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剥蚀区影响下大巷布置优化及煤柱稳定性研究
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作者 解盘石 张波 +5 位作者 黄宝发 张浩 路贝 雷二辉 王茜 刘鑫 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期166-182,共17页
为研究浅埋煤层在剥蚀区影响下大巷布置优化及煤柱稳定性,以瑶渠煤矿西采区回风大巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场工程验证等方法,研究了剥蚀区影响下巷道变形破坏特征与能量演化规律,分析了在偏应力屈服准则和能量判据下不... 为研究浅埋煤层在剥蚀区影响下大巷布置优化及煤柱稳定性,以瑶渠煤矿西采区回风大巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场工程验证等方法,研究了剥蚀区影响下巷道变形破坏特征与能量演化规律,分析了在偏应力屈服准则和能量判据下不同尺寸煤柱的破坏情况,确定了巷道布置优化后合理的煤柱尺寸。结果表明:剥蚀区会使围岩应力增加、应变能积聚,致使巷道围岩变形破坏加剧,坚硬岩层受扰动时应变能变化较小,但不会隔断能量的传递,而较软煤岩体中会产生较大的应变能改变。巷道布置优化后,掘进过程中煤柱内偏应力与应变能呈先递增再稳定最后递减趋势,巷间煤柱小于9 m时,煤柱内偏应力与能量曲线均呈“钟形”分布,且均大于屈服破坏的极限值;煤柱宽度为10~13 m时,偏应力与能量曲线转变为“马鞍形”,煤柱内部小于屈服极限区域逐渐增加,承载能力逐步提高;煤柱宽度大于13 m时,回风大巷与剥蚀区距离过近,其间煤体在剥蚀区和回风大巷双重应力和能量叠加下产生失稳破坏。最后,综合确定煤柱合理尺寸范围为10~12 m,考虑保持煤柱稳定性同时减小剥蚀区的影响,采用10 m煤柱进行工程实践,监测结果表明巷道整体变形量较小,围岩稳定性控制较好。 展开更多
关键词 剥蚀区 巷道布置优化 煤柱宽度 偏应力 应变能演化
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巨厚含水关键层下防冲控水小盘区大煤柱布局模式
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作者 曹安业 高孝鹏 +4 位作者 张宁 窦林名 赵卫卫 张金魁 宋士康 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第2期32-44,共13页
彬长矿区煤层上方赋存着巨厚含水关键层,在盘区开采尺度较大时极易破断失稳诱发冲击,同时导致盘区涌水量激增。采用小盘区大煤柱布局模式可提高主关键层的稳定性,但目前针对巨厚含水关键层下小盘区大煤柱布局模式的研究仍不够完善。因此... 彬长矿区煤层上方赋存着巨厚含水关键层,在盘区开采尺度较大时极易破断失稳诱发冲击,同时导致盘区涌水量激增。采用小盘区大煤柱布局模式可提高主关键层的稳定性,但目前针对巨厚含水关键层下小盘区大煤柱布局模式的研究仍不够完善。因此,以彬长某矿二、三盘区为工程背景,通过理论分析、现场实测及数值模拟等方法,研究了盘区隔离煤柱宽度及盘区开采尺度的合理取值范围。结果表明:①从盘区隔离煤柱与主关键层的稳定性出发,分别建立盘区隔离煤柱应力分析模型与主关键层挠曲变形模型,推导得出当前开采尺度下盘区隔离煤柱失稳临界宽度为257 m,三盘区主关键层破断失稳临界开采尺度为537 m;②当前开采尺度下,二盘区上方裂隙发育至主关键层中部,主关键层存在破断失稳的风险,随着盘区隔离煤柱留设宽度增加,三盘区上覆岩层破断发育高度降低,为保证三盘区上方主关键层的稳定,盘区隔离煤柱至少留设225 m;③盘区隔离煤柱区域应力集中及能量积聚程度与盘区隔离煤柱宽度成正相关关系,与三盘区开采尺度成负相关关系,综合考虑煤柱承载能力与煤炭资源采出率,盘区隔离煤柱的合理宽度为210~270 m,留设宽为210、240 m盘区隔离煤柱时,三盘区的合理开采尺度分别为490~550 m,640~700 m;④现场实践表明,该矿二、三盘区隔离煤柱实际留设宽度小于合理宽度,盘区隔离煤柱区域应力集中程度较高,因此采用顶板深孔爆破与煤层大直径钻孔进行卸压,采取卸压措施后,有效降低了盘区隔离煤柱区域的应力集中程度,卸压效果显著。 展开更多
关键词 冲击地压 巨厚含水关键层 隔离煤柱宽度 盘区开采尺度
