异形煤柱条件下工作面采动冲击地压机制研究

亭南煤矿4号煤经鉴定和评价均具有强冲击危险,针对回采时受超前应力、“工作面见方”大采空区连空、巷道群等因素影响,冲击风险高、治理难度大的难题,通过开展强冲击煤层、异形煤柱条件下工作面冲击地压治理技术研究,借助断裂力学、损伤力学、突变理论及时效损伤模型,建立坚硬顶板条件下上述各种煤柱动静载叠加失稳力学模型,分析采动影响下坚硬顶板破断失稳对异形煤柱动力失稳的扰动效应,分区域、分阶梯、分等级制定有针对性的治理措施,降低冲击地压发生风险和不断优化卸压方案,提高卸压效果,保证工作面安全回采。

特厚煤层小煤柱沿空掘巷数值分析及应用

沿空掘巷开采技术成功的关键主要取决于采场覆岩稳定的时间和沿空掘巷的位置。采场采动岩体运动导致围岩应力重新分布,动态采场应力作用于围岩并使其状态发生灾变是发生矿山灾害的根本原因。特厚煤层分层综采巷道布置(包括内错、外错和垂直),合理确定煤柱尺寸、巷道支护方式和参数选择能够最大可能发挥围岩的自承能力,是提高巷道稳定的重要保证。在稳定的内应力场范围内布置小煤柱护巷,能够明显提高巷道围岩稳定状态,减少巷道维护费用。通过理论分析、数值模拟和现场实测等方法,对特厚煤层下分层沿空掘巷小煤柱不同巷道布置设计,通过煤柱的应力、应变和位移进行对比分析,确定特厚煤层下分层沿空掘巷合理的巷道位置和煤柱尺寸及上覆岩层防控技术,并得到工程验证是正确可靠的,从而为特厚煤层小煤柱开采技术提供了重要的科学依据。

特厚煤层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,以塔山煤矿8204工作面5204巷为工程背景进行特厚煤层小煤柱沿空掘巷试验性研究。巷道掘进期间采用锚杆、锚索、金属网、W钢带、锚索组合钢梁联合支护。由于工作面回采影响巷道围岩稳定,又在超前支承应力集中区域、采煤帮侧和小煤柱侧进行加强支护。现场巷道变形观测发现,5204巷采用的支护方式是科学合理的、安全可靠的,8204工作面现已回采完毕,围岩控制效果良好。

基于相似材料模拟特厚倾斜煤层煤柱应力演化规律研究

为研究特厚倾斜煤层开采时煤柱应力变化状态，结合抚顺矿区老虎台矿特厚煤层开采现状，针对83003综放面和73005综放面构建力学模型。采用相似材料模拟实验对煤柱应力进行监测，得到了应力演化规律，根据实验结果对现场布置合理的防治冲击地压措施。研究结果表明：煤层赋存越深，煤柱受采动影响的应力值越大，应力集中系数呈增长趋势，变化范围为1.09～3．12；73005综放面和83003综放面之间的煤柱应力明显高于模型边界煤柱应力;工作面之间的煤柱受开采影响次数越多，煤柱应力值越大；工作面推进时，上覆岩层的垮落使岩层中的应力充分释放，随着采空区逐渐压实，应力值有所回升。通过相似材料模拟研究，对工作面的开采进行指导，运用煤层注水、卸压钻孔和加强支护等措施对冲击地压进行防治，达到了理想的效果。

远距离重叠煤柱作用下的强矿压显现作用机制:以大同矿区多煤层开采为例

为研究大同矿区特厚煤层采出空间大和远距离侏罗系煤层群重叠煤柱共同作用下的强矿压显现机制,采用通用离散元程序(UDEC)数值模拟方法,分析重叠煤柱作用下的工作面采动应力规律。应用高精度微震监测技术,得到侏罗系煤层群开采影响下的综放工作面覆岩运动与矿压显现的关系。研究表明,工作面回采至侏罗系煤柱对应区域时,工作面超前支承压力比在非煤柱区域提高了25%~33%;侏罗系煤柱重叠区域,在"煤柱-覆岩联动"和"煤柱-采动应力耦合"共同作用下,工作面矿压显现更为强烈;在临近采空区和侏罗系覆岩共同作用下,沿空巷道矿压显现强烈。工作面开采扰动、临近采空区覆岩运动和侏罗系重叠煤柱的耦合作用,是石炭系综放工作面矿压显现剧烈的根本原因。用提出的基于地面钻孔压裂重叠煤柱弱化的强矿压显现顶板控制技术,可削弱重叠煤柱对工作面开采的影响,减轻特厚煤层综放开采采场矿压的显现强度。

