示了整个开采过程中相似模型的应变分布特征。     

近距离煤层群下保护层开采卸压保护效果研究

为了防治石屏一矿近距离煤层群开采过程中存在的煤与瓦斯突出风险,运用FLAC3D数值模拟软件分析了11025下保护层开采对上覆C19主采煤层卸压保护效果。研究结果表明:平均厚度1.3 m的下保护层开采后,距离20.9 m的上覆煤层应力释放呈现很强的分区分带性,采场中部一定范围内的应力明显降低,靠近采场边缘应力增大,中心最大位移量约为440 mm。基于法向应力和膨胀变形率指标确定煤层倾向方向卸压角运输巷侧为δ1=60.4°,风巷侧为δ2=67.9°,走向方向两端卸压角δ3=δ4=58.7°。下保护层开采后,卸压范围内C19主采煤层透气性系数提高7倍,最高瓦斯抽采速率1.13 m3/min,瓦斯压力降为0,起到了良好的卸压保护效果。     

采空区侧向支承压力演化及微震活动全过程实测研究

为获取工作面回采过程中采空区侧向支承压力演化及微震活动全过程特征,利用双巷布置工作面外圈巷道布置煤层应力及微震监测装置,通过连续6个月监测分析发现：工作面回采后,采空区侧向53 m范围内煤层垂直应力不同程度调整,直至工作面后方300 m趋于稳定;采空区侧向煤层垂直应力走向上呈现出5个阶段性特征,在倾向上呈现5个区间性特征,基于实测数据得出了各阶段、各区间内煤层垂直应力及弹塑性演化规律。采空区周围微震分布呈现反“C”型,采空区边缘微震活动持续时间显著大于中部。背斜构造区采空区边缘顶板岩块更易铰接成稳定结构,出现滞后型动载荷。采空区侧向覆岩结构构成及活动性与前方差异明显,并导致了两个方向上的支承压力特征差异。将研究结论应用于煤柱宽度的优化、临空巷道掘进时机的确定、留巷动力灾害危险区域划定等。     

三台子水库下压煤综放开采覆岩破坏充水特征

针对水库下特厚煤层综放开采安全问题,采用地面钻孔冲洗液漏失量法、EH-4连续电导率剖面仪法,对大平煤矿N1S1工作面采动前后覆岩破坏及充水状况进行了探测,利用RFPA2D系统对覆岩变形破坏进行了反演和模拟。结果表明:覆岩破坏导水裂缝带发育在工作面采空区上方垂直方向卸压、水平方向拉伸区覆岩内,顶界面深度220.92 m,钻孔冲洗液漏失量平均0.50~0.71L/(s·m);白垩系砂及砂砾岩承压含水层下部微弱含水段处于导水裂缝带内,深度约200 m水平之下岩层呈充水状态,视电阻率20~40?·m;导水裂缝带上方,深度约120 m水平以下,岩层呈垂直方向卸压、水平方向压缩状态,离层破坏发育,不导水。水库下采煤是安全的。     

煤层覆岩破坏特征对承压水上安全开采的影响

通过承压水上煤层带压开采的相似模拟试验,分析采空区内底板隔水岩层垂直方向应力分布情况及变形特征,获得采空区内底板隔水岩层垂直方向位移值的变化规律。结果表明:老顶初次来压后,覆岩裂隙带高度逐渐增加,在采空区内底板岩层表面形成的压力也逐渐增加;当底板表面形成的压力较小而无法抑制住下伏承压水压力时,采空区内底板隔水岩层垂直方向位移值随工作面推进逐渐增大。因此,在评价承压水上安全开采时,需要考虑老顶初次来压后,煤层覆岩随工作面推进时的破坏特征。     

特厚煤层大采高开采覆岩运动与矿压显现特征分析

为更深入了解特厚煤层大采高开采覆岩运动与矿压显现特征,采用数值模拟以及现场矿压监测方法,分析了大柳塔煤矿大采高开采覆岩移动、矿压显现以及支架工作阻力特征。结果表明:支架顶梁应力振幅可用于判断采场支架来压状态和覆岩破断剧烈程度;工作面推进50 m处基本顶小范围分层破坏;爆破预裂使基本顶形成不对称拱结构,拱结构破坏使基本顶岩层内水平应力减小,垂直应力升高,形成工作面初次来压,来压步距88 m;基本顶上部铰接结构使基本顶岩层内水平应力升高,垂直应力降低,下部悬臂结构破断导致第2次来压,来压步距25 m;铰接结构破坏使基本顶岩层内水平应力和垂直应力均升高导致第3次来压,来压步距20 m;基本顶拱结构和铰接结构失稳引起来压强烈,覆岩破断延伸至地表。     