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厚硬岩层下大采高孤岛面煤柱宽度优化及控制技术研究
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作者 张童 张宁波 +3 位作者 李廷 刘起源 陈宝宝 吴东园 《煤炭工程》 北大核心 2025年第3期103-114,共12页
大采高孤岛面煤柱留设的合理尺寸确定是影响煤炭回采率与安全回采的关键因素之一,以黄岩汇矿15115大采高孤岛面为研究对象,运用理论计算与数值模拟方法,构建了厚硬岩挠曲-煤体协同压缩与硬岩悬臂附加应力耦合作用的煤柱叠加承载模型,确... 大采高孤岛面煤柱留设的合理尺寸确定是影响煤炭回采率与安全回采的关键因素之一,以黄岩汇矿15115大采高孤岛面为研究对象,运用理论计算与数值模拟方法,构建了厚硬岩挠曲-煤体协同压缩与硬岩悬臂附加应力耦合作用的煤柱叠加承载模型,确定了合理柱宽。主要结论如下:煤柱帮荷载主要由厚硬岩层挠曲与煤体自重压缩变形效应决定,而采空区侧荷载来源于悬臂岩层附加应力。煤柱荷载与极限承载力在其宽度上变化呈反向趋势,得到了煤柱最小宽度9.4 m,确定了等效断裂角对降低煤柱荷载强度的作用敏感点为82°。模拟中随煤柱宽度增加,煤柱塑性破坏范围占比与煤体扩容程度降低,中部应力集中程度趋于稳定,整体承载性能增强,综合考虑宽度设置为10.0 m。现场表明,巷道两侧实施压裂后,岩层裂缝贯通弱化了厚硬岩层的完整性。煤柱保留了中部2.0 m弹性区,顶底板及两帮变形量均控制在520 mm内,有效实现了孤岛面安全护巷。 展开更多
关键词 大采高 孤岛工作面 硬岩层 煤柱宽度 岩-煤柱压缩 协同变形 压裂卸压
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坚硬顶板下沿空掘巷煤柱宽度及稳定控制研究 被引量:1
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作者 陈云 《工矿自动化》 北大核心 2025年第5期23-31,40,共10页
坚硬顶板下沿空掘巷围岩大变形控制是目前煤炭地下安全高效开采的技术难题。目前针对厚硬顶板下沿空掘巷煤柱宽度确定及围岩稳定控制的研究未能充分探讨煤柱稳定性影响因素,尤其忽略了基本顶关键块B回转变形压力的传递效应。针对该问题... 坚硬顶板下沿空掘巷围岩大变形控制是目前煤炭地下安全高效开采的技术难题。目前针对厚硬顶板下沿空掘巷煤柱宽度确定及围岩稳定控制的研究未能充分探讨煤柱稳定性影响因素,尤其忽略了基本顶关键块B回转变形压力的传递效应。针对该问题,以利民煤矿90302工作面运输巷为工程背景,建立了厚硬顶板下煤柱宽度力学模型,推导得出煤柱合理宽度为6.93 m,考虑工程地质条件及施工因素,确定90302运输巷沿空掘巷煤柱宽度为7 m。分析了基本顶关键块B长度,直接顶稳定系数、厚度、回转角度等对煤柱稳定性的影响规律:煤柱稳定性系数随基本顶关键块B长度的增大而减小,随直接顶稳定性系数及其厚度的增大而增大,随煤层内摩擦角和黏聚力的增大而增大。建立UDEC数值计算模型,进一步分析基本顶关键块B长度对7 m煤柱变形、裂隙损伤程度及巷道破坏特征的影响规律:当基本顶关键块B长度为16 m时,90302运输巷两帮及顶板近似呈现对称变形,两帮无明显裂隙产生,围岩稳定程度高。为确保90302运输巷围岩稳定及安全使用,对基本顶关键块B采空区侧悬顶采取水压致裂切顶卸压控制技术,实际应用结果表明:巷道掘进完成28 d后围岩变形趋于稳定,回采期间顶底板移近量最大值为148 mm,两帮收敛量最大值为196 mm,确保了工作面安全高效回采。 展开更多
关键词 小煤柱沿空掘巷 坚硬顶板 煤柱宽度 围岩稳定控制 水压致裂切顶卸压 基本顶关键块
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梯形非对称沿空掘巷小煤柱合理留设宽度及支护设计
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作者 芮少阁 姚韦靖 +3 位作者 黄鑫 程斌 孟祥飞 赵宏志 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第8期63-70,共8页
