特厚煤层小煤柱沿空掘巷支护技术研究

小煤柱沿空掘巷过程中易出现巷道围岩变形大、局部鼓出等现象,针对这一问题,采用理论分析、数值模拟、工程类比的方法,对巷道基本顶破断方式进行了判断,并采用数值模拟分析不同宽度下煤柱的应力及位移变化规律,初步确定了煤柱留设宽度为8 m;对比邻近矿井的沿空掘巷案例,采用工程类比法最终确定了煤柱宽度,并对巷道支护方案进行设计,现场应用效果良好。

深部沿空掘巷含软弱夹层顶板离层破坏特征及控制研究

含软弱夹层顶板对深部沿空掘巷稳定性具有重要影响,为有效控制深部高偏应力沿空掘巷含软弱夹层顶板离层破坏,基于含软弱夹层组合体试件力学试验及受采动影响下沿空掘巷数值模拟试验,获得了软弱夹层层厚、层数和层位对顶板的影响以及偏应力条件下含软弱夹层顶板离层演化规律,阐释了含软弱夹层顶板沿空掘巷失稳主要原因,结合顶板支护载荷和煤柱支撑载荷下的悬臂梁力学模型,对含软弱夹层顶板控制要点进行分析,进而提出离层控制方法。结果表明:随着软弱夹层厚度和层数增加,对组合体力学特性劣化影响逐渐变大,软弱夹层位于低位时对组合体试件的劣化影响强于高位,组合体试件破裂均由软弱夹层产生,并随着层厚、层数和层位的不同呈现差异化破裂发育特征。沿空掘巷后主剪切破裂带由顶板左肩角产生并与软弱夹层邻近岩层破裂区相互连接,导致软弱夹层离层严重,主剪切破裂带发育形态和顶板非协调变形程度随主应力偏转角度以及软弱夹层层厚、层数和层位变化,揭示了含软弱夹层顶板沿空掘巷失稳机理。推导了顶板支护载荷和煤柱支撑载荷下的巷道顶板离层解析式,发现软弱夹层在锚固区内的离层量比在锚固区外减少79%,离层大小各主控因素影响程度及其控制优化顺序依次为煤柱支撑载荷—顶板支护载荷—顶板弹性模量。针对深部沿空掘巷含软弱夹层顶板的离层规律和控制要点,提出了“提高煤柱承载能力、减少顶板裂隙发育、增加软弱夹层顶板变形协调性”的离层联合控制方法。现场离层监测显示顶板最大离层量为10 mm,表明该方法能有效控制含软弱夹层顶板离层。

特厚煤层沿空掘巷围岩支卸协同控制技术

针对特厚煤层小煤柱沿空掘巷大范围塑性全煤巷道锚网索的支护难题,以塔山煤矿8204-2小煤柱工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析等方法,揭示了锚杆、锚索对沿空大范围塑性全煤巷道的支护机理。锚杆支护主要作用于浅部二次破碎区煤体,形成浅部连续承载结构;锚索主要作用于深部处于三向受力状态的稳定煤体,形成更大范围的连续稳定承载结构;进一步明确了锚杆、锚索有效长度的计算方法,形成了以高预紧力、高强“锚-网-索”支护为基础,以坚硬顶板井下磨料水射流切顶卸压、巷帮大直径钻孔卸压、底板卸压槽卸压为辅的“支卸协同”小煤柱沿空巷道围岩控制技术体系。工程应用结果表明,试验巷道围岩最大变形量小于700 mm,能够满足使用要求。

锚喷注联合支护技术在沿空掘巷工程中的研究与应用

针对邢东矿近千米采深,且1222工作面为单侧临空工作面,其运输巷为沿空掘巷,受高地应力及采空区叠加影响,后路巷道快速失稳,掘进期间巷道后路产生了持续大变形等支护难题,通过钻孔窥视分析围岩结构失稳后的状态特征,并对锚网支护失效的原因进行了分析,提出了在原有支护基础上,变挂网为挂绳,分层喷注与巷帮锚索梁桁架相结合补强煤柱侧原岩强度,进而维持锚网联合体稳定结构的新方法,并将其应用于邢东矿1222运输巷的支护。实践表明,新支护方案使得沿空掘巷后路巷道围岩松散结构得到补强,有效缓解了沿空巷道掘进过程中后路频繁整修的现象,提高了进尺效率。