石炭二叠系火成岩侵入区特厚煤层采区停采煤柱合理宽度研究

根据塔山煤矿石炭二叠系不同层位煤岩层受火成岩侵入的地质情况,运用Flac3D数值模拟软件对不同覆岩类型条件下特厚煤层停采煤柱合理留设宽度进行探讨;对采动影响下不同覆岩类型停采煤柱内部应力、尤其对大巷围岩垂直应力及超前支承压力等矿压特征差异进行分析。结果表明:1)无火成岩侵入下停采煤柱宽度为150～155 m,三层火成岩侵入下停采煤柱宽度为135～140m,单层侵入与双层侵入类型居于二者之间。煤岩层受侵入形成坚硬岩层越多,应力于煤柱弹性区衰减速率也较大,大巷围岩受扰动较弱,需留设停采煤柱宽度较小。2)巷道围岩应力场受扰动影响后,煤柱弹性区应力最低点的应力及大巷围岩最大垂直应力(及应力集中系数)会显著增大,大巷围岩最大垂直应力集中系数以二次函数关系随煤柱宽度减小而增大。3)特厚煤层坚硬岩层与高低位关键层的相对位置不同,对采场矿压显现影响程度不同。     

钱家营煤矿1621E工作面采动覆岩破坏特征研究

工作面开采过程中上覆岩层破坏易产生安全事故,通过数值模拟的手段,得到了1621E工作面开采后煤层覆岩的位移和垂直应力分布特征,分析得出工作面开采后,上覆岩层的最大下沉量为3.1 m,上覆岩层的垂直应力下降。     

金桥煤矿孤岛工作面形成过程中应力场演化研究

以金桥煤矿孤岛工作面2321为例,采用FLAC~(3D)数值模拟软件模拟分析了两侧工作面开采后侧向支承应力的分布状态,得出:单、双侧工作面开采时,在工作面还未采到测线时,测线处的垂直应力近似等于原岩应力,但双侧工作面开采时的应力略高于单侧开采。当工作面推过测线后,测线处的垂直应力随之增大,当上覆岩层彻底稳定后,垂直应力达到最大值。     

汤丹铜矿深部三维地应力分布规律及矿区结构面特征

汤丹铜矿1 218m中段探矿工程出现地应力集中现象,巷道大变形、岩层移动加剧。为采空区稳定性数值模拟提供原岩应力场,采用单孔3段套孔应力解除法对3个中段进行三维地应力测试,获取了垂直方向9组地应力数据,将解除的试件进行围压率定试验,判定12个应力片的工作状态。三维地应力测量结果表明:最大主应力、中间主应力和最小主应力随深度基本呈线性增长;当深度达1 130m时,最大主应力值为41.29MPa,与水平面夹角为-1.15°,方位角179.37°,水平主应力与自重应力比值为1.35～1.47,反映出矿区存在较大的构造应力场。将测量结果与区域构造和结构面产状结合分析发现,主应力方向与断层和结构面走向一致,与巷道工程布置垂直或大角度斜交,研究成果对深部回采和井巷工程布置具有重大意义。     

常村煤矿2101工作面覆岩破坏规律研究

运用FLAC3D数值模拟软件对常村矿2101工作面的不同推进长度进行模拟,分析了开采过程中该工作面覆岩垂直应力变化、垂直位移量变化和塑性区破坏特征。数值模拟结果表明,随着工作面的向前推进,覆岩的垂直应力和垂直位移量均呈现不断增大的趋势,而塑性区的变形由于受拉应力和剪切应力破坏,最终呈现出中间低两端高的马鞍状态分布。     

基于FLAC~(3D)模拟的沿空掘巷煤柱留设尺寸研究

针对某矿在倾斜中厚煤层条件下煤柱留设尺寸过宽、煤柱内部应力集中严重的问题,采用理论分析和数值模拟两种方法进行巷道窄煤柱留设尺寸的研究。首先对覆岩关键块结构参数进行分析,确定了基本顶沿工作面推进方向断裂长度L1=6. 12m,沿侧向断裂跨度L2=7. 05m,基本顶断裂位置L0=20. 16m,并进一步确定了断裂线位于实体煤上方;然后对窄煤柱留设尺寸进行理论分析,获得窄煤柱留设理论宽度范围6. 1～7. 4m;再制定煤柱模拟方案,利用FLAC~(3D)软件基于垂直应力、位移和塑性区等因素进行窄煤柱尺寸方案的模拟;综合研究结果确定合理窄煤柱宽度为7m;最后确定在巷道实际支护阻力条件下,覆岩关键块大结构能保持较好的稳定。通过窄煤柱留设尺寸研究,不仅改善了巷道围岩应力环境,而且提高了矿井资源回收率,增加了经济效益。     

