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特厚煤层残留煤柱应力分布与巷道跨煤柱布控技术

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煤炭科学技术 2023年第12期51卷 232-242页

作者：王鹏王志强洛锋苏越李敬凯武超张智尧河北工程大学矿业与测绘工程学院河北邯郸056038 中国矿业大学(北京)中俄动力学研究中心北京100083 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 中煤国际工程设计研究总院有限公司北京100120

为确定老公营子煤矿特厚煤层分层开采残留煤柱影响下回采巷道的合理布置位置及稳定控制方案,采用现场监测、理论分析与数值模拟结合的方法,研究了残留煤柱与下分层煤体应力分布特征,对比分析了不同巷道布置位置的围岩应力状态,提出了跨... 详细信息

为确定老公营子煤矿特厚煤层分层开采残留煤柱影响下回采巷道的合理布置位置及稳定控制方案,采用现场监测、理论分析与数值模拟结合的方法,研究了残留煤柱与下分层煤体应力分布特征,对比分析了不同巷道布置位置的围岩应力状态,提出了跨残留煤柱巷道布置方式,建立了以应力增高区宽度作为条形基础宽度的底板滑移线场力学模型,确定了距残留煤柱水平距离4 m的巷道布置方案,结合巷道布置特点,提出了“工字钢棚+锚索+喷浆+浅孔低压注浆”的主被动联合支护方案。研究结果表明,上分层两侧工作面采空后,主应力偏转导致残留煤柱与下分层煤体间均存在双峰值的应力集中现象,煤柱内部为垂直应力集中区,煤柱边缘为剪应力集中区;外错式布置巷道受垂直应力与剪应力双重影响,应力集中程度最高且随外错距离增大而增大,垂直式布置巷道应力集中程度次之,受剪应力影响更为明显,而跨残留煤柱布置巷道受垂直应力与剪应力影响明显降低,垂直应力峰值稳定为34.1 MPa,剪应力峰值稳定为6.7 MPa,应力集中程度最低且随跨距增大而减小。现场应用效果显示,跨残留煤柱巷道围岩变形量小,无强烈的矿压显现特征,能够满足安全生产的要求。

关键词：特厚煤层分层开采残留煤柱滑移线场跨煤柱联合支护

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残留煤柱沿空掘巷围岩应力场及位移场分布

煤矿安全 2015年第12期46卷 38-41页

作者：徐军神文龙李思超严冬扬州工业职业技术学院江苏扬州225000 中国矿业大学江苏徐州221116

采用数值计算的方法研究了巷道开挖前残留煤柱初始应力场、位移场分布规律,揭示了窄煤柱宽度对残留煤柱应力场和位移场的影响规律。结果表明:随着窄煤柱宽度的增加,垂直应力、水平应力峰值均向实体煤深部转移,垂直位移、水平位移影响区... 详细信息

采用数值计算的方法研究了巷道开挖前残留煤柱初始应力场、位移场分布规律,揭示了窄煤柱宽度对残留煤柱应力场和位移场的影响规律。结果表明:随着窄煤柱宽度的增加,垂直应力、水平应力峰值均向实体煤深部转移,垂直位移、水平位移影响区域呈递增趋势,残留煤柱中部稳定区域呈递减趋势,当窄煤柱宽度≥6 m时,窄煤柱内存在弹性核区,有利于窄煤柱稳定。

关键词：残留煤柱沿空掘巷窄煤柱应力场位移场

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残留煤柱回收工作面巷道合理布置研究

煤炭技术 2014年第10期33卷 130-133页

作者：周煜博秦征远王若帆潞安环能股份公司王庄煤矿山西长治046031 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221008

采用数值计算软件FLAC3D,以王庄煤矿43M2工作面残留煤柱实际生产地质条件为背景建立模型,分析研究了残留煤柱内的支承压力分布情况,残留煤柱从边缘到中心可以被分为卸载松散区、塑性强化区、弹性变形区和原始应力区。以此为根据提出了... 详细信息

采用数值计算软件FLAC3D,以王庄煤矿43M2工作面残留煤柱实际生产地质条件为背景建立模型,分析研究了残留煤柱内的支承压力分布情况,残留煤柱从边缘到中心可以被分为卸载松散区、塑性强化区、弹性变形区和原始应力区。以此为根据提出了残留煤柱工作面巷道的布置方式。认为回收工作面巷道应布置在塑性强化区的低应力区,确定回收工作面窄煤柱宽度为6 m。