基于数值模拟的沿空掘巷非对称支护方案研究

针对邢东矿深部巷道变形量较大,常表现为较明显的非对称特征,提出了沿空掘巷非对称支护技术。在邢东矿11216工作面运料巷应用数值模拟软件建立计算模型,验证不同不同锚索布置方式、顶锚杆数量、帮锚杆数量、实体煤帮布置方式、煤柱帮锚索布置方式等不同支护方式的巷道围岩支护效果,从而找到最优支护方案。并依据相应的支护方案在11216工作面运料巷进行了工业性试验。结果表明:试验巷道内,在回采过程中顶板下沉量均能控制在安全范围内,同时两帮的变形量也得到了有效的控制。

深部孤岛充填工作面沿空掘巷围岩偏应力演化与控制

目的 为解决深部孤岛充填工作面沿空掘巷围岩控制问题,方法 以邢东矿12216运料巷为背景,采用FLAC3D数值模拟软件,研究孤岛面临侧采空区在不同充填率条件下沿空掘巷围岩偏应力分布规律,模拟分析孤岛工作面充填开采时,工作面超前段围岩受动压影响时的偏应力演化特征。结果 结果表明:(1)孤岛工作面沿空掘巷巷道煤柱帮受临侧采空区充填效应影响较大,临侧采空区充填率增加使煤柱上偏应力峰值区呈椭圆形并逐步向采空区侧转移;(2)孤岛充填工作面沿空掘巷顶底板偏应力场形成一个朝向采空区侧的弧形低值带;(3)孤岛充填动压扰动时期,最大偏应力区位于实体煤一侧,距工作面前方8 m左右,距巷道4.3 m左右,峰值可达34 MPa。结论 结合数值模拟分析结果,提出采用“高强度锚杆+大直径高延伸率锚索”协同支护方式,现场工程实践表明,该支护方式沿空巷道围岩控制效果良好。

窄煤柱沿空掘巷非对称支护力学特征与支护参数研究

为了研究窄煤柱沿空掘巷非对称支护下围岩变形与应力分布特征,采用理论分析方法,研究窄煤柱沿空巷道对称支护与非对称支护力学机理;基于马道头煤矿现场工程实践,采用数值模拟与工程效验方法,研究非对称支护下巷道围岩力学特征与稳定性。理论分析结果表明,非对称支护可有效降低巷道顶板弯矩,减小巷道顶底板与两帮变形量。模拟结果表明,煤柱内部压应力增高区与弹性核区保障了煤柱承载性能。现场实测结果表明,采用“锚索+槽型钢”非对称支护,巷道顶板、窄煤柱侧巷帮与实体煤侧巷帮最大变形量分别为100、79、62 mm,巷道松动圈与裂隙发育处于中等水平。

窄煤柱沿空掘巷迎头区贯通阶段矿压显现规律及防治技术研究

对于存在冲击地压危险的沿空掘巷工作面,由于其应力环境的复杂性,大大增加了巷道贯通阶段防冲工作的难度。基于如何避免掘进工作面迎头区冲击地压频发的问题,确保工作面安全科学贯通,以纳林河二号矿井31120沿空掘进工作面为工程背景,展开理论分析和实践探索。通过理论分析,对掘进工作面迎头区冲击地压的发生机理展开初步探讨;进一步采用地音监测的方法,分析了掘进贯通期间迎头滞后区域地音事件突增的范围,进而确定该范围为掘进贯通影响区域。为了消除冲击地压隐患,设计了掘进贯通期间的多轮循环大直径钻孔卸压措施,并通过现场实测数据分析得到卸压效果良好的结论。本文研究对于提高纳林河二号矿井31120沿空掘进工作面的安全性与稳定性具有重要意义,同时也为类似工程提供了有益的参考和借鉴。

