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作者：闫书缘安徽理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着开采深度和开采强度的增大,近距离煤层群开采出现了采准巷道难支护、顶底板难控制、冲击地压易发生、瓦斯抽采难实施、煤柱难留设等技术难题,针对潘二煤矿西四采区近距离煤层(8、7、6、5、4煤)开采典型条件的煤岩层赋存特征... 详细信息

近年来,随着开采深度和开采强度的增大,近距离煤层群开采出现了采准巷道难支护、顶底板难控制、冲击地压易发生、瓦斯抽采难实施、煤柱难留设等技术难题,针对潘二煤矿西四采区近距离煤层(8、7、6、5、4煤)开采典型条件的煤岩层赋存特征、物理力学特性及开采技术特点,本文采用数值模拟分析、相似材料模拟分析、现场实测验证以及理论计算相结合的研究方法,对大范围采场围岩采动应力演化特征以及采动高应力演化对围岩位移、变形、破坏规律影响的作用机理进行了系统深入的研究。首先基于大量现场调研,数据汇总、分类统计分析设计了下行卸压多煤层(5层)多次(2-5次)顺序开采的UDEC2D数值模拟及二维相似材料模拟试验模型,综合分析了下行卸压开采采动位移场、应力场、裂隙场演化特征,并揭示了多次采动高应力演化机制及其对采动裂隙的动态效应以及不规则煤柱对采动应力和采动裂隙异形演化的作用机制;再者结合现场开采条件,对下行开采工作面压力显现特征、巷道围岩变形规律等进行实测研究,这种煤柱下应力集中现象及围岩大变形特征对模拟试验的合理性进行了验证;最后基于近距离煤层群下行卸压开采高应力演化效应和实验数据统计分析,构建了近距离煤层群下行卸压开采底板卸压区演化模型,推导了底板卸压范围的计算方法,完善了多煤层下行卸压开采理论计算体系。研究不仅为以多次采动多源应力演化作用下的煤岩体冲击失稳防治提供了理论基础,也对相同条件下近距离煤层群安全高效开采及煤与瓦斯共采等方面的工程设计与优化具有一定的理论意义和工程应用价值。

关键词：近距离煤层群多重下行开采数值模拟相似模拟高应力演化底板卸压范围

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多煤层开采高应力演化与能量场分布规律研究

多煤层开采高应力演化与能量场分布规律研究

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作者：刘千贺安徽理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着煤炭开采强度的加大,煤层赋存条件优越的矿体越来越少,煤层群开采受到越来越多的关注。煤层群煤层多次采动后,受其影响下应力承载结构减弱、采动高应力形成、采动应力相互演化叠加,进而出现巷道支护困难、顶底板不易控制、... 详细信息

近年来,随着煤炭开采强度的加大,煤层赋存条件优越的矿体越来越少,煤层群开采受到越来越多的关注。煤层群煤层多次采动后,受其影响下应力承载结构减弱、采动高应力形成、采动应力相互演化叠加,进而出现巷道支护困难、顶底板不易控制、冲击地压、瓦斯抽采困难等多种问题。根据淮南矿区潘二矿西四采区A、B组煤(B8、B7、B6、B5、B4、A3、A1煤)煤层赋存条件以及开采技术特征,综合采用矿井现场试验研究、数值模拟试验、实验室相似材料模拟试验和理论计算分析等方法,对煤层群大范围采场围岩多煤层采动下高应力演化和能量场分布规律进行了研究。研究在大量现场试验的基础上,对采场开采技术特征、煤岩物理力学参数进行试验、分析、汇总,进而设计了A、B组煤多煤层多次采动FLAC3D数值模拟模型、实验室相似材料模拟试验模型。研究分析了多煤层一次采动下围岩应力场、塑性区演化分布特征以及能量场分布规律,以及多煤层多次采动下围岩应力场、塑性区演化分布特征以及能量场分布规律。基于煤层群多煤层开采条件下高应力演化效应和能量场分布规律,构建了多煤层卸压开采应力演化模型以及能量场演化模型。多煤层卸压开采条件下,围岩应力在多次开采情况下应力的“叠加”效应以及在纵向距离上随着距开采煤层距离不同而产生“均化”效应。在煤层采出时,能量场具有和围岩应力场较为相似的分布特征,在开采煤层煤壁前方呈现出能量耗散释放分区、能量激活敏感区以及能量储存稳定区分区特征。研究结果对相近工程地质条件下矿井安全、高效开采以及煤与瓦斯共采提供了重要的指导意义和参考价值,具有显著的社会效应和经济效益。

