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

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。

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

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。

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。

复合顶板沿空掘巷煤柱宽度计算与支护方案

余吾煤矿主采的3号煤层顶板由泥岩、砂质泥岩、中砂质等组成,岩层厚度较小,岩层强度较低,属于复合顶板。为提高矿井煤炭资源利用率,S1206工作面采用窄煤柱开采方法,沿空掘进S12061巷。通过理论计算,煤柱宽度范围为6.45~8.7m,综合考虑各种因素,最终确定煤柱宽度为8m;采用顶板注浆+锚杆(索)联合支护技术,巷道掘进期间巷道顶底板最大变形量为94mm,两帮变形量最大为136mm,应用效果较好。

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

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。

煤矿井下沿空巷道合理煤柱宽度研究

以山西离柳焦煤集团某矿工作面沿空巷道为工程背景,针对沿空掘巷煤柱稳定性及围岩大变形的问题,利用数值模拟和现场验证相结合的方法,研究了不同煤柱宽度下巷道围岩及煤柱的应力分布和变形规律,揭示了不同煤柱宽度对掘巷期间围岩应力及变形的影响,确定了最优煤柱宽度为6 m。在工作面实验巷道进行工业试验,验证了数值模拟所得合理煤柱宽度的有效性,验证了6 m煤柱宽度在经过支护后对巷道围岩整体稳定性控制效果较好,可保证沿空巷道的长期稳定。

近距离煤层内错开采上下双层位煤柱稳定性研究

近距离煤层上下煤柱叠加,双煤柱稳定性关系到煤柱留设的成功,通过理论计算分别推导出内错时上窄下宽双层位煤柱的载荷与煤柱合理宽度计算公式。分析上窄下宽双层位煤柱稳定性影响因素为上下煤柱宽度比、上下煤层开采厚度比、上下煤层采空区宽度比,得出:随着下、上煤柱宽度比的增加,上窄下宽煤柱下煤柱荷载呈现递减,下、上煤柱宽度比一定时,下煤柱荷载随着采空区宽度增加而增大;随着采空区宽度的增加,上窄下宽煤柱下煤柱荷载呈现递增,采空区宽度一定时,下煤柱荷载随着下、上煤柱厚度比增加而增加;随着下、上煤柱厚度比增加,上窄下宽煤柱下煤柱荷载呈现递增,下、上煤柱厚度比一定时,下煤柱荷载随着下、上煤柱宽度比增加而降低。

坚硬顶板条件下沿空掘巷小煤柱留设尺寸及围岩控制技术研究

为研究大采高坚硬顶板条件下小煤柱留巷围岩稳定性控制技术,以乡宁矿区申南凹煤矿坚硬顶板大采高开采实际工程为背景,综合运用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,从邻空侧覆岩结构、小煤柱留设宽度及巷道围岩稳定性控制技术3个方面进行了研究。以申南凹煤矿20108工作面小煤柱沿空掘巷为实际工程背景,建立了坚硬顶板条件下邻空侧覆岩结构力学模型,推导出坚硬顶板条件下内应力场长度计算式,进而得出小煤柱尺寸理论宽度为7.27 m;采用数值模拟对比分析不同煤柱留设宽度下的巷道围岩应力、塑性区分布特征、两帮及顶底板移近量等关键信息,优选出最佳的留巷方案,并进行了现场工业性试验。研究表明,采用6 m护巷煤柱配合“高预紧力锚网索+M钢带+锚梁”联合支护方式,在回采期间两帮最大绝对移近量可控制在520 mm以内,巷道未出现冒顶、煤柱崩溃、锚杆整体移出等现象。

同忻煤矿窄煤柱宽度留设及围岩控制实践

针对特厚煤层综放开采沿空掘巷时,留设宽煤柱护巷造成煤炭资源丢失严重,以及围岩变形量大、煤壁片帮等问题,以同忻煤矿8311工作面5311回风巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场观测相结合的方法,对其沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的留设进行了分析。研究表明,理论分析得知留设煤柱宽度为6 m左右时可确保5311回风巷位于沿空边缘煤体支承压力降低区和煤体应力屈服区,有利于巷道围岩的稳定。基于3DEC数值模拟分析,得到留设6 m煤柱5311回风巷的稳定性以及8311工作面回采后沿空掘巷超前段顶板、实体煤帮、煤柱内围岩应力分布和塑性区演化特征。经现场应用,验证了综放开采留设窄煤柱掘巷技术的优越性和可靠性。

马军峪矿9+10号煤沿空掘巷关键参数研究

针对马军峪煤矿9+10号煤回采期间存在巷道围岩变形的问题,马军峪煤矿拟采用小煤柱沿空掘巷,通过理论分析和数值模拟的方法,确定沿空掘巷切顶合理参数及最优煤柱宽度为5 m,现场应用结果表明,留设5 m小煤柱后掘巷,实体煤帮变化量及顶板下沉量、切顶较非切顶侧均降低,效果良好。该研究为类似条件下的小煤柱沿空掘巷技术提供借鉴。

杜儿坪煤矿72908面回风巷煤柱宽度设计

针对杜儿坪矿72908工作面回风巷沿空掘巷煤柱留设问题,采用理论计算、数值模拟分析的方法得到合理宽度应为7 m。

高河煤矿E1302工作面沿空留巷充填体宽度研究

针对高河煤矿3号煤层厚度大,留设区段保护煤柱浪费大量煤炭资源的问题,提出采用沿空留巷技术提高煤炭资源回收率。采用理论分析、工程类比及数值模拟的方法,确定了合理的巷旁充填体宽度为1.5 m。选择在E1302轨道巷进行现场试验,巷道围岩变形量监测数据显示,当充填体宽度为1.5 m时,巷道围岩变形量不大,充填体无明显变形,可以满足下一工作面的安全生产需求。