针对小煤柱沿空掘巷围岩变形控制难题,以许疃煤矿32310工作面为背景,通过理论计算初步确定小煤柱合理留设宽度范围为5.59~6.45 m,再运用FLAC^(3D)软件对6种不同留设宽度下煤柱开展数值计算,基于位移与塑性区变化规律确定合理留设宽度,... 针对小煤柱沿空掘巷围岩变形控制难题,以许疃煤矿32310工作面为背景,通过理论计算初步确定小煤柱合理留设宽度范围为5.59~6.45 m,再运用FLAC^(3D)软件对6种不同留设宽度下煤柱开展数值计算,基于位移与塑性区变化规律确定合理留设宽度,并通过比选支护参数得到最佳方案。研究结果表明:该巷道小煤柱合理留设宽度为6.0 m,采用“锚杆索联合+锚网+注浆”的非对称顶帮协同支护方案后,现场监测显示,顶板最大下沉量控制在90 mm以内,两帮移进量小于75 mm,可以有效控制围岩变形,并取得良好的支护效果。研究结果可为类似巷道的支护设计提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 小煤柱宽度 沿空掘巷 数值计算 塑性区 非对称支护 效果评价
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沿空巷道覆岩运动作用下煤柱承载变形及留设宽度研究
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作者 韩跃勇 李国营 +5 位作者 陈洋 马兴印 尹延春 张斌 万晓 贾海宾 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期45-52,共8页
小煤柱沿空掘巷是控制冲击地压灾害的有效手段。通过建立沿空巷道临空侧覆岩结构运动力学模型,得到了巷道掘进后上覆关键块转动角度及煤柱支承力表达式,结合数值模拟,研究了煤柱宽度对上覆关键块转动角度及煤柱应力演化规律的影响。结... 小煤柱沿空掘巷是控制冲击地压灾害的有效手段。通过建立沿空巷道临空侧覆岩结构运动力学模型,得到了巷道掘进后上覆关键块转动角度及煤柱支承力表达式,结合数值模拟,研究了煤柱宽度对上覆关键块转动角度及煤柱应力演化规律的影响。结果表明:随着煤柱宽度的增大,上覆关键块体转动角度逐渐减小、两者呈指数函数关系,煤柱支承力则呈指数函数增大趋势,开采帮应力峰值变化不明显、但峰值位置距开采帮煤壁的距离逐渐增大;随着煤层厚度的增大,上覆关键块体转动角度线性增大,煤柱支承力逐呈指数函数减小趋势。确定新巨龙煤矿6305工作面区段煤柱留设宽度为4.5 m,回采过程中巷道围岩变形较小,微震事件多集中在煤柱区域,临空侧覆岩无大能量事件,煤柱留设宽度合理、有助于顶板能量缓慢释放。 展开更多
关键词 沿空掘巷 覆岩运动 煤柱承载力 煤柱宽度
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煤层重复采动下天然气井套管力学演化规律研究
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作者 董俊亮 王林 +3 位作者 张燊 翟瑞昊 王泽伟 宋宇航 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第3期157-164,共8页
我国鄂尔多斯盆地存在煤与天然气资源重叠区域开采相互扰动问题。以新街一井为例,研究煤层重复采动下天然气井套管应力演化特征及位移变形规律,分析了不同煤柱宽度下套管损伤破坏区域与应力峰值变化情况。在套管、水泥环、围岩之间设置... 我国鄂尔多斯盆地存在煤与天然气资源重叠区域开采相互扰动问题。以新街一井为例,研究煤层重复采动下天然气井套管应力演化特征及位移变形规律,分析了不同煤柱宽度下套管损伤破坏区域与应力峰值变化情况。在套管、水泥环、围岩之间设置接触面以模拟实际生产中三者的接触关系,利用FLAC^(3D)数值软件模拟不同保护煤柱宽度时套管的应力峰值与弯曲程度,为套管的正常生产提供新的思路。研究结果表明:煤层回采过程中套管经历向左侧采空区偏移再向中心回正的过程,在煤层及顶底板处弯曲变形剧烈,应预先加固并重点监测该区域套管损伤与破坏情况。开采2-2上煤层时覆岩移动剧烈导致套管峰值应力增长速率较大,在煤层及顶底板等软弱岩层层位应力集中,上煤层开采对2-2煤层产生卸压效果使得下煤层开采时应力上升缓慢,应力仍集中于煤层处。基于套管应力分布及位移情况,分析保护煤柱留设宽度,主要以套管应力集中情况作为判断依据:当保护煤柱宽度为300 m时套管应力峰值为287 MPa;当保护煤柱宽度为200 m时应力峰值为312 MPa,超出套管屈服应力导致套管破坏进而影响安全生产,留设300 m左右宽度保护煤柱能够保障套管的稳定性,提高煤炭的采出率。 展开更多
关键词 重复采动 协调开采 煤与天然气 煤柱宽度 覆岩运移
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基于极光优化算法的沿空掘巷煤柱宽度优化及应用
