基于数值计算的深部综放工作面空巷充填体支护阻力研究

深部综放工作面在过空巷过程中,由于受采动支承应力作用,空巷围岩容易失稳。采用空巷充填材料充填空巷,可以保证深部综放工作面顺利通过空巷。以某矿1322工作面为例,采用FLAC3D数值模拟软件,研究不同充填体支护阻力条件下,深部工作面过空巷时围岩变形与破坏特征,确定满足围岩变形条件下合适的充填体支护阻力。

高支承压力区沿空留巷充填体强化支护的数值模拟研究

结合东荣二矿18层右五面沿空留巷具体地质条件和支护工程实践,得出充填支护体承受荷载大且强度低,垂向应力超限而发生破坏,提出加强充填支护体强度和减少荷载的措施。通过FLAC3D进行数值优化,确定强化支护方式参数:缓冲层厚度为200mm;单体支柱排距为0.6m;充填体采用双预应力锚杆钢带强化,锚杆间排距为0.6m×1.0m,锚杆预应力为20kN;充填支护体顶部为水平,并用钢丝网强化。通过分析对比原支护方式和强化支护方式下沿空留巷围岩的稳定性,可以看出强化支护方式提高了充填支护体的强度,减少了充填支护体的变形量,维持了巷道围岩稳定。

综合机械化固体充填采煤原位沿空留巷技术

针对综合机械化固体充填采煤原位沿空留巷的技术难点,在分析该条件下沿空留巷围岩结构力学模型的基础上,提出了综合机械化固体充填采煤巷旁充填原位沿空留巷的新技术。此项技术有3个关键方面:一是合理组织采煤、充填与留巷在时间与空间上的配合;二是针对原巷道设计合理可靠的支护形式,并保证采空区充填体的密实度;三是沿空留巷巷旁充填体的形式及锚杆、钢带、钢筋梯梁及金属网的组合加固方案设计。现场工业性试验表明,该技术条件下的沿空留巷巷道两帮位移最大46 mm,顶底板移近最大87 mm,采空区充填体与巷旁充填体共同控制了顶板活动,留巷维护效果良好。

综采工作面固体充填沿空留巷加固技术

为解决综采工作面固体充填沿空留巷巷道加固的技术问题,针对花园煤矿1312工作面回采巷道受自身工作面采动影响及需要沿空留巷的情况,采用数值模拟的方法对巷道破坏机理及特点进行分析,对原有的支护参数进行优化,提出了沿空留巷的加固方案,并进行现场观测。观测结果表明顶底板最大移近量81mm,两帮最大移近量53mm,巷道围岩得到了有效控制。

厚煤层软底沿空留巷充填体选择研究与应用

为对某煤矿N1202工作面厚煤层软底情况下沿空留巷的安全稳定性提供支持,现就此情况建立底鼓和顶板破断力学模型并做计算分析,对顶板破坏位置和帮部变形进行理论分析。分析结果表明,增大充填支护体的强度和宽度是最为有效的手段,N1202工作面采用C30强度的混凝土设置充填体宽度为1.5 m时即可安全留巷。该研究结果可为N1202工作面厚煤层软底情况下充填支护布置提供理论依据。

煤层倾角对综放沿空留巷支护体稳定性影响研究

为分析煤层倾角对综放沿空留巷支护体稳定性的影响,以8102工作面为工程背景,建立综放沿空留巷围岩结构与支护体相互作用的力学模型,得到与煤层倾角有关的支护体阻力计算公式,数值模拟不同倾角下巷旁支护体变形失稳的特征及围岩稳定性变化。研究结果表明:巷旁所需的支护阻力随着煤层倾角的增大而增大,沿空留巷顶板垂直位移变化量相对于底鼓量较小,底板受煤层倾角的影响更加严重。

综放开采沿空留巷合理支护体宽度确定

以某矿8104工作面为工程背景,对综放开采沿空留巷合理支护体宽度进行研究。首先建立综放沿空留巷围岩结构与支护体相互作用的力学模型,分析沿空留巷巷道的稳定条件和支护体的支护阻力公式,揭示了综放沿空留巷稳定机理,得到了综放沿空留巷支护体支护阻力的计算公式。数值模拟巷旁支护体不同宽度对稳定性的影响程度和支护体失稳变形的特征。研究结果表明:在一定范围内,支护体宽度越大,支护阻力越大,其支护强度越强,支护效果越好;在本工程背景下,支护体最合理宽度应为3 m。

空巷顶板稳定性力学分析及充填技术研究

以柳林郭家山煤矿4217综放工作面(回收上山煤柱)过空巷为工程背景,建立了基于工作面超前采动影响的空巷顶板力学模型,分析了空巷顶板稳定性与空巷充填体相互作用关系,得到了空巷顶板稳定的充填体支护阻力计算式,确定空巷充填体的支护阻力不低于3.58 MPa,提出采用高水材料充填过空巷技术:1)高水材料浆液可对空巷周围破碎煤岩体与空间胶结形成整体结构,提高对顶板的支撑作用;2)采用高水材料水灰比2.5∶1能满足支护空巷顶板强度要求,保证顶板不发生滑落失稳和回转变形失稳。工程应用表明,高水材料充填空巷保持了煤壁和顶板的稳定性,是安全快速过空巷的有效途径之一。

煤矿井下带式输送机液压卸煤装置设计

以纳林庙煤矿二号井6-2116综采工作面为工程背景,针对回收煤柱工作面充填空巷用煤量大且运煤困难的问题,设计了一种煤矿井下带式输送机液压卸煤装置。该装置由支撑装置、改向装置和液压系统组成,安装在主运巷道与辅回撤通道交叉口位置;利用液压泵站为动力,通过支撑装置和改向装置相互配合将煤炭从带式输送机上卸下,再经转载运输至用煤空巷。通过该卸煤装置,原煤不需要升井后再用无轨胶轮车运输到井下,提高了经济效益和充填效率,降低了安全风险。现场工业性试验结果表明,采煤机割煤速度为0.8 m/min、刮板输送机速度为0.4 m/s、转载机速度等级为低速、带式输送机速度为1.0 m/s、改向油缸和支撑油缸伸出长度为0.7 m时,卸煤装置可实现连续卸煤,满足试验工作面充填用煤需要,保证了回收煤柱工作面的正常推进。

高支承压力区沿空留巷围岩稳定性数值分析

在双鸭山东荣二矿综采工作面高支承压力区试验沿空留巷,为分析该沿空留巷巷道的稳定性,采用FLAC3D软件进行了3次数值模拟分析:首先数值模拟求出了17煤残留煤柱形成的底板应力场,得出平均支承压力值为25.2 MPa;进而建立沿空留巷巷道围岩力学模型,模拟分析巷道围岩应力场,得出了充填体支护体片帮原因是垂直压力超限;由此提出了对充填支护体实施预留变形层和锚杆钢带加固等强化支护措施,并模拟分析证实了强化支护后充填支护体的稳定性,经现场工程实践表明采取强化支护措施,沿空留巷巷道稳定性良好。

砂岩顶板薄煤层沿空留巷支护技术

针对砂岩顶板条件下采煤工作面沿空留巷围岩变形大、支护难等问题,通过数值模拟软件模拟了沿空留巷围岩变形及应力分布特点,并对沿空留巷围岩变形控制进行了分析。提出了采用"锚杆+锚索"的巷内基本支护和单体液压支柱作加强支护限制顶底板移近,对充填体补打支护锚杆限制充填体向巷道方向的横向运动的支护方法,并进行了现场试验。试验结果表明,采用该技术后,巷道围岩变形得到了有效控制,为工作面的正常生产创造了条件。