煤矿综采工作面沿空掘巷支护及智能预警技术研究

针对深井综采工作面传统留设宽煤柱方法护巷困难、巷道围岩失稳等问题,以彬县煤炭有限责任公司蒋家河煤矿为工程背景,通过理论分析、数值计算和现场试验的方法研究了原巷道围岩环境以及应力、变形时空演变规律以及巷道应力响应特征,针对性地提出了留设小煤柱沿空掘巷护巷方法,同时对护巷煤柱尺寸进行了适应性分析。现场实践表明,通过对采煤工作面建立监测断面,实现了巷道围岩应力以及支护体的实时监测;通过在地面建立数据分析站对井下各项监测数据进行处理和分析,对超过阈值的数据进行整合评估预警,最终实现沿空巷道围岩智能预警。

强动压松软煤体条件下沿空掘巷护巷煤柱尺寸研究

针对强动压松软煤体条件下综采工作面沿空巷道围岩变形量大、稳定性差的难题,本文以赵庄煤矿5328工作面为研究背景,通过理论计算,得到了沿空掘巷煤柱尺寸的留设范围;然后通过建立数值模拟模型对多种宽度煤柱的围岩应力和塑性区进行分析,确定煤柱的合理尺寸为8 m。现场矿压监测结果表明,留设宽度为8 m的煤柱可以满足工作面安全生产要求。

近距离煤层沿空掘巷围岩稳定性分析

合理的煤柱留设宽度及巷道布置错距不仅能保证煤炭的安全生产,还能提高煤炭资源的产出率,降低巷道支护的难度。以色连二矿近距离煤层群12409工作面为研究背景,采用理论分析得出沿空掘巷煤柱留设宽度,通过数值模拟研究了留设8 m小煤柱时回采巷道的稳定性,并进行现场工业性试验,监测回采期间巷道矿压显现规律。研究结果表明:①基于极限平衡理论及工程经验设计留设8 m小煤柱;②留设8 m小煤柱,测点超前工作面17 m时,煤柱内3.5~5.9 m分布式光纤应变值为-1 470~-7 268,表明煤柱内形成承载区域,利于巷道围岩控制;③回采期间,巷道顶底板及两帮的最大移近量分别为250、123 mm,在可控范围内,保证了矿井安全高效生产。

煤柱群回采沿空掘巷护巷煤柱尺寸研究

以赵庄煤矿五盘区煤柱回收工作面为研究背景,通过理论计算得到了沿空掘巷煤柱的留设尺寸应不小于4.1 m,并采用数值模拟对掘巷及回采期间不同宽度煤柱的围岩应力及塑性区进行了分析,数值模拟方案设计了4 m、5 m、6 m、17 m、18 m、19 m、20 m及25 m共8种煤柱尺寸留设方案,最终确定了煤柱的最优合理尺寸为19 m。现场矿压监测结果表明,留设宽度为19 m的护巷煤柱且进行合理支护后,沿空巷道围岩稳定性得以提高,可以满足工作面安全生产要求,实现五盘区残余煤柱的安全高效回收。

浅埋煤层留小煤柱沿空掘巷技术研究与应用

在凤红煤业151302工作面采用沿空掘巷工艺技术,通过理论计算并结合数值模拟,综合分析确定了小煤柱的合理尺寸为5.0 m,同时优化了小煤柱巷道支护参数方案。工程应用结果表明:采用留小煤柱沿空掘巷技术,锚杆索受力远低于破断载荷;巷道顶板下沉位移在200 mm之内,回采帮内位移位小于200 mm,煤柱帮内位移在150 mm之内,巷道围岩和小煤柱皆处于稳定结构状况,整体围岩控制效果良好。

孤岛工作面沿空掘巷支护技术优化

针对孤岛工作面沿空掘巷围岩稳定性差的问题,以山西岳城矿4315工作面条件为背景,采用钻孔窥视方法分析了43152巷围岩变形机理,通过改进锚索长度、架设单体柱与工字钢棚、注浆加固以及喷浆封闭等方式对巷道支护设计方案进行了优化。根据巷道掘进期间围岩变形情况,变形量均在可控范围内,因此优化后的巷道支护方案能够确保巷道稳定。

