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煤矿连采连充欠接顶区覆岩稳定性数值模拟研究
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作者 刘浪 罗屹骁 +5 位作者 朱梦博 何军 屈慧升 段怀军 蔚保宁 刘智振 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第10期101-115,共15页
【目的和方法】煤炭作为我国主体能源,其开采引发的地面塌陷、固废堆积等生态问题日益突出,连采连充技术通过煤基固废充填实现资源高效回收与生态保护,但充填体欠接顶问题严重威胁巷道回采的覆岩稳定性。针对当前研究中欠接顶区多因素... 【目的和方法】煤炭作为我国主体能源,其开采引发的地面塌陷、固废堆积等生态问题日益突出,连采连充技术通过煤基固废充填实现资源高效回收与生态保护,但充填体欠接顶问题严重威胁巷道回采的覆岩稳定性。针对当前研究中欠接顶区多因素耦合影响机制不清,以榆林某风积沙似膏体充填矿井为工程背景,采用3DEC离散元软件构建三维数值模型,设置8组工况对比分析欠接顶区大小、顶板条件及支护状态对覆岩位移、应力分布及地表变形的影响,并基于弹性地基梁理论建立力学模型,计算欠接顶区影响下的条带回采覆岩位移。【结果和结论】(1)随着欠接顶区范围的扩大(体积占比≥10%时),覆岩位移和地表下沉量显著增加,特别是双侧大范围欠接顶区对覆岩稳定性的影响尤为突出。(2)顶板裂隙发育会进一步加剧覆岩的不稳定性,导致覆岩位移和应力集中现象更加显著,其中双侧20 m欠接顶裂隙发育区回采结束后,最大覆岩位移和峰值应力相较不存在裂隙发育区的对照组分别高出40.3%和44.5%,严重威胁安全开采。(3)尽管支护失效也会增加覆岩位移和应力集中,但其影响程度相对较小,对于双侧20 m欠接顶区支护失效的工况,回采结束后最大覆岩位移和峰值应力相较支护完好的工况分别高出2.1%和5.6%。实际充填作业可通过优化接顶工艺以减小欠接顶区范围,同时应加强开采过程对裂隙发育区的管控以减小裂隙发育对覆岩稳定性的影响,而良好的支护条件能有效减小欠接顶区覆岩位移和应力集中。 展开更多
关键词 充填开采 数值模拟 欠接顶区 覆岩稳定性
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浅埋煤层工作面长度确定及覆岩稳定性研究 被引量:6
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作者 肖剑儒 满洋 陈建华 《煤炭工程》 北大核心 2021年第11期120-124,共5页
为了研究浅埋煤层不同工作面长度时覆岩的运动规律,以石圪台煤矿22306工作面为工程背景,通过理论分析研究了工作面长度与覆岩压力拱高度的关系,基于数值模拟计算了不同工作面长度时覆岩的塑性破坏范围,综合理论分析和数值计算结果确定... 为了研究浅埋煤层不同工作面长度时覆岩的运动规律,以石圪台煤矿22306工作面为工程背景,通过理论分析研究了工作面长度与覆岩压力拱高度的关系,基于数值模拟计算了不同工作面长度时覆岩的塑性破坏范围,综合理论分析和数值计算结果确定了合理工作面长度,并通过现场应用对研究结果的可靠性进行了验证。结果表明:一定范围内,工作面长度越大,覆岩压力拱高度越大;覆岩塑性破坏范围与工作面长度正相关,但当工作面长度增加到一定范围后,塑性区发展速度趋于平缓;综合理论分析和数值模拟确定22306工作面的合理工作面长度为290m;现场监测液压支架工作阻力和巷道围岩变形结果表明,290m工作面长度能充分保证22306工作面安全开采以及覆岩稳定性。 展开更多
关键词 浅埋煤层 工作面长度 压力拱 覆岩稳定性
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近距离煤层综放工作面覆岩稳定性分析及巷道布置优化 被引量:5
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作者 黄海龙 冯宇峰 《中国煤炭》 2020年第10期96-101,共6页
为保障近距离采空区下特厚煤层安全开采,以西部某矿实际开采条件为工程背景,采用数值模拟和现场实践的方法,分析了近距离煤层综放工作面覆岩空间结构的稳定性,并据此对巷道布置进行了优化。研究结果表明:3-5号特厚煤层综放工作面回采可... 为保障近距离采空区下特厚煤层安全开采,以西部某矿实际开采条件为工程背景,采用数值模拟和现场实践的方法,分析了近距离煤层综放工作面覆岩空间结构的稳定性,并据此对巷道布置进行了优化。研究结果表明:3-5号特厚煤层综放工作面回采可导致上覆50 m厚的覆岩关键层破断,致使工作面发生大面积来压;为有效避开近距离上煤层遗留区段煤柱集中应力的影响,下煤层工作面回采巷道需内错布置。现场实践证明,内错35.4 m时,动压显现明显减少,可以保证矿井安全开采。 展开更多
关键词 近距离煤层 综放工作面 覆岩稳定性 巷道布置 特厚煤层 动压显现 安全开采
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地表荷载作用下长壁采空区覆岩结构失稳力学分析 被引量:9
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作者 韩科明 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期10-16,共7页
为评价地表建(构)筑物荷载作用下长壁采空区覆岩的稳定性,借鉴“砌体梁”结构力学模型,基于采用布辛尼斯克公式解析解得到的附加应力在地基中传递的应力圆,提出了地表荷载作用下的采空区覆岩结构受力形式;基于矿山岩层控制理论中的“砌... 为评价地表建(构)筑物荷载作用下长壁采空区覆岩的稳定性,借鉴“砌体梁”结构力学模型,基于采用布辛尼斯克公式解析解得到的附加应力在地基中传递的应力圆,提出了地表荷载作用下的采空区覆岩结构受力形式;基于矿山岩层控制理论中的“砌体梁”理论,利用“砌体梁”结构的关键块分析方法,建立了地表荷载作用下长壁采空区覆岩稳定性的关键岩块受力模型,推导了地表荷载作用下长壁采空区覆岩结构关键岩块受力计算公式;基于“砌体梁”结构关键岩块的S-R稳定理论,建立了地表荷载影响下长壁采空区覆岩中“砌体梁”结构的S-R稳定性判据模型,并推导了滑移和回转失稳判别公式。研究表明:地表荷载作用下长壁开采形成的采空区覆岩结构形式仍为“砌体梁”结构,地表荷载作用下采空区覆岩结构稳定性与地表荷载作用位置和大小,关键岩块深度、块度、回转角、承受荷载值以及岩块间摩擦因数等因素有关。采用新建立的地表荷载作用下采空区覆岩结构S-R稳定性判据模型,对某新建8层楼房受采煤影响的地基稳定性进行了评价,并与传统的附加应力法(利用地表荷载影响深度与覆岩破坏高度是否重叠来判定采空区覆岩稳定性)进行了对比分析,结果表明:地表荷载作用下采空区覆岩结构S-R稳定性判别法在基础数据充分的条件下更加精准。该评价方法通过分析地表工程建设地基中的附加应力作用于长壁采空区覆岩结构是否失稳,来判别采空区的稳定性,可定量分析地表荷载对采空区覆岩结构稳定性的影响,发展了传统的利用地表荷载影响深度与覆岩破坏高度是否重叠来判定采空区稳定性的半定量评价方法。 展开更多
关键词 采空区 地表荷载 覆岩稳定性评价 砌体梁 地基稳定性评价
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