关键词：残留煤柱支承压力空巷工业性实验

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残留煤柱破坏特征及其对下部煤层开采影响

煤矿开采 2009年第5期14卷 13-15,49页

作者：朱涛宋敏康立勋卓庆奉崔永丰太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 内蒙古准格尔旗蒙南煤炭有限责任公司内蒙古准格尔010400 山东水利职业学院建筑工程系山东日照276826 鄂尔多斯职业学院矿业系内蒙古鄂尔多斯017000 煤炭科学研究总院开采设计研究分院北京100013

应用Wilson煤柱设计理论公式和三向应力状态下的极限平衡条件,以王封煤矿为实例,分析了刀柱采煤法开采后留设煤柱的弹塑性变形区,计算了煤柱承受的极限载荷,得出该矿8号煤层刀柱采煤法留设的煤柱实际承受的荷载小于其所能承受的极限荷载... 详细信息

应用Wilson煤柱设计理论公式和三向应力状态下的极限平衡条件,以王封煤矿为实例,分析了刀柱采煤法开采后留设煤柱的弹塑性变形区,计算了煤柱承受的极限载荷,得出该矿8号煤层刀柱采煤法留设的煤柱实际承受的荷载小于其所能承受的极限荷载,煤柱处于稳定状态,上覆岩层在煤柱上产生应力集中现象,对下部煤层开采造成较大的困难。

关键词：残留煤柱破坏特征下部煤层

残留煤柱下急斜煤层顶板破坏过程中能量演化特征研究

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残留煤柱下急斜煤层顶板破坏过程中能量演化特征研究

作者：刘简宁西安科技大学

学位级别：硕士

顶板破坏过程中能量演化研究对急斜煤层动力灾害预报至关重要。紧绕顶板破裂诱致能量演化问题,以碱沟煤矿急斜煤层顶板为研究对象,采用理论分析、数值计算、物理模型实验与现场监测等综合探究方法,开展残留煤柱影响下急斜煤层顶板破坏... 详细信息

顶板破坏过程中能量演化研究对急斜煤层动力灾害预报至关重要。紧绕顶板破裂诱致能量演化问题,以碱沟煤矿急斜煤层顶板为研究对象,采用理论分析、数值计算、物理模型实验与现场监测等综合探究方法,开展残留煤柱影响下急斜煤层顶板破坏过程中能量演化特征研究,为动力灾害预测提供科学依据,研究如下:1、完成了急斜煤层能械演化理论分析与数值计算。急斜煤层顶板积储的能量主要以可释放应变能为主,随着顶板岩体强度逐渐减小,能量释放速率必然增加;受残留煤柱影响,开挖前顶板能量分布特征主要为从顶部到底部能量逐渐增加,开挖后顶板在不同空间位置上的能量释放特征具有差异性,距工作面13m左右区域内能量释放值最大。2、构建了急斜煤层顶板能量演化物理模型实验。实验过程中声发射信号与红外热量同时变化,且呈缓慢与快速演化特征,红外热像出现热量异常区迁移;实验过程中声发射数据与红外热量时序演变特征的实质为顶板破坏过程中能量非均匀释放,进而形成缓慢与加速变化的时-空演变过程,其中缓慢变化最长持续40s,加速变化最短持续14s。3、开展了急斜煤层顶板破坏过程中能量演化现场监测。现场监测的声发射与微震数据均经历了缓慢变化与加速变化,与此同时破裂最大高度值的变化趋势中出现破裂高度集中区间,其主要分布在距工作面较近的地方;综合剖析能量、频次与破裂高度的时序演变特征,揭示了急斜煤层顶板破坏过程能量经历了缓慢变化与加速变化时-空演化过程,且离工作面约13m以内区域能量释放值较大,每日累计能量值最大可达2.522×106J,能量加速释放的过程中顶板极易断裂失稳并诱发动力灾害。研究结果在急斜煤层顶板破坏过程中能量演化问题方面具有较好的科学依据及实用价值,这为现场灾害预测提供科学依据。

关键词：急斜煤层残留煤柱能量释放模型实验现场监测

急斜特厚煤层残留煤柱稳定性分析及其动力灾害防治

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西安科技大学学报 2021年第4期41卷 657-664页

作者：李云鹏崔峰杨文化尉迟小骞烟台黄金职业学院资源与土木工程系山东烟台265401 西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054

为研究急斜特厚煤层开采过程中残留煤柱的稳定性及其应力异常区引起的回采安全问题,以乌鲁木齐矿区乌东煤矿南采区87°急斜特厚煤层为研究背景,运用块体理论构建了残留煤柱滑移失稳力学模型,采用FLAC 3D数值模拟软件分析开采扰动下残留... 详细信息