关键词：多煤层开采数值模拟相似模拟高应力演化能量场分布

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深部近距离煤层群卸压开采高应力演化煤柱效应研究

深部近距离煤层群卸压开采高应力演化煤柱效应研究

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煤矿冲击地压防治的创新与实践——全国防治煤矿冲击地压高端论坛

作者：杨科袁亮刘钦节廖斌琛孙力涂辉安徽理工大学煤与瓦斯共采安徽省重点实验室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煤炭开采国家工程技术研究院

淮南矿区B组煤为高瓦斯突出近距离煤层群,煤层间距离为10～30m。在下行卸压开采过程中,受煤层赋存和开采技术的制约,炮采工作面大多不规则布置,遗留煤柱引起的应力集中严重影响到下煤层卸压效果和安全开采。因此,为研究深部近距离煤层... 详细信息

淮南矿区B组煤为高瓦斯突出近距离煤层群,煤层间距离为10～30m。在下行卸压开采过程中,受煤层赋存和开采技术的制约,炮采工作面大多不规则布置,遗留煤柱引起的应力集中严重影响到下煤层卸压效果和安全开采。因此,为研究深部近距离煤层群下行卸压开采不规则煤柱对底板煤岩层采动高应力演化特征,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,设计了下行卸压开采三维数值模拟和二维相似材料模拟试验模型,系统分析了8煤下行卸压开采与6煤开采后采场围岩采动应力、岩层运移及不规则煤柱对采动应力演化机制的影响。研究获得了8煤不规则卸压开采、不同煤柱宽度影响下底板煤岩层采动高应力演化特征和6煤回采期间覆岩运移、采动应力裂隙演化和来压特征,揭示了下行卸压开采不规则煤柱对采动应力裂隙场演化作用机理。研究不仅为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：近距离煤层群下行卸压开采高应力演化不规则煤柱试验研究

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深厚表土覆岩结构运移演化及高应力突变致灾机理

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煤炭学报 2023年第5期48卷 1919-1931页

作者：孟祥军张广超李友陈连军王超赵仁宝陶广哲王冬周广磊陈淼栾恒杰山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 兖矿能源集团股份有限公司山东济宁272000 山东能源集团鲁西矿业有限公司山东菏泽274000

覆岩运动演化是井下动力灾害孕育发生的根本原因,掌握具体地层条件下覆岩运动规律及其演化致灾机理对实现动力灾害防控具有重要意义。以3301工作面为工程背景,综合运用相似模拟、理论分析与现场实测相结合的方法,研究了表土层−基岩不同... 详细信息

覆岩运动演化是井下动力灾害孕育发生的根本原因,掌握具体地层条件下覆岩运动规律及其演化致灾机理对实现动力灾害防控具有重要意义。以3301工作面为工程背景,综合运用相似模拟、理论分析与现场实测相结合的方法,研究了表土层−基岩不同厚度组合变化下基岩、表土层及地表下沉盆地的整体破坏形态与联合运移演化规律,揭示了2类典型表土层−基岩组合条件下的覆岩结构运移演化规律及采动应力传递形成机制,推导获得了巨厚表土薄基岩条件下的支承压力定量表达式,并提出了高应力突变致灾宏观判别准则,现场工程实践验证了模型合理性。得到主要结论:①煤层开采后软弱基岩呈现非对称“类梯形”破坏形态,巨厚松散表土层呈现“倾斜漏斗形”破坏形态,表土层运移演化具有响应速度快、运移范围广、下沉系数大的特点;②表土层−基岩双层介质在不同厚度组合条件下的运移演化规律具有较大差异,厚表土层薄基岩(I型)条件下,基岩自下而上发生塑性破裂,破断岩体块度小,难以形成稳定结构;厚表土层厚基岩(Ⅱ型)条件下,基岩由塑性破裂逐渐转化为块式破断,破断步距逐步增大,关键层效应逐渐突显,破断后形成结构的承载能力提高,能阻止上覆表土层的运移和沉降,地表下沉量出现一定程度的减小;③深厚表土薄基岩条件下,工作面前方大范围表土层向采空区发生运移,载荷集中作用在工作面上方基岩和超前煤体内,同时由于基岩软弱、破断岩块尺寸较小、无法形成规模悬顶的特点,限制了载荷向煤壁前方更远处传递,致使呈现应力峰值大、影响范围小、波动性大特点;④建立了考虑深厚表土大范围运移、基岩塑性破裂特征的支承压力估算模型,获得了支承压力计算方法,并以3301工作面具体参数为例,估算出其支承压力影响范围为72 m,峰值为44.2 MPa,应力峰值距煤壁23 m,具有一定冲击风险;现场地表沉降特征与采动应力监测结果验证了理论分析与相似模拟结果的科学性。

关键词：深厚表土层覆岩运动动力灾害高应力演化支承压力

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