瑶渠煤矿大巷间煤柱尺寸确定及支护优化

为研究大巷过剥蚀区时大巷间煤柱合理尺寸及围岩稳定性,以瑶渠煤矿西采区Ⅱ回风大巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟等研究方法,建立了煤柱尺寸计算模型,揭示了煤柱在8 m、10 m、12 m、14 m条件下巷道围岩应力、位移及塑性区的分布规律,确定了过剥蚀区大巷间煤柱的合理尺寸,并优化了西采区Ⅱ回风大巷的支护参数。研究结果表明,瑶渠煤矿西采区Ⅱ回风大巷与辅运大巷之间煤柱尺寸由14 m减小至8 m时,巷道围岩内的垂直应力由1.381 MPa增加至1.465 MPa、最大位移量增加了12.52%,塑性区逐渐贯通煤柱。当煤柱尺寸为10 m时,煤柱塑性区处于贯通的临界区域,煤柱内部具有一定的弹性核区域,且煤柱尺寸大于理论计算的9.23 m,能够满足巷道围岩的稳定性。综合考虑,确定煤柱最小合理尺寸为10 m。对10 m煤柱尺寸下西采区Ⅱ回风大巷进行支护优化,采用帮部3根锚杆支护后巷道围岩应力、位移和塑性区均显著改善,保证了巷道围岩的稳定性。

基于“卸-让-支”理念的大巷底鼓控制技术应用研究

针对晋煤集团岳城矿大巷底鼓现象严重、帮部煤体结构破碎严重威胁大巷稳定性的问题,基于影响因素分析,结合现场工程实践经验,提出了基于“卸-让-支”理念的巷道围岩底鼓控制技术体系,从滞后拉底后巷帮支护的锚杆和锚索参数设计及底板反底拱支护设计等方面给出了破碎围岩巷道底鼓控制技术措施。采取底鼓控制技术后,有效缓解了大巷底鼓现象,大大降低了底鼓对生产的干扰。

工作面回采扰动影响下煤层大巷群围岩控制研究

研究余吾煤业N2105工作面回采末期阶段对其停采线前方煤层大巷群的影响,通过现场实测调研,指明了回采扰动影响将会导致煤层大巷群围岩发生不同程度的破坏,在此基础上根据UDEC3D离散元软件模拟分析得到煤柱体上方顶板致裂后能够有效地降低煤体内的垂直应力峰值,同时根据COMSOL Multiphysics 6.0仿真软件模拟分析得到最佳注浆压力值和水灰比,分别为1.0 MPa和1.5∶1。现场工业性试验阶段,在1号回风大巷内布置测站所监测的矿压数据表明,围岩两帮和顶底板收敛率均控制在5%以内,巷道围岩整体变形控制效果显著。

浅埋厚煤层大巷保护煤柱尺寸留设研究

留设煤柱护巷道目前仍是中国许多矿井的主要护巷道方式,但同时也损失了巨大的煤炭资源。煤柱留设的长度也是影响煤柱稳定性和巷道围岩稳定性的关键所在,其安全长度的留设,更有利于改变围岩应力分布条件,隔离工作面采空区,维护巷道围岩稳定具有重要的作用。区段煤柱留设宽度与煤矿采区埋置深度、工作面倾角、煤层高度、巷道顶底板围岩等具有相关联系。不同煤矿开采条件不同,不同矿区都有自己留设煤柱的宽度方法。因此,本论文针对某煤矿西翼带式运输大巷煤柱安全宽度等问题展开研究,分析煤柱内的应力分布、变形特征和塑性区分布,最终得出安全煤柱宽度留设,论证该尺寸煤柱下,确保被保护的巷道在掘进过程中不引起失稳,这对于煤矿的安全生产来说至关重要。