为研究急斜特厚煤层开采过程中残留煤柱的稳定性及其应力异常区引起的回采安全问题,以乌鲁木齐矿区乌东煤矿南采区87°急斜特厚煤层为研究背景,运用块体理论构建了残留煤柱滑移失稳力学模型,采用FLAC 3D数值模拟软件分析开采扰动下残留煤柱的应力演化特征,提出了残留煤柱分段深孔爆破弱化的卸压措施。结果表明:当煤层倾角α,顶板侧围岩与残留煤柱的摩擦系数μ1,底板侧围岩与残留煤柱的摩擦系数μ2之间满足α>arctan(μ1+μ2)时,残留煤柱将发生滑移失稳;残留煤柱易使顶底板应力状态改变,在开采扰动和顶底板高应力双重作用下,残留煤柱极易诱发动力灾害;卸压措施有效削减残留煤柱内部储存的应力强度,降低动力灾害的发生频率,实现工作面安全通过煤柱危险区域。

关键词：急斜特厚煤层残留煤柱力学模型动力灾害

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近距离残留煤柱下破碎围岩巷道修复技术

中国矿业 2016年第10期25卷 118-123页

作者：刘洪林吕金星马强新疆大学地质与矿业工程学院新疆乌鲁木齐830047 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 伊犁新矿煤业有限责任公司新疆霍城835200

针对近距离煤层开采过程中,残留煤柱下部巷道在煤柱集中应力作用下围岩破碎程度高、修复难度大的问题,以山西某矿为工程背景,采用数值模拟的方法分析煤柱底板应力分布规律,结合巷道实际变形特征总结了下位巷道围岩变形破坏原因。认为:... 详细信息

针对近距离煤层开采过程中,残留煤柱下部巷道在煤柱集中应力作用下围岩破碎程度高、修复难度大的问题,以山西某矿为工程背景,采用数值模拟的方法分析煤柱底板应力分布规律,结合巷道实际变形特征总结了下位巷道围岩变形破坏原因。认为:残留煤柱底板集中载荷的非均匀性分布,及其引起的支护体承载结构破坏是近距离煤柱底板巷道围岩发生大变形的本质。由此,提出了基于破碎围岩注浆和高强度锚杆支护的巷道修复技术,工程实践表明该技术在有效提高围岩整体性和可锚性的同时,使浅部锚固区与深部围岩相连形成整体承载结构,有效地控制了巷道围岩变形,保障了矿井安全生产。

关键词：残留煤柱近距离煤层破碎围岩注浆数值模拟

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上层煤残留煤柱预裂爆破卸压合理参数研究

煤炭工程 2023年第4期55卷 82-86页

作者：梁明张焙炎陕西能源冯家塔矿业运营有限责任公司陕西榆林719400 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

针对浅埋残留煤柱下工作面开采易出现压架等问题,提出了预裂爆破残留煤柱、缓解应力集聚减灾的方法,基于冯家塔煤矿地质生产条件,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了残留煤柱的承载特性和应力分布特征,分析了不耦合系数、轴向... 详细信息

针对浅埋残留煤柱下工作面开采易出现压架等问题,提出了预裂爆破残留煤柱、缓解应力集聚减灾的方法,基于冯家塔煤矿地质生产条件,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了残留煤柱的承载特性和应力分布特征,分析了不耦合系数、轴向装药系数、炮孔布置及起爆方式对残留煤柱致裂效果的影响机制,确定了合理爆破参数。结果表明,爆破煤柱可降低煤柱对上覆载荷的传递作用,进而减小对下煤层支架的作用力。

关键词：近距离煤层残留煤柱预裂爆破爆破参数

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窄条带穿采区残留煤柱充填复采工艺研究

中国煤炭 2015年第4期41卷 134-138页

作者：孙国光李乃梁姬生华山东能源枣矿集团高庄煤业有限公司山东省枣庄市277605

为了使长壁工作面安全通过窄条带穿采形成的大跨度、大采高空区,实现残留煤柱复采,研究和实施了快速密闭、多点即时充填的超高水材料充填复采工艺。基于充填体与围岩相互作用的机理,确定了超高水材料充填体的强度要求和材料配比。工程... 详细信息

为了使长壁工作面安全通过窄条带穿采形成的大跨度、大采高空区,实现残留煤柱复采,研究和实施了快速密闭、多点即时充填的超高水材料充填复采工艺。基于充填体与围岩相互作用的机理,确定了超高水材料充填体的强度要求和材料配比。工程实践表明,超高水材料充填窄条带穿采区复采工艺经济技术效益显著。

关键词：窄条带穿采区超高水材料复采工艺残留煤柱