特殊煤柱影响区域范围确定及消突效果评价

为了消除由于受地质构造影响而留设的特殊煤柱——三角形煤柱对被保护层的影响,以大淑村矿的172202工作面为试验地点,根据2号煤层和4号煤层的相互关系及卸压角,确定了该三角形煤柱影响下的未保护范围,并根据软件模拟分析,提出了该特殊煤柱影响范围应为椭圆形区域;并对影响区域先后采取了瓦斯抽放措施和排放钻孔防突措施,使该区域的瓦斯抽放率达到31%以上,实现安全回采。

综放面沿空掘巷窄煤柱宽度及巷道支护参数研究

针对淮南新区13#煤层,应用FLAC软件模拟综放面沿空掘巷留设不同宽度煤柱时围岩位移量的大小,并结合“软”、“中硬偏软”两个具有代表性的煤巷进行的工业性试验,进一步总结出这类煤层综放面沿空掘巷时需留设的最佳煤柱宽度及特殊的支护手段,对这类巷道的锚杆支护技术有参考价值。

塔山矿特厚煤层综放面大变形回采巷道 超前支护新技术研究与应用

针对大同煤矿集团塔山矿特厚煤层综放面临空巷道超前段矿压显现强烈,采用木垛配合单体液压支柱支护时,存在支护能力整体较弱、木垛支护工序繁锁等问题,研究开发了机械式恒阻单体支柱,对摩擦介质材料、钢材材质进行了优选,设计了具有自动纠正偏心功能的高强度支柱顶底座,保证了机械式恒阻单体支柱的恒定工作阻力达45t以上。现场应用表明,机械式恒阻单体支柱超前支护技术能有效减弱大跨度巷道应力集中分布和大变形,大大增强了巷道围岩的稳定性,保证了工作面的安全高效生产。

煤层群开采遗留煤柱效应及跨掘巷道围岩控制研究

针对采区边界遗留煤柱下侧跨掘巷道存在特殊破坏段问题,以灵新煤矿沿空侧051606回风平巷为背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟及工业性试验的综合分析方法,通过研究巷道特殊破坏段现场矿压显现情况,基于半平面体理论建立的遗留煤柱效应影响力学模型以及跨掘巷道和回采期间精细化数值模拟,确定了巷道特殊破坏段的修复支护设计方案。研究结果表明:遗留煤柱效应影响下跨掘巷道围岩在遗留煤柱中轴线正下方主要受垂直应力影响,此处垂直应力大小为13.0~15.0 MPa,而在遗留煤柱两侧边缘位置下方主要受剪切应力集中影响,此处剪切应力大小为-6.5~-5.0 MPa和5.0~7.0 MPa;051606回风平巷跨掘期间顶板位置处最大垂直应力为14.4 MPa,底板位置处最大垂直应力为13.6 MPa,顶板位置处最大剪切应力为6.5 MPa,底板位置处最大剪切应力为5.3 MPa,且最大垂直应力位于遗留煤柱中轴线正下方,最大剪切应力位于遗留煤柱两侧边缘位置下方;051606工作面回采期间对于巷道特殊破坏段围岩的扰动影响分为无应力影响段(距遗留煤柱边缘大于16 m),超前应力影响段(距遗留煤柱边缘0~16 m)和叠加应力影响段(距遗留煤柱中轴线0~17.5 m)3个阶段,且受回采扰动影响护巷煤柱和顶板靠近护巷煤柱侧偏应力集中程度较高,煤岩体更易变形发生非对称性破坏;巷道特殊破坏段采用非对称锚索桁架支护系统修复后,后续051606工作面回采期间矿压监测到顶底板收敛量为143 mm,两帮收敛量为109 mm,较巷道原始断面尺寸收敛率分别为4.3%和2.2%,整体控制在5%以内,能够很好地满足行人、通风等需求。