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作者 赵宝福 《工矿自动化》 北大核心 2025年第7期164-170,共7页
针对现有沿空掘巷煤柱宽度优化研究流程复杂、耗时冗长等问题,引入极光优化(PLO)算法对沿空掘巷煤柱宽度进行自动寻优。采用理论分析、智能寻优和现场试验的方法,研究了基本顶沿空掘巷侧方断入煤体深度,确定了沿空掘巷内应力场分布范围... 针对现有沿空掘巷煤柱宽度优化研究流程复杂、耗时冗长等问题,引入极光优化(PLO)算法对沿空掘巷煤柱宽度进行自动寻优。采用理论分析、智能寻优和现场试验的方法,研究了基本顶沿空掘巷侧方断入煤体深度,确定了沿空掘巷内应力场分布范围和沿空掘巷的合理布置区域;根据巷道布置原则,基于极限平衡理论,得到煤柱留设宽度范围为1.5~7.0m。提出了基于PLO算法的煤柱宽度优化方法,建立了以沿空掘巷围岩变形为评价指标的适应度函数,经过迭代寻优后,得到最佳煤柱宽度为7.0m。基于最佳煤柱宽度,设计了沿空掘巷锚杆索网联合支护方案。现场实践结果表明,7.0m煤柱及综合控制技术在掘采过程中有效地控制了沿空掘巷围岩变形量,能够维持巷道整体稳定,提高了煤炭资源采出率,实现了经济效益的最大化。 展开更多
关键词 沿空掘巷 围岩变形控制 煤柱宽度 极光优化算法 应力场分布 基本顶破断位置
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综采面沿空巷道超前动压区煤柱失稳效应与锚注加固技术 被引量:6
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作者 龚轩 宋亮亮 +1 位作者 王猛 杨玉中 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期81-88,共8页
为探究综采面沿空巷道超前动压区煤柱对巷道围岩整体稳定的影响规律,综合采用数值模拟、工程应用等方法,建立沿空巷道超前巷道数值分析模型,研究综采面回采期间不同煤柱宽度下沿空巷道围岩力学和变形响应特征。研究结果表明:护巷煤柱宽... 为探究综采面沿空巷道超前动压区煤柱对巷道围岩整体稳定的影响规律,综合采用数值模拟、工程应用等方法,建立沿空巷道超前巷道数值分析模型,研究综采面回采期间不同煤柱宽度下沿空巷道围岩力学和变形响应特征。研究结果表明:护巷煤柱宽度小于5 m时,工作面帮为采动应力主要承载结构,其内部应力及变形均大于煤柱帮,此时工作面帮应作为超前动压区重点加固对象,随着护巷煤柱宽度增加,煤柱承载应力逐渐增加、变形增大,护巷煤柱宽度增加至5 m以上时,煤柱承载应力显著增加,采动应力由沿空巷道两帮围岩共同承载,超前动压区应同时加强两帮支护,基于此开发超前动压区沿空巷道锚注加固技术,并进行工程应用。研究结果可为平顶山矿区类似条件沿空巷道超前控制提供一定参考。 展开更多
关键词 超前动压区 沿空巷道 煤柱宽度 超前支护 注浆加固
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宽高比对煤柱型冲击地压影响规律的实验研究 被引量:2
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作者 朱志洁 姚振华 +3 位作者 陈昆 吕飞 韩军 王来贵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1303-1317,共15页
我国深部煤炭开采日趋复杂,区段煤柱在采动、构造或坚硬顶底板影响下极易诱发煤柱型冲击地压,煤柱型冲击地压的防治已成为煤矿安全高效开采的难题,研究不同宽高比条件下区段煤柱的力学性能及冲击破坏特性对煤柱型冲击地压防治具有积极... 我国深部煤炭开采日趋复杂,区段煤柱在采动、构造或坚硬顶底板影响下极易诱发煤柱型冲击地压,煤柱型冲击地压的防治已成为煤矿安全高效开采的难题,研究不同宽高比条件下区段煤柱的力学性能及冲击破坏特性对煤柱型冲击地压防治具有积极意义。采用不同宽高比煤样的“岩-煤-岩”组合体进行了单轴压缩实验,通过分析煤岩组合体的冲击倾向性、动态破坏特征、分形维数和声发射特征参数等,研究了宽高比对煤柱冲击破坏的影响规律。结果发现:①煤柱的宽高比对煤岩组合体的冲击倾向性具有显著影响,宽高比不小于2∶1时,其冲击能量指数K_(E)为1.82~2.65,冲击倾向性无明显变化;小于2∶1时冲击倾向性呈先升高后降低的趋势,1∶1时K_(E)最大,达到了15.43。