极近距离薄煤层群联合开采常规错距理论与物理模拟

伴随着中、厚煤层资源的枯竭,潞安集团下属十几个矿井都将进入下组煤开采。下组煤15–1#和15–3#煤层是以薄煤层群赋存在一起,平均间距为4.4 m,因此提出极近距离薄煤层群联合开采常规错距开采模型,并进行理论和物理模拟试验研究。从理论上给出近距离薄煤层群联合开采下的工作面常规错距计算公式,并进行理论求解。为避免15–1#煤层顶板的周期垮落与15–3#煤层工作面回采时的超前效应相互影响,从安全角度考虑,将错距定为1.3～1.5倍的周期垮落步距,结合试验结果将常规错距定为17.5 m。物理模拟试验结果表明,常规错距下联合开采技术上是可行的。另外分析了工作面上方附近几个测点总是被抬高的原因,并总结了在工作面推进过程中,顶板下沉主要经过两次大的变化,即上、下两煤层工作面回采过程中发生垮落时,尤其是下层煤顶板垮落造成影响较大。

极近距离煤层回采巷道合理位置确定与支护技术

基于极近距离下煤层复合顶板回采巷道压力大、巷道维护困难、翻修率高的问题,提出了下煤层回采巷道采用内错布置形式,确定了不同层间距极近距离下煤层回采巷道的分段支护、联合支护方案以及支护参数。结果表明:下煤层回采巷道内错5.0 m布置在低应力区,当煤层顶板厚1.8～4.0 m,采用锚杆+钢带进行一次支护,工字钢棚进行二次支护的联合支护;当顶板上部为实体煤或是采空区且层间距4.0～6.5 m,采用锚杆+钢带进行一次支护,锚索+工字钢梁进行二次支护的联合支护;当顶板厚6.5 m以上或上覆为实体煤时,采用锚杆-钢带进行一次支护,锚索进行二次支护的联合支护效果较为理想。

极近距离煤层下煤层大断面开切眼支护技术研究

采用数值模拟与围岩破裂分区现场实测方法对极近距离煤层下煤层大断面开切眼设计位置与支护方式进行了研究。数值模拟表明，上煤层采空区煤体一侧应力集中较剧烈影响范围向煤体侧延伸4m，向下3m；底板破坏范围深达5．6m，较完整岩层范围为3．3～5．6m；由此确定工作面预开切眼位置离上煤层采空区走向至少5m。围岩破裂分区测试表明，巷道顶板离层裂隙发育较高，超过1．8m以上为严重破裂区域，不利于锚杆锚固；巷道两帮1．5m以外煤体破裂区域煤体完整性较好；为充分利用锚杆有效长度，设计顶帮锚杆长度都采用长度为2m的锚杆。工作面开切眼施工证明，采用锚网超前支护与架棚联合支护大断面开切眼是成功的，经济效益和社会效益是显著的。

极近距离采空区下部煤层窄煤柱宽度的确定

采用数值模拟的方法,研究了极近距离煤层群下煤层工作面沿空掘巷留设不同宽度煤柱时巷道的塑性破坏、煤柱和实体煤侧垂直应力、巷道围岩变形情况。结果表明:随着煤柱宽度增加,煤柱中央的垂直应力呈现先增大、后减小趋势,其中5~7 m宽度煤柱中央的垂直应力相对较大,3~5 m宽度煤柱边缘垂直应力最小。随着煤柱宽度增加煤柱边缘垂直应力不断增大,在煤柱宽度达到7 m时最大,而实体煤侧的垂直应力相对变化不大。进一步的数值模拟研究表明,巷道的塑性破坏程度、围岩变形量在留设7~9 m煤柱时效果最佳。综合考虑得出了下煤层开采护巷窄煤柱的合理留设宽度为8 m。

极近距离煤层回采巷道布置方式研究

首先应用比值判别法和"三带"判别法确定煤层群采用下行开采,然后通过理论分析得出回采巷道应采用外错式布置并计算出相应外错距,借助数值模拟软件模拟了该种情况下巷道围岩应力分布特征、屈服破坏特征以及围岩移近量,最后提出了11#煤层回采巷道支护方式。

