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大倾角煤层群长壁开采承载拱与间隔岩层采动应力演化特征

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煤炭学报 2023年第2期48卷 551-562页

作者：罗生虎王同伍永平解盘石王红伟西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部实验室陕西西安710054 西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学理学院陕西西安710054

大倾角煤层群开采过程中,受重复采动影响,采动应力在间隔岩层中的演化规律复杂,揭示间隔岩层采动应力传递与三向应力状态演化特征是实现该类煤层群绿色高效开发的核心。采用物理相似材料模拟实验研究了大倾角煤层群长壁开采围岩变形破... 详细信息

大倾角煤层群开采过程中,受重复采动影响,采动应力在间隔岩层中的演化规律复杂,揭示间隔岩层采动应力传递与三向应力状态演化特征是实现该类煤层群绿色高效开发的核心。采用物理相似材料模拟实验研究了大倾角煤层群长壁开采围岩变形破坏的演化特征,采用数值模拟分析了围岩采动应力传递演化规律,揭示了间隔岩层三向应力状态演化特征,量化表征了第1主应力大小渐变、方向偏转的演变规律。研究结果表明:大倾角煤层群开采过程中,间隔岩层历经了“原岩应力状态-上煤层开采卸压-矸石非均衡约束-下煤层开采卸压”的扰动历程,最终产生非对称变形破坏。间隔岩层的破断失稳将使得上、下工作面开采过程中各自形成的承载拱演化成包络2个工作面在内的“大范围”承载拱,其承载拱上拱脚位于下工作面回风巷,下拱脚位于上工作面的运输巷,控制岩层变形破断内在的“大范围”应力传递拱壳亦呈现出类似的演化特征。低位间隔岩层受采动影响程度剧烈,应力释放程度较大;中位岩层压、拉状态发生改变的位置较低位向倾向下部偏移;高位岩层压、拉状态产生改变的位置位于上层煤底板临空面位置处,岩层由三向受压状态转化为单、双向受压状态。间隔岩层沿工作面倾向自下而上可分为上层煤增压、上层煤增压-下层煤卸压、重复卸压、上层煤卸压-下层煤增压、下层煤增压5个区域。在上层煤增压-下层煤卸压段,第1主应力x、y轴分量呈现出先增大后降低,z轴分量持续降低的演化趋势;在重复卸压段,岩层应力释放程度最大,方向偏转程度最大;在上层煤卸压-下层煤增压段,第1主应力x、y轴分量呈现减—增—减、z轴分量呈现先减后增的演化趋势。

关键词：大倾角煤层群 “大范围”承载拱间隔岩层重复扰动采动应力演化

深部煤层分叉合并区采动应力演化机理及控制技术

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采矿与安全工程学报 2022年第4期39卷 702-710页

作者：张雷李研屠世浩屠洪盛李文龙中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 徐州矿务集团有限公司江苏徐州221018

针对深部煤层分叉合并区工作面前方煤体中应力集中程度增大对煤矿安全开采的威胁,以张双楼煤矿74104工作面为工程背景,综合采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法,对工作面进、出合并区域时的采动应力演化机理进行了研究,结果表明:7~#... 详细信息

针对深部煤层分叉合并区工作面前方煤体中应力集中程度增大对煤矿安全开采的威胁,以张双楼煤矿74104工作面为工程背景,综合采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法,对工作面进、出合并区域时的采动应力演化机理进行了研究,结果表明:7~#、9~#煤层间距小于等于15 m时,工作面前方煤体应力集中程度明显降低;推入合并区域时,超前支承压力峰值呈先稳定后减小、再小幅增大后保持稳定的趋势;推出合并区域时,超前支承压力峰值呈先稳定后小幅减小、再增大后保持稳定的趋势;模拟分析了在峰值升高区域实施煤层注水软化措施,进、出合并区域时最大峰值分别由56.85、58.41 MPa减小至48.11、48.46 MPa,可有效降低工作面前方煤体中应力集中程度。最终对峰值升高区域采取了煤层注水软化措施,显著降低了垂直应力集中程度,解决了自正常区域向合并区域回采时煤壁片帮等问题,有效保障了74104工作面煤层分叉合并区安全高效生产。

关键词：深部开采煤层分叉合并区采动应力演化数值模拟煤层注水软化

大采高工作面过断层采动应力演化与顶板稳定性研究

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煤矿安全 2018年第4期49卷 225-228页

作者：尚奇伊康李飞扬太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

运用数值模拟研究了大采高工作面过断层期间围岩应力演化,分析了断层周围应力和工作面前方支承应力随推进的变化;分析了大采高工作面过断层与一般采高工作面过断层、正常回采期间工作面顶板结构特征;分析了过断层期间顶板稳定性,指出了... 详细信息