特厚煤层综放开采沿空掘巷合理煤柱宽度研究

针对坚硬特厚煤层综放开采沿空掘巷煤柱宽度的最佳选择及其围岩应力分布的问题,本文采用理论分析与数值模拟的研究方法。研究了工作面侧向及超前支承压力的分布规律,确立沿空巷道的科学布局。研究结果表明:在采空区处于不稳定状态时,煤层端部悬臂梁结构控制着侧方支承压力;而采空区处于稳定时,侧向支承压力会降低,但影响范围会随之扩大。通过应用FLAC^(3D)数值模拟软件,并通过比较煤柱垂直应力的变化特征,最终确定了11 m煤柱为最优留设宽度。在矿井特殊构造地段,采用注浆加固技术,不仅改变了岩体的原有破坏机制,而且显著提升了煤岩的整体强度。

大采高孤岛工作面沿空护巷煤柱合理宽度研究

针对转龙湾煤矿二采区孤岛工作面沿空掘进巷道煤柱留设难题,采用数值模拟,对2号工作面运输巷在不同煤柱宽度下煤柱应力分布和围岩变形程度进行了研究,最终确定了合理的煤柱宽度为19 m,并对合理的煤柱宽度进行围岩稳定性验证。结果表明,在煤柱宽度为19 m的范围内,可以有效控制围岩变形,实现巷道围岩的稳定性。该研究成果对沿空掘巷煤柱合理宽度的确定及巷道围岩控制技术的应用具有重要的理论意义和参考价值。

数值模拟确定沿空掘巷合理煤柱宽度

运用数值模拟的方法,采用FLAC3D程序对窄煤柱沿空巷道围岩的应力场和位移场进行了计算,确定合理的煤柱的宽度,并根据掘进与回采期间的实测结果分析,选择5m煤柱作为窄煤柱护巷能够保证巷道使用安全,为窄煤柱沿空巷道合理煤柱的留设提供一定的参考。

倾斜厚煤层沿空掘巷区段煤柱合理宽度确定

针对综放工作面开采强度高、巷道变形大的支护技术难题,以021N2综放工作面为工程背景,基于内、外应力场理论建立倾斜煤层力学模型,确定煤层地应力区的影响范围x 0为22.94 m,并对关键影响因素进行了分析;建立UDEC数值计算模型,综合分析了不同煤柱宽度下区段煤柱应力分布及巷道变形破坏特征,考虑巷道尺寸及变形特征,确定煤柱宽度为18 m。现场矿压监测结果表明,在掘进30 d后,围岩变形区域稳定,顶底板移近量为186 mm,两帮移近量为135 mm。回采期间,顶底板最大移近量为289 mm,两帮最大移近量为273 mm,能够保证工作面安全生产的需求。

综放开采合理护巷煤柱宽度研究

根据新柏矿"两软一硬"复合顶板的5#煤赋存状况,通过理论分析和数值模拟,对不同煤柱宽度时沿空掘巷系统围岩应力分布和破坏特征进行了研究,对不同煤柱宽度时的巷道系统进行了综合分析和评价,确定了相邻工作面区段沿空掘巷留设煤柱的合理宽度,对类似综放沿空掘巷煤柱合理宽度的确定具有参考价值。

深部复合顶板下沿空留巷巷旁充填体合理宽度研究

以顾桥矿埋深740m的1115(1)工作面为研究背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测的方法探究了深部复合顶板条件下的充填体合理宽度。结果表明:当复合顶板岩性较软时,直接顶会大面积破碎并有较大的下沉量,故顶板处要强化支护以维护其完整性。同时,当充填体宽度在2.5m左右时,围岩所受应力与围岩位移都得到了最优化,并在实际生产中取得了成功应用,使巷道的最大收缩率在24.7%左右,满足安全生产要求。这说明此方法确定的充填体宽度合理,对沿空留巷实践具有一定的指导意义。

综放沿空巷道小煤柱合理宽度确定

采用现场实测、FLAC3D数值模拟及理论计算的综合研究方法,对综放采场沿空掘巷的合理布置进行了深入研究。通过对机巷下侧煤体沿倾向应力测试,获得煤体沿倾向应力变化规律;同时采用FLAC3D数值软件分析了不同煤柱宽度(3,5,7,10,15和20m)的应力场、位移场及破坏场特征,获得不同煤柱宽度时巷道力学特征;在现场实测及数值模拟成果基础上,通过计算,得出了区段煤柱的合理尺寸。工程实践表明,该方法确定的煤柱尺寸科学、可靠,为综放回采巷道的合理布置及护巷煤柱参数的合理确定提供了科学依据。

大型综放工作面沿空巷道窄煤柱合理宽度确定

沿空巷道煤柱破坏失稳是典型的不连续现象。在煤柱系统力学简化模型基础上,应用突变理论方法得出了煤柱系统的尖点突变模型,进而推出了煤柱失稳破坏的临界宽度理论公式。研究结果表明:煤柱临界宽度与埋深、煤柱高度、巷道宽度、应力集中系数、侧压系数、煤层界面内摩擦角和黏聚力及煤帮支护阻力等因素密切相关。在煤柱临界失稳宽度的基础上,引入安全系数来确定窄煤柱的合理宽度。最后,经过工程实例应用,验证了该研究手段的可行性。