急倾斜煤柱开采后对巷道影响的数值模拟

为提高煤炭的回收率和经济效益,针对长沟峪煤矿4槽煤柱,应用ANSYS有限元软件对-230～-310水平的煤柱开采前后进行数值模拟,得出:(1)煤柱开采以后,煤岩体总体下沉,但对-140水平巷道影响较小。(2)开采后,煤柱的中间部位是转折区,煤柱中部以上主应力减小,属于安全区域;煤柱中部以下主应力增大,随深度的增加,主应力增大;-320水平附近煤柱采后的主应力是采前的2倍多,是煤柱开采后主应力最大的地方,所以开采此区域为相对重点注意区域。(3)煤柱开采后-140水平的煤柱附近主应力增大,是没开采前的1.6倍,也是煤柱开采后主应力较大的地方,开采前要适当对-140水平煤柱附近进行加固。数值模拟得出结果和实际开采吻合较好,因此急倾斜煤柱开采后对巷道影响的数值模拟对开采有一定的指导意义。     

细长窄煤柱破坏机理的数值分析

对特厚煤层条件下采用螺旋钻机开采细长窄煤柱的破坏过程进行了数值模拟。模拟结果再现了开采过程中煤柱破坏发生、发展直至塑性区贯通破坏的全过程,并从应力场演化分析了煤柱破坏过程的应力分布特征及破坏机理。     

条带开采煤柱稳定性的试验模拟与数值分析——以山东省济宁市太平煤矿为例

以山东省济宁市太平煤矿为例，采用煤柱模拟试验和数值分析手段，对薄基岩条带开采时所留设煤柱的应力应变状态、煤柱强度结构及煤柱长期稳定性进行了深入的分析与研究，揭示了煤柱稳定性及煤柱应力分布与条采尺寸、采出率、覆岩特征的相互关系，进行了条带煤柱的稳定性评价，为工程实践提供了理论依据。     

断层保护煤柱合理留设的数值模拟分析

考虑某典型煤矿特殊地质条件,采用ANSYS建立二维有限元模型,对于断层存在情况下煤柱的合理留设进行了数值模拟计算。分析了留设不同断层保护煤柱情况下开采对工作面前方煤柱及断层的影响,并对开采区顶板的支承压力进行了模拟,提出了断层保护煤柱的合理留设长度,为实际开采提供了可靠的科学依据。     

煤柱挖潜影响下断层活化FLAC3D数值模拟研究

为研究断层防水煤柱挖潜对断层的影响,分析断层活化的危险性,应用FLAC3D数值模拟分析软件,以荆各庄矿1196F工作面开采挖潜F3断层防水煤柱为原型,对煤柱挖潜影响下F3断层活化进行了数值模拟分析。研究表明:F3断层防水煤柱的挖潜,打破了原有的应力平衡,在一定程度上影响了断层带内的应力分布,致使断层上下盘的应力增量和位移显著不同,并在工作面斜上方断层带内产生了剪应力变形增量集中,该位置最易引发断层活化,但由于F3断层挖潜后还剩60m宽度,煤柱挖潜对F3断层的影响是局部的,没有引起断层带内物质产生剪切破坏,F3断层没有产生活化。该结论得到了物探和钻探成果的验证。     

陕北某矿双煤层开采对覆岩影响的模拟对比

多煤层开采条件下煤层覆岩破坏具有独特的特征,影响矿井生产布置。以陕北某矿为例,以该矿地质采矿条件为基础,采用相似材料模拟实验与数值模拟相结合的方法,通过建立模拟模型,开展了双煤层开采对覆岩的破坏影响研究。结果显示：留设不同宽度的煤柱,采用相似材料模拟和数值模拟2种方法得到的煤层覆岩垮落带高度、裂隙带高度都基本一致;在双煤层开采时,留设的煤柱宽度越大,两个煤层的叠置区域就越小,煤层开采对覆岩的破坏程度就越小。在工作面布置时,建议增大两个煤层的开采距离,并尽量增加煤柱宽度,以减缓覆岩移动破坏范围和破坏程度。研究成果为类似双煤层开采工作面的设计及覆岩破坏控制提供技术支撑。     