运用数值模拟研究了大采高工作面过断层期间围岩应力演化,分析了断层周围应力和工作面前方支承应力随推进的变化;分析了大采高工作面过断层与一般采高工作面过断层、正常回采期间工作面顶板结构特征;分析了过断层期间顶板稳定性,指出了顶板可能发生的失稳类型,提出了注浆加固煤柱来提高顶板稳定性的措施。实践表明:注浆加固后过断层期间煤柱具有较好的承载能力,顶板完整性较好,支架未出现异常的载荷及破坏,能够较好的控制顶板。

关键词：大采高工作面过断层采动应力演化顶板稳定性数值模拟

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潘二矿下向卸压开采高应力演化特征试验研究

岩土力学 2013年第9期34卷 2551-2556页

作者：闫书缘杨科廖斌琛涂辉安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 淮南矿业(集团)有限责任公司安徽淮南232001

为研究深部近距离煤层群下向卸压开采高应力演化的特征,根据潘二煤矿深部近距离煤层群8煤和6煤地质与开采技术条件,设计了下向卸压开采的二维相似材料模拟试验模型,对8煤和6煤开采引起的采动应力进行监测。系统分析了8煤下向开采与6煤... 详细信息

为研究深部近距离煤层群下向卸压开采高应力演化的特征,根据潘二煤矿深部近距离煤层群8煤和6煤地质与开采技术条件,设计了下向卸压开采的二维相似材料模拟试验模型,对8煤和6煤开采引起的采动应力进行监测。系统分析了8煤下向开采与6煤开采后的采场围岩采动应力、岩层运移及不规则煤柱对采动应力演化的影响,获得了近距离煤层群8煤下向卸压开采的顶底板采动高应力演化特征及6煤回采期间覆岩运移、采动应力裂隙演化和来压特征,得出了下向卸压开采不规则煤柱对采动应力、裂隙分布的影响规律。研究不仅为以采动高应力演化为主导作用的煤岩动力灾害防治提供了理论基础,也为卸压开采采场参数设计与优化提供了技术支撑。

关键词：近距离煤层群卸压开采采动应力演化不规则矿柱相似模拟试验

近距离煤层开采对卸压区采场围岩应力演化过程研究

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采矿与安全工程学报 2016年第1期33卷 102-108页

作者：刘增辉娄嵩孟祥瑞高召宁安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室能源与安全学院安徽淮南232001

为了研究近距离煤层开采围岩应力演化特征,以淮北海孜煤矿的8煤层762工作面和9煤层首采962工作面的地质和开采条件为研究背景,建立了三维数值计算模型,对762和962工作面开采造成的围岩应力相互影响进行了研究。结果表明:762工作面开采... 详细信息

为了研究近距离煤层开采围岩应力演化特征,以淮北海孜煤矿的8煤层762工作面和9煤层首采962工作面的地质和开采条件为研究背景,建立了三维数值计算模型,对762和962工作面开采造成的围岩应力相互影响进行了研究。结果表明:762工作面开采对底板卸压应力基本是以线性降低,在962工作面下平巷形成卸压;762工作面长度缩短对962工作面的解压效果降低,同时762工作面侧向底板集中应力和962工作面的超前支承压力相互叠加;通过在回采巷道内测试煤岩体的电磁辐射脉冲数,验证了采动影响下围岩应力演化。

关键词：近距离煤层采动应力演化电磁辐射

赵楼煤矿深部断层采动活化应力演化特征及防水煤柱合理留设研究

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赵楼煤矿深部断层采动活化应力演化特征及防水煤柱合理留设研究

作者：邓兆睿辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

赵楼煤矿主采3、3号煤层,矿井开采深度超过800 m,井田范围内断层构造较发育,煤层基底的奥灰含水层分布广、厚度大、水压高且富水性差异大,深部开采后矿山压力和断层构造应力均处于较高的情况,断层活化突水的危险性高。目前赵楼煤矿仅对... 详细信息