极近距离煤层刀柱下长壁采场顶板结构稳定性研究

通过对上部煤层刀柱破坏特征和稳定性的有限元数值分析,以及对下部煤层工作面顶板稳定性的研究,得出了下部煤层回采工作面顶板结构的稳定性特征。

区段煤柱下巷道修复加固技术

北峪煤矿3-101运输平巷从上覆2#煤层区段煤柱下方的一侧斜穿到另一侧,斜穿煤柱段距上覆煤柱垂直距离约为1.0～3.5m。2#煤层区段煤柱宽度为18m。斜穿煤柱段两帮相对移近量达2m左右、煤体破碎,巷道变形严重。针对这种情况,在分析巷道变形破坏原因及修复加固机理的基础上提出了修复加固技术,即采用水力膨胀锚杆支护两帮破碎煤体,顶板补打高强螺纹钢锚杆和锚索进行加强支护。工程实践表明,该技术能够使锚固区煤帮形成整体承载结构,使顶板形成组合梁承载结构,并与深部围岩相连,有效地控制了巷道围岩变形,取得了显著的技术经济效益。

极近距离下煤层巷道布置方案数值模拟研究

针对极近距离下煤层3种巷道布置位置,分别为内错5.5 m、重叠布置和外错5.5 m(以顺槽边缘到煤柱边缘为错距),采用FLAC^(3D)数值模拟的方法分析了当4203顺槽开挖时的巷道围岩变形量以及当4^(-2)煤开采时的顺槽围岩垂直应力、巷道围岩变形量和巷道超前影响范围。

极近距离煤层开采下位巷道破坏特征及控制研究

极近距离煤层群开采下位巷道受上煤层采动影响变形严重维护困难。以六家煤矿E_(I)N_(4)段6-7运输顺槽为工程背景,研究采空区下拱形巷道的变形破坏特征。钻孔窥视表明,E_(I)N_(4)段6-7运输顺槽两帮的煤体整体性较好,顶板受到上部E_(I)N_(5)段6-5工作面回采的影响产生明显的破碎区。采用滑移线理论建立底板损伤范围力学模型,计算得到6-5煤层开采后底板损伤深度为14.18 m。数值模拟分析表明,E_(I)N_(4)段6-7运输顺槽浅部围岩形成应力释放区,顶板变形量大于两帮,巷道周围的破坏区域在顶部高度约3 m,肩角处深度2~2.5 m,两帮和底板的深度为1 m。提出“钢带锚网+注浆锚杆+注浆锚索”联合支护技术,现场应用后最大顶底板移近量为560 mm,最大两帮移近量为430 mm,有效控制巷道满足生产要求。

极近距离煤层群联合开采合理错距研究

根据里彦煤矿16314与17314联合开采工作面的开采技术条件,采用理论计算的方法对同采工作面的安全错距进行了初步确定。用UDEC离散元软件得到了不同错距下超前支承压力的分布规律,得出工作面联合开采条件下的合理错距,并与理论计算结果进行了对比分析。在该错距条件下进行了联合开采工作面工程应用,17314工作面来压强度明显降低,保证了工作面的顺利安全回采。

近距离煤层群超长工作面采场矿压分布及围岩运移规律研究

以叙永一矿15采区缓斜近距离多煤层群为研究对象,采用离散元数值模拟软件UDEC 6.0分别对其C19、C20、C24煤层开采过程中的采场围岩运移情况及应力分布规律进行了系统地分析研究,揭示了缓斜近距离多煤层群采动影响区内的复杂应力场分布、上覆岩层变形破坏形态及煤层间相互影响规律,所得研究结果可为近距离多煤层群的安全、经济、高效开采提供一定的参考及补充。

极近距离煤层采空区下巷道支护技术研究

针对极近距离(薄夹矸)煤层开采,下煤层巷道顶板破碎难支护的问题,以南屯煤矿93下12工作面地质条件为背景,通过理论分析,研究了采空区薄夹矸下巷道桁架锚杆支护方式,得到了满足巷道支护要求的桁架锚杆支护系统参数;运用FLAC3D数值模拟,建立不同预应力桁架锚杆及普通锚杆支护模型,对比分析了桁架锚杆支护系统预应力的合理值及其支护效果。研究结果表明,当桁架锚杆支护系统预应力增至4t后,薄夹矸破碎巷道顶板下沉量趋于稳定,最大下沉量仅32mm,明显小于普通的锚杆、锚索支护方式。因此,高预应力桁架锚杆支护可有效控制破碎薄夹矸巷道顶板的失稳变形,提高顶板岩层的稳定性。