特厚煤层上覆煤岩柱下措施巷防冲技术研究

基于海石湾煤矿6224-1工作面地质和开采技术条件,从动静载方面分析了工作面上覆遗留煤岩柱对工作面回采的影响,得出上覆岩柱形成"T"型空间结构导致应力集中;本工作面、上覆岩柱和两侧采空区悬露顶板垮落将产生较高动载,同时区域岩层协同运动也将产生强动载影响。由于特厚煤层邻近分层开采,导致不具备从工作面运输巷向岩柱影响区顶板施工深孔爆破防治的技术条件。根据结构特征,设计在岩柱影响区外保护层下沿走向布置专用措施巷,在专用措施巷内向岩柱影响区施工卸压措施。实践验证,该方法对上覆煤岩柱区冲击地压的防治效果好、顶煤冒放率高、效益显著,可为类似条件工作面冲击地压防治提供参考。

浅埋特厚煤层综放开采区段煤柱合理宽度的确定

针对串草圪旦煤矿浅埋特厚煤层综放开采区段煤柱合理宽度的确定问题,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合,研究了浅埋特厚煤层开采采动支承压力分布规律,区段煤柱的受力分布特征,以及煤柱塑弹性区域分布状态,得出了工作面合理区段煤柱宽度范围。保证了工作面的安全生产,提高了煤炭资源的回收率。

特厚煤层综放面小煤柱沿空掘巷安全保障体系研究

小煤柱沿空掘巷对于巷道矿压治理,工作面安全高效开采有着重要意义。以同忻矿5305小煤柱巷为工程背景,为了确保巷道的顺利掘进,辨识了巷道掘进期间安全风险源,从矿压监测、遗留硐室填充、水、火、瓦斯防治等方面提出了相应要求,建立了特厚煤层综放面小煤柱沿空掘巷安全保障体系。现场实践表明,在该体系的保障下,5305小煤柱巷实现了安全高效掘进,并未发现安全隐患。

宁东矿区铁路专用线工程地质选线研究

通过分析宁东矿区的自然地理、经济建设概况,总结近年来在宁东矿区从事铁路专用线勘察、设计的经验,针对铁路专用线工程地质选线中突出的风沙、采空区等不良地质现象以及压覆矿产资源、保护煤柱设计等典型工程地质问题,结合工程实例,采用理论分析与实例计算相结合的方法,详细说明了工程设置的合理性,提出了针对这些不良地质现象、工程地质问题的选线原则。

两渡煤矿区段煤柱合理尺寸确定

我国井下开采中区段平巷发展迅速,但盲目加大区段煤柱留设,致使大量煤炭资源的浪费。两渡煤矿原有区段煤柱留设为40m,巷道支护工艺简单,但煤炭损失较大,现进行区段煤柱合理留设设计。本文分别以宽度条件和强度条件对该矿区段煤柱尺寸进行理论计算,计算结果为:宽度条件下煤柱留设≥31.63m;强度条件下煤柱留设≥33m。又通过对该矿5个特殊条件情况下区段煤柱留设的分析,最终确定该矿合理的区段煤柱尺寸为33m。

中硬偏软特殊结构覆岩破坏高度计算方法

为更合理的留设安全煤岩柱尺寸,减少资源浪费,有必要研究特殊结构覆岩"两带"高度的计算方法。采用公式计算、类比分析及数值模拟方法,分别计算出研究区域内中硬偏软特殊结构覆岩下的"两带"高度。通过与"两带"高度现场实测结果的对比分析,综合研究了浅部区域中硬偏软覆岩条件下"两带"发育高度特征及其计算方法。

特厚煤层沿空掘巷煤柱留设数值模拟

以西部某煤矿地质条件为依托，运用FLAC^3D有限元软件对该矿特厚煤层综放沿空掘巷留设的煤柱宽度进行了研究，并且对特厚煤层放顶煤开采采场围岩三维应力场进行了分析，研究结果表明上区段运输巷外侧出现应力集中现象，垂直应力最大值达到23．98MPa，应力集中区域在煤壁内13～30m范围内；当煤柱宽度为20～24m左右时，煤柱所承受的应力峰值不大，顶底板与两帮的位移量较小，此时煤柱较为稳定，便于巷道维护和回采率的提高。