针对平顶山十矿己15-16煤层的赋存特征,运用相似材料模拟、数字散斑及数值模拟分析了近距离下保护层开采过程中,被保护层应力分布特征、卸压范围、变形规律等。结果表明:保护层开采后被保护层位于裂隙带的中下部,充分卸压;最大膨胀变形率可达1.91%,被保护层受保护范围为走向方向内错8~10 m,倾斜方向内错8~11 m。被保护层产生膨胀变形使其透气性增大,创造了煤与瓦斯共采的条件,确定了卸压瓦斯抽采方案。

针对平顶山十二矿己15煤层的地层条件,基于弹性力学和岩石破裂损伤理论,利用大型有限差分软件FLAC 3D模拟分析了上保护层开采过程中,被保护层水平变形特征及层厚变化规律.得出己15煤层最大膨胀变形量接近1.4%,确定了被保护层受保护范围为走向方向内错5~7 m,倾斜方向内错4~6 m.并将数值模拟结果与现场实际测定数据进行对比分析,两者基本吻合.研究结果对十二矿防治煤与瓦斯突出具有重大的理论意义和现实意义,也对类似矿井区域防治煤与瓦斯突出具有很大的借鉴意义.

针对传统保护层开采保护范围确定方法的局限性,结合某矿井保护层开采的实际情况,提出了一种新的保护层开采保护范围的确定方法(包括沿工作面布置方向和工作面推进方向的保护范围),即现场流量观测分析和含量对比法.通过流量观测分析和含量对比,结合工程实际情况进行计算机数值模拟来确定上保护层开采的"两向"保护范围;在含量测试取样过程中,采取了"大孔口钻杆扩孔,小孔口钻杆接岩芯管"的定点取样方法.研究结果表明:确定的保护范围符合现场实际情况;定点取样方法基本上保证了含量测值的准确性.

为研究远距离下保护层工作面开采后采场上覆煤岩体位移及应力变化规律,利用ABAQUS有限元软件建立采场上覆煤岩体的应力变化力学模型,对远距离下保护层开采引起的上覆煤岩体应力及位移变化过程进行数值模拟,同时分析了不同间距上被保护层应力与变形特征及卸压效果。研究结果为确定上被保护层的保护效果和卸压范围提供了可靠的理论依据。

针对急倾斜煤层上保护层俯伪斜开采的保护范围划定问题,采用三维快速拉格朗日法,通过模拟上保护层俯伪斜开采后被保护层的应力场及变形场的动态发展过程,确定了随着上保护层工作面的推进,被保护层的垂直层理面应力和煤层变形规律;根据上保护层开采后的应力卸压保护准则和煤层变形保护准则,确定了上保护层沿走向和倾向的保护范围.研究表明,急倾斜煤层俯伪斜上保护层开采后,上保护层俯伪斜采煤法沿倾向上、下边界的卸压角分别为81.5和74°;沿走向的卸压角在倾向上呈非均匀分布,大小为30~52,°伪倾斜工作面中部的走向卸