极近距离下位煤层巷道合理布置与支护设计

依据平煤四矿己组极近距离煤层条件,综合采用数值模拟等方法,对下位煤层巷道合理位置与支护方式进行了系统研究。结果表明,不同层间距条件下巷道围岩变形随内错距离增加而减小,综合考虑回收率等因素确定巷道合理内错距离为30m,同时依据"分区支护,分源控制"和"及时主动支护,支护结构强化"围岩控制对策,提出了以煤层层间距为指标的"锚带网索棚"分区支护方案,并通过工业性试验验证了方案的有效性。

极近距离煤层采空区下切巷支护技术研究

根据三交河煤矿地质资料和下层煤地质力学测试结果,建立数值模拟模型。通过数值计算,得出了上层煤及切巷开挖后应力重新分布及围岩破坏情况;结合理论分析和生产经验,提出了高预应力锚杆和π梁的联合支护方法。通过井下监测资料分析了巷道的变形和破坏情况。结果表明,锚杆和π梁联合支护可以满足极近距离煤层采空区下切巷的支护要求。

极近距离煤层同采工作面底板采动破坏深度研究

通过采用滑移线场理论建立力学模型分析华苑煤业9^#和10^#极近距离煤层同采工作面,得出上煤层回采对底板的破坏范围,数值模拟不同埋藏深度的上煤层工作面回采后底板的破坏形式,得出9^#煤层回采后底板的最大破坏深度和水平破坏长度。为该矿下部煤层的工作面错距和回采巷道支护形式的制定提供参考依据。

极近距离下位煤层回采巷道合理位置的确定

针对4-2煤层回采巷道布置这一难题,采用理论分析与数值模拟的方法分析了残留24 m煤柱的稳定性及其在底板的应力传递规律。研究表明:因4-1煤和4-2煤相距极近且24 m煤柱承受较大集中应力,故在煤柱下方3 m的水平截面上,处于煤柱正下方的垂直应力较大,应把4203主运顺槽布置在水平方向远离煤柱的应力降低区,即距煤柱中心线18 m的位置;最后,考虑支承压力传递影响角,确定4203主运顺槽巷帮距4-1煤煤柱边缘的距离为6 m,并经回采实践证明了回采巷道布置方式的合理性。

极近距离煤层同采工作面合理错距研究

为确定极近距离煤层同采工作面的合理错距,分析讨论减压区开采、稳压区开采两种不同布置方式,计算得出9#煤层开采对底板的破坏深度为9.11m。分析上部煤层开采对下部煤层围岩稳定性的影响,确定该矿采用稳压区开采布置方式。采用理论技术和数值模拟方法综合研究表明,同采工作面合理错距应不小于35m。

极近距离煤层同采工作面错距优化研究

针对现有极近距离煤层联合开采研究方法获取开采错距存在较大误差的问题,以某煤矿9号和10号煤层为工程背景,分析了极近距离同采工作面在30,36,44m开采错距下的矿压规律,研究了3种开采错距下工作面支架工作阻力变化与支承压力的演化特征。结果表明:100402综采工作面支架工作阻力随开采错距增大呈现先减小后增大的特点,36m开采错距下100402综采工作面倾斜方向支架工作阻力利用率变化幅度最为平稳;090402普采工作面超前支承压力峰值随开采错距增大呈现先减小后增大的演化特征,其与支架工作阻力变化规律一致;开采错距为36m时上下工作面两巷受超前支承压力影响,前顶板锚杆压力变化平稳,顶板离层较小,离层量基本稳定在0.6mm以内,说明36m开采错距合理,工作面两巷超前段锚杆压力与顶板离层略有增大,需加强巷道支护。

极近距离煤层同采工作面底板应力分布规律研究

通过力学模型的建立分析研究和数值模拟相结合的方法,对山西华苑煤业9~#、10~#极近距离煤层首采同采工作面上煤层开采后底板的应力分布规律进行研究,得出9~#煤层开采后底板的垂直应力和水平应力分布范围及峰值大小,为该矿极近距离同采工作面合理错距提供参考。

极近距离煤层下位煤层回采巷道合理位置的探讨研究

基于极近距离煤层开采条件,应用弹塑性理论及弹性力学理论分别对上位煤层开采后对底板的屈服破坏深度及残留煤柱在底板的应力分布情况进行力学分析计算。通过对煤层塑性煤柱临界宽度的计算,确定上位残留煤柱的稳定性,其在底板的非均布应力对下位回采巷道的合理布置至关重要。经过综合分析确定出下位回采巷道合理的内错距,此方法可为极近距离煤层开采回采巷道的合理位置的确定提供一定的参考。