大倾角地层近距离沿空掘巷围岩稳定性控制

大倾角地层沿空掘巷的围岩稳定性控制是保障采掘工作有序开展的重要前提。本文以淮南潘二矿东井11613外段上顺槽施工受邻近11411工作面回采的扰动影响为工程背景,通过现场采样的室内试验获得主要岩层的力学参数,采用FLAC3D进行施工工况的数值建模,以分析大倾角地层近距离沿空掘巷受采动影响下围岩的受力变形演化规律,并据此提出优化支护设计。研究发现,回采扰动对近距离掘巷的影响会随着迎头与工作面距离的拉远,围岩应力重叠效应会逐步消失,但巷道靠近回采工作面一侧的变形会显著增大,煤岩界面是主要的应力释放区。顺槽的优化支护以600 mm棚距的U型棚架为主,并在临近回采工作面一侧喷浆。对巷道后期的变形监测数据分析表明,整体支护效果较好,保障了采掘工作的安全有序开展。

倾斜厚煤层综放工作面沿空掘巷窄煤柱宽度研究

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。

深部煤层沿空掘巷小煤柱合理尺寸留设研究

采用实验室实验、数值模拟、现场实验等方式进行研究,确定深部煤层的沿空掘巷小煤柱合理尺寸。通过物理力学实验,获得了淮南矿区丁集矿1121(3)工作面煤岩的密度、单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等参数。测量了该区域的地应力,为后续的理论计算、数值模拟提供了可靠的数据。采用数值模拟的方法研究,综合考虑沿空留巷煤柱的应力、竖向位移、塑性区分布特征情况,兼顾煤炭采出率及预防冲击现象,初步确定煤柱宽度为5 m较为合适。工业性实验监测数据显示顶板的位移范围最大值为86 mm,两帮最大范围为145 mm。在一定程度上达到了巷道围岩的控制要求,5 m煤柱尺寸具有一定的科学性与合理性。

大采高工作面小煤柱沿空掘巷煤柱宽度优化及围岩控制技术研究

以马泰壕矿3103辅运顺槽为研究对象,采用现场监测、内外应力场和极限平衡区理论、数值模拟等相结合方法,对大采高工作面小煤柱沿空掘巷煤柱宽度进行研究。研究表明:现场监测煤柱支承压力分布规律,最终初步设计沿空掘巷留设小煤柱宽度为6~10 m;理论计算显示,小煤柱宽度合理范围为6.0~8.1 m;数值模拟表明,煤柱宽度大于6 m时,煤柱具有一定承载能力,煤柱上方和巷道顶板出现核心弹性区,有利于发挥锚固作用,煤柱宽度越大,应力集中现象越明显,综合考虑小煤柱宽度为6 m。基于此,提出了“锚网索支护+卸压+滞后沿空侧注浆加固+回采期间周期来压附近补强支护”围岩控制技术,现场应用效果良好。

中厚煤层窄煤柱沿空掘巷围岩控制技术研究

为了控制沿空巷道围岩变形,保证巷道稳定安全,以木瓜矿10-208综放工作面运输顺槽为工程背景,进行特厚煤层小煤柱沿空掘巷试验性研究,采用理论分析煤柱侧覆岩活动特征及采空区侧向支承压力演化规律,结合数值模拟手段对比分析不同煤柱尺寸下巷道围岩变形与应力特性。模拟结果表明,煤柱宽度为6m时窄煤柱沿空掘巷巷道围岩稳定性较好。结合模拟结果,设计采用高强锚索支护顶板和煤柱帮的强力支护方案,有效控制巷道围岩变形,保证工作面安全回采。

孤岛工作面沿空掘巷合理煤柱宽度数值模拟研究

随着煤矿开采深度的不断增加,井下生产环境逐渐变得恶劣。为了保障生产的正常接续,煤矿经常采用跳采的方式,造成了孤岛工作面的存在。基于已有的研究发现,留设合理宽度的护巷煤柱是维持巷道稳定性的主要方法之一。为了获取柴里煤矿263_下17工作面区段煤柱的合理宽度,采用数值模拟方法,研究了不同时期、不同煤柱宽度条件下,区段煤柱内应力分布情况和围岩表面位移变化情况,确定了263_下17工作面合理的区段煤柱宽度为6 m。经过现场实践验证,263_下17工作面巷道围岩控制方案合理有效,相关经验可以为相似工作面巷道维护提供借鉴。