近距离煤层群开采遗留煤柱下沿空掘巷煤柱宽度研究

目前关于沿空掘巷煤柱尺寸及巷道围岩稳定性方面研究多为单一煤层,近距离煤层群开采遗留煤柱下沿空掘巷窄煤柱留设条件复杂,需考虑同一煤层侧向支承压力与上部遗留煤柱应力集中的双重影响。以新疆石梯子西沟煤矿东翼采区近距离煤层群开采为工程背景,综合采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法开展研究。基于极限平衡理论建立1E302工作面沿空掘巷窄煤柱宽度计算力学模型,计算结果表明,工作面窄煤柱宽度不小于4.92 m,分析窄煤柱巷道围岩随界面黏结力和应力集中系数变化规律。FLAC3D三维数值模拟运算指出,受遗留煤柱应力集中作用影响,巷道应布置在煤柱边缘0～8 m,当煤柱宽度大于5 m时,煤柱中出现较稳定的承载核。理论计算和数值模拟综合确定窄煤柱宽度为5 m。工程实践应用表明,巷道支护效果良好。本文提出的近距离煤层群开采遗留煤柱下沿空掘巷窄煤柱宽度的确定方法,可为类似条件下窄煤柱合理宽度计算提供借鉴参考。     

吉林临江市永安煤矿煤层冲击倾向性数值模拟

临江市永安煤矿地质构造复杂,且已经进入深部开采阶段,煤体采动所形成的矿压对安全生产造成较大威胁。为防治其冲击地压的发生,对其煤层进行了冲击倾向性数值模拟研究,分析了煤层在自重应力场和构造应力场下水平应力、垂直应力大小及分布规律,得出结论:(1)应力集中区出现在地质构造复杂地带,凡遇褶皱和煤层尖灭处,且强度相对较大,即冲击倾向性相对较强。(2)水平应力最大值接近自重应力,垂直应力最大值约为自重应力的1.8倍。水平应力最大值与垂直应力最大值均出现在煤层尖灭处。(3)数值模拟得出结果和实际开采吻合较好,开采时注意防范,确保矿井安全开采。     

吉林省道清矿北斜井南平峒煤层冲击地压危险性数值模拟

通化矿业(集团)公司道清煤矿地质构造复杂,且已经进入深部开采阶段,煤体采动所形成的矿压对安全生产造成较大威胁。为预测该矿北斜井南平峒煤层冲击地压危险性的程度,对其煤层进行冲击地压危险性数值模拟,分析了煤层在自重应力场和构造应力场下水平应力、垂直应力、XY剪切应力大小及分布规律,得出应力集中区出现在F3号逆掩断层与煤层交汇处,即此处冲击地压危险性程度相对较大,开采时应注意防范,确保矿井安全开采。     

孤岛工作面应力分布规律的数值分析

为得出孤岛工作面推进过程中应力分布规律,采用有限差分法分析软件FLAC-3D进行模拟分析。得出了孤岛工作面的上下两区段煤柱分别承受着孤岛工作面上覆岩层的重量,处于高应力集中状态;随孤岛工作面向前推进,在工作面前方形成了应力降低区、应力升高区、原岩应力区;随孤岛工作面向前推进,煤岩应力集中系数不断增大。该研究为制定防冲、防突等措施提供参数数据,对于指导现场生产具有重要的应用价值。     

南屯煤矿下组煤开采水文地质条件

分析了兖州南屯煤矿下组煤开采的水文地质条件,绘制了下组煤灰岩厚度等值线图、单位涌水量等值线图、灰岩含水层渗透系数等值线图、14灰至奥陶系间距等值线图,分析了隔水层、断裂导水的可能性,总结了南屯煤矿下组煤水害特征以及对安全生产产生的影响特性.     