巷旁深切缝对顶部岩层应力控制作用研究

当煤层顶板中存在1层或者数层坚硬岩层时,随着工作面采高的增加,侧向岩层应力集中范围增大,导致护巷煤柱宽度增大。为了减小护巷煤柱宽度,提出顶板切缝减小护巷煤柱宽度的技术原理。采用相似模拟和数值模拟实验,对巷旁顶板不同切缝深度的岩层应力传递控制作用进行了系统的研究,揭示了切缝深度对岩层破裂和顶板下沉的影响。结果表明:随着切缝深度的增加,煤柱上方岩层应力逐渐减小,层位越高,应力越小;工作面侧向采空区顶板下沉量增大,采空区岩层应力逐渐增加,层位越高,应力越大;煤柱上方10,20 m岩层应力峰值、峰值点距切缝边缘距离与切缝深度呈非线性反比关系;采空区上方10,20 m岩层应力与切缝深度呈指数关系,说明深度切缝可以有效控制岩层应力分布、应力峰值及峰值点距切缝边缘的距离。     

星村矿深部采区地应力分布特征及与 地质构造关系研究

深部采区地质应力环境复杂,对巷道围岩大变形破坏影响突出,因此,对深部采区进行地应力测量,分析地应力场分布特征对巷道设计与维护具有重要意义。星村矿最大开采深度已超过1 300 m,西翼深部采区轨道及回风大巷均发生非对称大变形破坏问题。为了研究其破坏机理并针对性治理,现场采用空芯包体应力解除法对矿区2条大巷的4个测点进行了地应力原位测量。结果表明:1)每个测点均有2个主应力方向接近水平,另一主应力方向接近于垂直;2)实测最大水平主应力是自重应力的1.60～1.67倍,表明应力场是以水平构造应力为主导,且均为压应力;3)各测点垂向应力基本等于或大于上覆岩层重量;4)实测最大主应力平均方位角为129.8°,方向呈NW-SE向。同时结合地应力场与地质构造关系分析认为,该地区郯庐断裂对矿区的构造有控制作用,区域构造应力场的方向与实测最大主应力方向结果相一致。     

采动覆岩活动规律的非连续变形分析动态模拟

在现场观测的基础上,采用非连续变形分析（DDA）,分别对初次来压前和周期来压前采场上覆岩层的变形、结构模式、形态与关键层等进行动态模拟。结果表明：DDA模拟显示了随着工作面的推进,上覆岩层变形、破裂、结构、运动的动态过程,模拟是可行的;初次来压前,上覆岩梁移动间步协调一致,且布置在梁中部咬合处下方的监测点1和2的垂直位移几乎相等,说明断裂岩梁在此处互相联锁咬合而取得平衡,从而形成了具有3个咬合点的“三咬拱”结构;周期来压前,各监测点垂直方向的位移、速度、加速度特性曲线形状极为相似,表明断裂岩梁在移动下沉过程中,同步协调一致,仍然处于联锁咬俣状态,且随着岩梁的下沉运动,位移与速度有趋于定值的趋势,说明岩梁形成了咬合岩梁结构;采场上覆岩层中的关键层在上履岩层活动的一某一阶段起主要承载作用。     

开挖对岩质边坡稳定性影响的数值模拟

以西部某露天矿开挖形成的岩质边坡为工程背景,运用数值模拟软件FLAC3D对开挖过程中岩质边坡体开挖方向上的应力演化和变形规律进行了数值模拟研究。研究结果表明：由于露天开挖形成的岩质边坡工程体在开挖过程中其内的压应力将发生明显的减小,自上而下呈“W”型分布,且在边坡体的中部将形成明显的拉应力区,这将是岩质边坡体发生失稳的原因之一;开挖过程也将导致岩质边坡内各岩层产生明显的膨胀变形,且埋深越大时产生的膨胀变形越大;由于复杂应力演化条件作用,岩质边坡坡脚处产生的沿开挖方向的变形最大。     

深井厚煤层沿空工作面合理区段煤柱宽度研究

为保证深井条件下厚煤层沿空工作面巷道及煤柱的稳定性,以赵楼煤矿3304工作面为背景,采用理论分析、应力监测等方法,对工作面合理区段煤柱宽度进行研究。得到如下结论:(1)赵楼煤矿3304工作面超前支承压力影响范围平均为125.4 m,采空区低应力影响范围为15 m;(2)采空区侧向岩层向上逐层发生破断回转,高位岩层(第二岩梁)断裂位置约为30～40 m;(3)综合考虑沿空巷道稳定性、锚固支护有效性、防治冲击地压有效性等方面,合理区段煤柱宽度为4～6 m。     

煤矿高浓度胶结充填开采覆岩变形规律

为了研究煤矿高浓度胶结充填开采覆岩变形规律,以新阳矿十采区10203充填开采工作面为背景,应用理论分析、数值模拟和相似模拟的方法对充填开采工作面上覆岩层的变形特征进行了研究。结果表明:充填开采主关键层不发生破断,只有微小的变形;覆岩变形以垂直方向的整体弯曲下沉运动为主,上覆岩层不发生断裂和垮落,无明显的垮落带;与垂直方向相比,水平方向的移动变形量很小,基本可以忽略。根据上述结论,将充填开采地表移动变形的研究重点放在垂直方向的岩层移动和地表沉陷方面是合理的。