②随宽高比减小,煤岩组合体破坏特征依次表现为:拉压破坏—压剪破坏—拉剪破坏。煤柱宽高比为5∶1~3∶1时,煤岩组合体破坏较为缓慢;宽高比为2∶1时开始出现片状煤屑弹出,冲击破坏剧烈程度较低;宽高比为1∶1和0.75∶1时,具有明显的冲击破坏特性;宽高比为0.5∶1时,煤岩组合体整体稳定性下降,相对0.75∶1煤岩组合体煤柱破坏的剧烈程度降低。③峰后声发射能量释放率与分形维数D变化规律相似,均随宽高比减小呈先升高后降低的趋势。宽高比不小于2∶1时,煤岩组合体破坏过程中能量持续释放时间较长,煤柱破坏平缓;宽高比为1∶1时,能量释放率和D值明显增大,相较宽高比不小于2∶1煤岩组合体的能量释放率增大了约4倍,D值增大了0.18~0.23,煤柱冲击破坏最为剧烈;宽高比0.75∶1煤岩组合体能量释放率与D值分别降低了约10%和0.01,破坏剧烈程度与1∶1煤岩组合体相近;宽高比减小至0.5∶1时,相关参数的降低幅度约为0.75∶1煤岩组合体的6倍,破坏剧烈程度相对较小。研究表明:宽高比对煤柱的冲击破坏具有显著影响,整体上,煤柱冲击破坏剧烈程度随宽高比减小(5∶1~0.5∶1)呈先升高后逐渐降低的趋势;煤柱宽高比大于3∶1时,煤柱冲击危险性相对较小,煤柱宽高比为1∶1和0.75∶1时冲击危险性较大,0.5∶1次之。 展开更多
关键词 煤柱型冲击地压 煤柱宽高比 煤岩组合体 声发射 分形维数
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相邻空区影响下三软巷道变形破坏规律与煤柱留设宽度研究 被引量:2
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作者 解盘石 林伟典 +4 位作者 张小明 张颖异 黄宝发 杨航 曾佑富 《煤炭工程》 北大核心 2024年第3期1-9,共9页
为了探究相邻空区影响下三软煤层巷道掘进时不同煤柱宽度下巷道围岩变形破坏规律,采用理论计算、数值模拟、物理相似模拟与现场实测相结合的研究方法,分析存在临空区后不同区段煤柱宽度下巷道围岩应力演化规律、塑性破坏范围以及位移分... 为了探究相邻空区影响下三软煤层巷道掘进时不同煤柱宽度下巷道围岩变形破坏规律,采用理论计算、数值模拟、物理相似模拟与现场实测相结合的研究方法,分析存在临空区后不同区段煤柱宽度下巷道围岩应力演化规律、塑性破坏范围以及位移分布特征。结果表明:临空区是造成巷道掘进后非对称破坏的主要原因,使煤柱主应力方向与垂向夹角增大,巷道两帮应力呈煤柱侧大于实体煤侧的非对称分布特征;三软巷道破坏形式以剪切破坏为主,破坏主体为两帮,随着煤柱宽度增大,主应力方向与垂向夹角减小,巷道围岩破坏程度降低,临空区对巷道不同位置的影响程度不同,巷道中部围岩破坏程度大于端头处且煤柱侧破坏程度大于实体煤侧;煤柱宽度增大对巷道围岩应力以及煤柱破坏的改善程度有限,现场结果显示当煤柱宽度为20 m时巷道正常维护满足需求。 展开更多
关键词 三软巷道 煤柱宽度 巷道失稳 相邻空区 非对称破坏
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非对称载荷作用下倾斜区段煤柱稳定性分析及控制技术 被引量:2
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作者 来兴平 尉迟小骞 +1 位作者 单鹏飞 方贤威 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期203-212,共10页
为解决工作面回采及巷道掘进影响下倾斜区段煤柱稳定性劣化的复杂问题,运用弹性力学半逆解法及摩尔-库伦准则建立力学模型,结合三维有限元数值模拟,深入分析了倾斜区段煤柱一侧受载结构形态特征,明确了倾斜煤柱失稳致灾力源及载荷的分... 为解决工作面回采及巷道掘进影响下倾斜区段煤柱稳定性劣化的复杂问题,运用弹性力学半逆解法及摩尔-库伦准则建立力学模型,结合三维有限元数值模拟,深入分析了倾斜区段煤柱一侧受载结构形态特征,明确了倾斜煤柱失稳致灾力源及载荷的分布特性,探究了采掘扰动下倾斜区段煤柱塑性变形-失稳-破坏的动态演化过程,揭示了非对称载荷作用下倾斜区段煤柱临界失稳致灾机理,以此为基础优化了倾斜煤柱及周围巷道稳定性控制技术。结果表明:区段煤柱因煤层倾角导致的倾斜形态是煤柱所承受载荷呈非对称状的关键诱因,这一特性致使倾斜煤柱最底端区域覆载最大,且当此区域失稳破坏时,呈现由煤柱下端底角塑性区向煤柱上端底角塑性区扩展的运移过程,并因此得出倾斜区段煤柱临界尺寸随煤层倾角增大而增加的演化规律。由此,针对大南湖一矿倾斜区段煤柱及周围巷道变形失稳的问题,采用支护优化及注浆加固等措施,降低了倾斜区段煤柱侧巷道的变形速率,为类似矿井的煤柱稳定性控制提供了借鉴。 展开更多