深部强冲击地压易发矿区厚煤层开采解放层卸压效果数值模拟

为研究深部强冲击厚煤层开采上、下解放层的卸压效果。采用数值模拟方法,分析不开采解放层,开采下解放层,开采上、下解放层条件下,被解放层的应力变化情况及应力变化规律,计算开采下解放层后的合理卸压角,确定解放层平巷位置。模拟结果表明开采上、下解放层后,应力明显减小,但仍存在高应力区,易发生冲击地压,必要条件下应采用其它辅助卸压方式。证明了煤壁前方应力增加区域一般在煤壁前方8～25m。该研究为工作面开采设计提供理论指导,对防治冲击地压具有一定的现实意义。     

沿空掘巷合理煤柱宽度综合分析与确定

在总结分析经验法、理论计算法、数值模拟法、现场实测等确定煤柱宽度方法优缺点的基础上,提出了采用现场实测和数值模拟相结合的方法来确定保留煤柱宽度。根据石炭井二矿生产实际,分别对巷道开挖前后,不同煤柱宽度下围岩应力、变形进行了模拟,同时利用21053工作面异型煤柱的有利条件,对不同煤柱宽度下巷道围岩变形、支护结构受力等进行了实测。经过对监测数据的分析,得出了巷道围岩变形、支护结构受力与煤柱宽度之间的关系,结合数值模拟结果,确定了石炭井二矿煤柱宽度。     

特厚煤层小煤柱沿空掘巷数值分析及应用

沿空掘巷开采技术成功的关键主要取决于采场覆岩稳定的时间和沿空掘巷的位置。采场采动岩体运动导致围岩应力重新分布,动态采场应力作用于围岩并使其状态发生灾变是发生矿山灾害的根本原因。特厚煤层分层综采巷道布置（包括内错、外错和垂直）,合理确定煤柱尺寸、巷道支护方式和参数选择能够最大可能发挥围岩的自承能力,是提高巷道稳定的重要保证。在稳定的内应力场范围内布置小煤柱护巷,能够明显提高巷道围岩稳定状态,减少巷道维护费用。通过理论分析、数值模拟和现场实测等方法,对特厚煤层下分层沿空掘巷小煤柱不同巷道布置设计,通过煤柱的应力、应变和位移进行对比分析,确定特厚煤层下分层沿空掘巷合理的巷道位置和煤柱尺寸及上覆岩层防控技术,并得到工程验证是正确可靠的,从而为特厚煤层小煤柱开采技术提供了重要的科学依据。     

浅埋煤层过沟开采覆岩裂隙与地表裂缝演化规律数值模拟

浅埋煤层过沟开采在陕北矿区普遍存在,严重威胁着矿井安全生产和生态健康发展。覆岩采动裂隙及地表裂缝的发育是岩体微裂隙的延伸和扩展的结果,为更加系统地研究浅埋煤层过沟开采覆岩微裂隙的演化规律,以陕北安山井田125203工作面为背景,根据现场沟道剖面及钻孔资料,采用Particle Flow Code (PFC)数值模拟平台构建颗粒流数值采煤模型,模拟分析覆岩微裂隙的发育特征、数量变化规律和力链演化特征,揭示微裂隙的发育规律和地表裂缝发育机理。结果表明:浅埋煤层过沟开采过程中,覆岩微裂隙发育表现为“产生–延伸和扩展–聚合成群–贯通成缝”的动态演化过程;根据微裂隙的基本发育特征及分布规律,可将发育全程划分为非连续跳跃式、连续贯通式和横向扩展式3个微裂隙发育阶段;覆岩微裂隙数量随工作面推进距离的增大而增多,非连续跳跃式和连续贯通式发育阶段呈现指数增长特征,分别累计发育微裂隙547和2 867条,覆岩微裂隙逐渐发育至地表;横向扩展式发育阶段呈线性增长特征,累计发育微裂隙11 705条,微裂隙数量随岩层高度的增大而减小;覆岩力链演化过程中,强黏性力链的破坏致使微裂隙发育,局部产生应力集中,强黏性力链拱自下而上逐渐破坏并贯通至地表,导致微裂隙延伸发育至地表形成地裂缝,力链在未贯通岩层的微裂隙两侧和尖端及地表裂缝两侧形成强力链区,微裂隙处形成弱(无)力链区。该研究成果可为陕北矿区浅埋煤层过沟开采覆岩及地表损害防控提供理论指导。      