赵楼煤矿主采3、3号煤层,矿井开采深度超过800 m,井田范围内断层构造较发育,煤层基底的奥灰含水层分布广、厚度大、水压高且富水性差异大,深部开采后矿山压力和断层构造应力均处于较高的情况,断层活化突水的危险性高。目前赵楼煤矿仅对落差大于30 m的断层按相应数据留设了煤柱,对于相应措施难以科学严谨的保证矿井的安全生产。本文以赵楼煤矿开采3号煤层留设断层防水煤柱为工程背景,采用理论分析、相似材料模拟和Flac数值模拟相结合的方法,建立了断层活化力学模型并对其进行了分析,结合赵楼煤矿实际情况,判断其断层突水危险性,并对FZ18-1断层水文工程地质特征进行评价。深入研究煤层开采接近断层至其发生活化的过程中覆岩运移特征及应力演化特征,并根据断层活化的极限距离初步确定断层防水煤柱宽度。结合赵楼煤矿实际地质条件,对防水煤柱留设理论公式进行分析并对煤柱宽度进行理论计算,综合确定最佳防水煤柱宽度,并通过现场工程实施,对上述研究成果进行验证。研究结果表明:判断FZ18-1断层含、导水性较差,但存在断层活化可能。随着煤层的不断推进,断层带内出现开裂现象,煤层开采盘位移量更大且两盘位移差持续增大,在同一断层界面中,近煤层处位移量小于远煤层处。断层的上盘的垂直应力略高于断层下盘,工作面前方形成了应力集中区,应力集中区逐渐影响至断层区域,由于断层的阻隔效应,煤柱应力峰值及影响范围不断增大。相似模拟和数值模拟确定煤柱尺寸分别为30 m和50m,公式计算结果为89.99 m和99.04 m,最终确定断层防水煤柱宽度为100 m。现场工程实践实现了工作面的安全回采,研究成果的应用与推广,为类似条件矿井的安全可持续性发展提供支持。该论文有图37幅,表12个,参考文献50篇。

关键词：防水煤柱留设断层活化采动应力演化覆岩运动特征采动效应

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近距离煤层卸压开采围岩力学特征试验研究

地下空间与工程学报 2014年第5期10卷 1177-1182页

作者：窦礼同杨科闫书缘安徽理工大学煤与瓦斯共采安徽省重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001

为获得近距离煤层卸压开采卸压层与被卸压层煤岩体变形、破坏特征和围岩支承压力分布规律,根据潘二煤矿7煤和6煤开采地质及工程条件,建立了7煤下行卸压开采和6煤上行卸压开采的相似材料试验模型。通过试验观测与数据分析,获得了单一煤... 详细信息

为获得近距离煤层卸压开采卸压层与被卸压层煤岩体变形、破坏特征和围岩支承压力分布规律,根据潘二煤矿7煤和6煤开采地质及工程条件,建立了7煤下行卸压开采和6煤上行卸压开采的相似材料试验模型。通过试验观测与数据分析,获得了单一煤层下行卸压开采(7煤)、上行卸压开采(6煤)覆岩运移、支承压力分布等围岩力学特征及多煤层(7煤和6煤)开采围岩力学特征的叠加演化效应。研究表明,被卸压层中的应力分布及变形特征与卸压层开采布置参数、层间距及岩层结构密切相关,而煤柱留设是影响卸压开采效果及被卸压层安全开采的关键因素,尤其是煤柱下应力集中区的巷道布置、围岩稳定性控制、煤岩动力灾害防治等是下行卸压开采的技术关键。

关键词：近距离煤层群卸压开采采动应力演化覆岩运移模拟试验

浅埋煤层不同工作面重复扰动下大巷煤柱稳定性研究

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煤炭技术 2023年第7期42卷 6-9页

作者：肖江张成孙亚超西安科技大学能源学院西安710054 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室西安710054

以赵家梁煤矿3-1煤层大巷煤柱回收为研究背景,通过物理相似模拟及现场监测,研究浅埋煤层不同工作面采动影响下覆岩垮落特征以及重复扰动下大巷煤柱应力演化规律。结果表明:3101工作面回采后,1^(#)大巷煤柱应力峰值5.09 MPa,应力集中系数... 详细信息

以赵家梁煤矿3-1煤层大巷煤柱回收为研究背景,通过物理相似模拟及现场监测,研究浅埋煤层不同工作面采动影响下覆岩垮落特征以及重复扰动下大巷煤柱应力演化规律。结果表明:3101工作面回采后,1^(#)大巷煤柱应力峰值5.09 MPa,应力集中系数为1.62;3102工作面回采后,2^(#)大巷煤柱应力峰值5.7 MPa,应力集中系数为1.54;大巷煤柱回收工作面回采后,1^(#)和2^(#)大巷煤柱垂直应力分布由单峰型分布转为马鞍型分布,1^(#)大巷煤柱应力峰值7.4 MPa,应力集中系数为1.87,2^(#)大巷煤柱应力峰值8.46 MPa,应力集中系数为2.1。现场实测数据与物理相似模拟试验所得数据相符,研究结果可为大巷煤柱回收工作面的安全生产提供参考依据。

关键词：浅埋煤层相似模拟实验覆岩垮落特征采动应力演化现场监测