关键词 倾斜区段煤柱 非对称载荷 临界尺寸 数值模拟 巷道支护优化
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防隔水煤柱合理留设宽度分析 被引量:2
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作者 谷拴成 张炜 +2 位作者 文嘉豪 康恽博 呼嘉龙 《西安科技大学学报》 北大核心 2024年第6期1060-1070,共11页
为确保相邻采空区积水情况下综放工作面的安全开采,以崔家沟煤矿2305工作面与2303采空区间的防隔水煤柱为背景,采用物理力学参数试验分析水对煤体的影响;利用极限平衡理论确定巷道侧塑性区宽度、引入软化模量分析确定积水采空区侧塑性... 为确保相邻采空区积水情况下综放工作面的安全开采,以崔家沟煤矿2305工作面与2303采空区间的防隔水煤柱为背景,采用物理力学参数试验分析水对煤体的影响;利用极限平衡理论确定巷道侧塑性区宽度、引入软化模量分析确定积水采空区侧塑性区宽度、将威尔逊煤柱承载理论与Bieniawski强度公式结合确定弹性核区宽度;通过FLAC^(3D)模拟了煤柱在22~32 m情况下的塑性区与应力分布情况;应用钻孔应力计和钻孔窥视仪监测了巷道侧煤柱的应力及破坏情况。结果表明:水对煤体强度影响较大,黏聚力和内摩擦角降低了14%、抗压强度和抗拉强度降低了20%、弹性模量降低了43%;巷道侧塑性区为2.74 m、积水采空区侧塑性区宽度在5.01~6.60 m、弹性核区宽度在17.10~17.48 m,防隔水煤柱最小留设宽度为26.44 m;当煤柱宽度大于28m时,煤柱两侧塑性区不再出现变化,此时采空区侧塑性区宽度为6.00 m、巷道侧塑性区宽度为2.00 m,现场监测巷道侧煤柱的塑性区宽度为2.4 m,验证了理论分析的合理性。 展开更多
关键词 采空区积水 防隔水煤柱 威尔逊煤柱承载理论 数值模拟 留设宽度
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西部大采高工作面保护煤柱宽度优化研究 被引量:1
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作者 解成成 刘学生 +2 位作者 范德源 杨康 宋虎 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第4期12-22,共11页
保护煤柱尺寸一直是三下开采研究的热点问题,特别是在西部大采高软弱覆岩特厚煤层开采条件下,其对地表建筑物安全的影响有待进一步研究。以榆树湾井田20119工作面为例,综合利用数值模拟和概率积分法确定了合理保护煤柱宽度,并进行现场... 保护煤柱尺寸一直是三下开采研究的热点问题,特别是在西部大采高软弱覆岩特厚煤层开采条件下,其对地表建筑物安全的影响有待进一步研究。以榆树湾井田20119工作面为例,综合利用数值模拟和概率积分法确定了合理保护煤柱宽度,并进行现场验证。结果表明:随着煤柱宽度的减小,地表沿X方向的水平移动呈现倒“S”型趋势,沿Y方向的移动呈现倒“U”型趋势,地表的最大下沉量随煤柱宽度的减小而不断减少;结合概率积分法对保护煤柱宽度进行预计,确定优化后的煤柱宽度为180 m;对现场村庄进行实时监测,地表下沉和倾斜值均满足现场施工要求,验证了保护煤柱宽度的合理性。 展开更多
关键词 大采高工作面 数值模拟 概率积分 保护煤柱宽度
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深埋冲击倾向性煤层沿空掘巷窄煤柱合理宽度及控制技术 被引量:2
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作者 唐东旭 赵文光 +1 位作者 张俊文 班定成 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期921-931,共11页
针对深埋煤层沿空掘巷围岩变形大、难控制问题,以某矿深埋冲击倾向性煤层沿空掘巷窄煤柱留设为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,基于极限平衡理论解算窄煤柱留设合理范围,构建不同窄煤柱宽度及巷道掘进宽度数值... 针对深埋煤层沿空掘巷围岩变形大、难控制问题,以某矿深埋冲击倾向性煤层沿空掘巷窄煤柱留设为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,基于极限平衡理论解算窄煤柱留设合理范围,构建不同窄煤柱宽度及巷道掘进宽度数值模型,分析窄煤柱及实体煤内垂直应力及弹性能密度的分布演化规律。理论计算得出,窄煤柱留设最小宽度为5.04 m、巷道掘进宽度为5.4、6.0 m时,煤柱最大宽度分别为6.8、6.2 m,表明窄煤柱宽度减小仍具有良好的承载能力且处于低应力、低能量水平,可有效避免巷道大变形,降低冲击危险性。 展开更多