掘进工作面瓦斯流动规律数值模拟分析

研究煤层巷道掘进过程瓦斯流动规律对认识掘进巷道瓦斯涌出规律和瓦斯治理具有重要的理论意义和现实意义。本文通过建立流固耦合模型,考虑煤与瓦斯流固耦合作用,进行了不同掘进长度,掘进工作面瓦斯压力分布规律,瓦斯压力梯度改变以及瓦斯流动规律的数值模拟研究。研究表明,掘进巷道周边煤层瓦斯压力随煤壁暴露时间的增长逐渐降低,采掘活动对工作面前方煤体的影响范围达30m。并且越靠近煤壁瓦斯压力梯度越大,在距离巷帮5m范围内,瓦斯压力变化幅度最大。煤壁瓦斯流速随巷道掘进长度的增加先增加后减小,最后瓦斯流速趋于稳定。掘进工作面瓦斯流动规律的研究为矿井瓦斯治理提供安全可靠的依据,保证矿井安全生产。     

双系煤层开采相互影响下的覆岩运动与破坏规律分析

以大同矿区同忻煤矿为例,利用关键层理论、物理探测技术和数值模拟,分析双系煤层开采形成的覆岩运动与破坏规律。研究结果表明：（1）石炭二叠系煤层工作面推进至193 m时,覆岩裂隙带发育高度达到最大为174.7 m;（2）物理探测得到3-5^#煤层开采引起的覆岩垮裂带高度约为180 m,综合理论计算与现场实测,确定覆岩裂隙带发育高度与采厚之比为11.7-12.0;（3）侏罗系煤层开采引起的底板破坏及双系间覆岩软弱夹层的缺失为双系煤层采空区联通进一步提供了条件;（4）侏罗系煤层的开采影响石炭二叠系煤层工作面超前支承压力的分布规律,当石炭系煤层工作面位于侏罗系煤层遗留煤柱下方时,超前支撑压力较无采空区时增大12.4%;（5）研究成果揭示了双系开采相互影响关系,为采取安全开采措施、减弱双系开采相互影响程度提供了科学依据。     

井下高压水射流切割煤层增透效果数值模拟

针对井下高压水射流切割煤层增透技术,利用FLAC^3D数值模拟软件,建立三维有限元模型,对不同煤体结构（软煤、硬煤）、切割深度和切割环数等因素的卸压增透效果进行数值模拟分析。模拟结果表明：在水力切割相同半径下,软煤的卸压范围约为硬煤的1.8倍,变形量约为硬煤的2.6倍;水力切割半径由0.5 m增至1 m时,煤体中应力降低为90%的区域和煤体变形量分别提高到1.56倍和1.66倍;相邻切割缝槽之间出现了交互影响,钻孔的卸压范围和煤体变形量显著增大,水力切割区域煤体呈现整体卸压状态。将数值模拟的卸压范围与理论公式计算结果进行了对比,二者之间的误差为0.46%~9.84%,表明采用数值模拟技术研究水力切割增透效果是可靠的。     

煤层下部地层地震成像研究

以内蒙地区某煤田三维地震资料为例,对煤层下部地震成像效果不佳的原因进行分析。在资料处理环节,对影响煤层下部成像效果的面波和多次波,根据空间和频率等特性进行压制和衰减;在地表激发条件差、震源能量衰减迅速、煤层对下部反射有强烈屏蔽作用的情况下,对弱信号进行针对性的补偿和保护。实际资料处理,得到了较满意的成像效果。