关键词 深埋煤层 沿空掘巷 窄煤柱 合理宽度 控制技术
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迎采动宽煤柱承载特性及矿压显现规律研究 被引量:4
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作者 宗保东 陈立虎 《煤炭工程》 北大核心 2024年第4期1-7,共7页
单翼开采矿井为解决采掘接替紧张的问题,常会出现迎采对掘的情况,而迎采动掘巷期间,矿压显现规律和煤柱宽度的确定是巷道掘进及安全回采的关键。以炭窑坪煤业100303运输巷迎采掘巷期间为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方... 单翼开采矿井为解决采掘接替紧张的问题,常会出现迎采对掘的情况,而迎采动掘巷期间,矿压显现规律和煤柱宽度的确定是巷道掘进及安全回采的关键。以炭窑坪煤业100303运输巷迎采掘巷期间为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,对煤柱的合理宽度及迎采期间的矿压显现规律进行研究分析。主要结论有:通过理论计算,煤柱在受到掘进扰动和工作面采动的双重影响下,确保煤柱不完全发生塑形破坏且存在弹性核的宽度至少为30 m。数值模拟发现,掘进迎头至相遇位置前方20~30 m时,围岩变形开始增大,煤柱帮和回采帮变形量均超过0.5 m。当掘进至采空区后方一定距离后,围岩因同时受掘进扰动与采空区侧向支承应力的叠加影响,变形增幅加快,煤柱帮变形严重,最大变形量超1 m。提出100303运输巷掘进距100302综采工作面70 m时,停止掘进,在迎采扰动范围内,优化支护参数,提高煤柱承载能力。现场监测表明,巷道顶底板和两帮均变形较小均在可控范围内,有效控制了迎采动工作面掘巷的围岩变形。 展开更多
关键词 迎采对掘 煤柱宽度 矿压显现 数值模拟 围岩控制
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倾斜厚煤层综放工作面沿空掘巷窄煤柱宽度研究 被引量:4
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作者 马建文 吕存书 廖永红 《中国矿业》 北大核心 2024年第S01期317-322,共6页
针对沙吉海煤矿14E02倾斜厚煤层综放面沿空掘巷窄煤柱留设尺寸问题,采用理论分析、数值模拟及矿压实测的方法,确定了窄煤柱合理宽度,研究结果表明:基于内外应力场理论计算得出沿空掘巷窄煤柱宽度不宜大于6.42 m(上限),基于弹塑性极限平... 针对沙吉海煤矿14E02倾斜厚煤层综放面沿空掘巷窄煤柱留设尺寸问题,采用理论分析、数值模拟及矿压实测的方法,确定了窄煤柱合理宽度,研究结果表明:基于内外应力场理论计算得出沿空掘巷窄煤柱宽度不宜大于6.42 m(上限),基于弹塑性极限平衡理论计算出窄煤柱宽度不宜小于3.96 m(下限);沿空掘巷数值模拟结果表明:4~5 m煤柱在掘进期间能够稳定,但在回采期丧失承载能力且极易引发巷道与煤柱联动性破坏,巷道维护极其困难;当煤柱宽度≥6 m时,窄煤柱在掘巷及回采期间均能形成稳定的弹性核,更利于巷道维护,窄煤柱合理宽度取6 m为宜,这与内外应力场理论计算得出的窄煤柱宽度上限值(6.42 m)基本一致,采用内外应力场理论确定沙吉海煤矿此类倾斜厚煤层综放面窄煤柱宽度较为合理;针对倾斜厚煤层综放面窄煤柱沿空掘巷破坏特点,提出了相应的围岩控制对策及支护方案。 展开更多
关键词 倾斜厚煤层 内外应力场理论 沿空掘巷 窄煤柱宽度 围岩控制
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榆家梁煤矿大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度研究
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作者 鲁健 《中国煤炭》 北大核心 2024年第S01期253-260,共8页
以榆家梁煤矿43312大巷煤柱回收工作面为例,采用理论分析计算、数值模拟、工程实践等研究方法,对大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度进行分析研究。结果表明:通过传统极限平衡理论计算得出大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度为5.28~10... 以榆家梁煤矿43312大巷煤柱回收工作面为例,采用理论分析计算、数值模拟、工程实践等研究方法,对大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度进行分析研究。结果表明:通过传统极限平衡理论计算得出大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度为5.28~10.38 m;煤柱宽度为8~10 m时,煤柱中出现应力集中,表明煤柱结构完整且能够实现有效承载;煤柱宽度为8~10 m时,煤柱承载能力增强,煤柱侧巷道变形量逐渐变大,同时由于应力转移,实体煤侧应力降低,实体煤侧巷帮变形量减小。通过现场工程实践对研究结果进行了验证,确定留设10 m煤柱后工作面矿压在可控范围内,能够确保工作面安全生产。 展开更多
关键词 大巷煤柱回收工作面 煤柱合理留设宽度 理论分析 数值模拟
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上保护层开采下特厚突出煤层沿空巷道合理位置研究
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作者 任启寒 《煤炭工程》 北大核心 2024年第6期21-27,共7页
基于上保护层开采下特厚煤层瓦斯地质条件,综合理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对采空区侧向应力分布特征、突出危险性预测指标变化规律及沿空巷道合理位置进行了研究。结果表明:上保护层开采后裂隙岩体存在应力恢复效应,应力恢复... 基于上保护层开采下特厚煤层瓦斯地质条件,综合理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对采空区侧向应力分布特征、突出危险性预测指标变化规律及沿空巷道合理位置进行了研究。结果表明:上保护层开采后裂隙岩体存在应力恢复效应,应力恢复后采空区侧向应力峰值会向采空区方向移进;根据采空区侧向不同距离下的煤体突出预测指标测试结果划分了充分卸压排放区、有效卸压排放区及危险区域,结合工程类比、数值模拟结果、隔绝采空区气体需要,确定了沿空煤柱留设宽度为5~7 m;调整后巷道掘进期间突出预测指标及回风瓦斯浓度最大值分别为0.16 mL/(g·min^(1/2))、0.22%,与未调整之前相比降幅分别达到66%、35.3%,保证了巷道安全掘进,验证了沿空煤柱留设的合理性。 展开更多
关键词 保护层开采 特厚煤层 突出危险 侧向应力 煤柱宽度
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特厚煤层综放开采区段煤柱合理留设宽度研究
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作者 郭海军 卢恒 《中国煤炭》 北大核心 2024年第S01期231-237,共7页
为提高回采率,保证巷道围岩稳定,合理留出区段的煤柱宽度是工作面开采过程中至关重要的因素。以西北矿区某矿2盘区综放工作面区段煤柱留设为工程背景,通过理论计算得出区段煤柱留设宽度为7.18~7.98 m。通过数值模拟方法研究了工作面开... 为提高回采率,保证巷道围岩稳定,合理留出区段的煤柱宽度是工作面开采过程中至关重要的因素。以西北矿区某矿2盘区综放工作面区段煤柱留设为工程背景,通过理论计算得出区段煤柱留设宽度为7.18~7.98 m。通过数值模拟方法研究了工作面开采过程中不同区段煤柱宽度条件下影响下回采巷道的围岩变形与煤柱的垂直应力分布,研究结果表明,留10 m以上煤柱可有效减小巷道围岩变形,且10 m煤柱既能维持其本身的稳定,又能起到支撑顶底板与保护巷道的作用。在此基础上,通过对相关结果的综合分析,得到了合理的煤柱留设宽度,为类似条件下合理煤柱留设提供了依据。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 区段煤柱 留设宽度
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