工作面末采期间煤层大巷群围岩控制技术研究

N2105工作面末采期间所形成的超前支承应力和采空区上方覆岩运移所形成的动载扰动均会对停采线前方的煤层大巷群造成影响,基于此工程采用UDEC^(3D)离散元软件模拟分析揭示了对顶板内厚硬关键层进行充分致裂后,煤柱体内所承载的垂直应力在“双峰值”位置处降幅分别为21.1%和16.0%.同时采用COMSOL Multiphysics数值仿真软件模拟确定了1号回风大巷围岩注浆加固的最佳的水灰质量比和压力值分别为1.5∶1和1.0 MPa.在1号回风大巷内实施工业性应用后的60 d内,围岩顶底板和两帮收敛率分别为3.3%和1.4%,煤层大巷围岩控制效果良好。

中央大巷采空区影响区域冲击危险源探测技术

为了探明胡家河煤矿中央大巷采空区影响区域冲击危险源分布特征及危险程度,利用CT探测技术原位探测中央大巷采空区影响区域,并进行冲击危险性评价,确定危险区域及危险等级。结果表明,强冲击倾向性、密集巷道群、采空区支承压力相互叠加使中央大巷区域冲击危险性升高;中央大巷探测区域内煤岩层总体处于弱冲击危险等级,进一步确定危险区域,提出针对性防冲技术措施,提高冲击地压防治水平,防治效果良好。

大巷煤柱回收工作面覆岩破坏及应力演化规律研究

以赵家梁煤矿大巷煤柱回收为研究背景,用物理相似模拟实验和现场监测等方法,对大巷煤柱回收工作面覆岩破坏及应力演化规律进行研究。结果表明:3101工作面采空后,靠采空区侧保护煤柱应力峰值为5.12 MPa,距采空区7 m;3102工作面采空后,靠采空区侧保护煤柱应力峰值为5.2 MPa,距采空区8.5 m;大巷煤柱回收工作面回采完成后,保护煤柱上方应力分布呈马鞍形,两侧采空对大巷煤柱回收工作面影响较小。现场实测数据与物理相似模拟实验所得数据相符,验证了相似模拟实验用于类似问题研究的可行性。

浅埋煤层大巷保安煤柱尺寸优化研究

以赵家梁煤矿3-1煤层大巷保安煤柱为研究背景,通过数值模拟和理论计算的研究方法,对浅埋煤层大巷保安煤柱尺寸优化进行研究。结果表明:随着大巷煤柱宽度的减小,1^(#)、2^(#)大巷保安煤柱两侧塑性区宽度均呈现增大趋势。当1^(#)大巷煤柱宽度为32 m,2^(#)大巷煤柱宽度为30 m时,弹性核区消失,塑性区贯通且中部垂直应力变化幅度明显加快。因此,1^(#)大巷煤柱宽度应不小于32 m,2^(#)大巷煤柱宽度应不小于30 m。理论计算与数值模拟结果基本相符。

采动影响下强冲击煤层大巷致冲机理及防控研究

针对煤层大巷冲击地压频发的实际问题,采用数值模拟、现场实测、监测分析等方法,对采动影响下强冲击煤层大巷致冲机理开展研究,并提出了防治方法。结果表明,坚硬顶板下特厚煤层开采,单采空区超前应力影响范围约为180 m,同侧双采空区叠加应力影响范围约为240 m,且双采空区叠加影响程度明显大于单采空区。工作面末采期间,受到双采空区叠加影响,煤层大巷区微震能量和频次均呈指数型升高,尤其是当工作面至煤层大巷的距离小于180 m后,升高幅度迅速增大,每15 d释放的能量总和为前15 d的43倍。相邻采空区上覆坚硬顶板形成的悬臂、巷道交叉密集是煤层大巷区静载荷的源头,而回采期间产生的扰动效应以及坚硬顶板突然垮断是煤层大巷区动载荷的源头;由上述因素产生的静、动载荷及其之间的“互馈”效应是导致采动影响下煤层大巷区冲击地压发生的显在原因。而采动影响下煤层大巷围岩内复杂力学系统基本机制的不稳定性,及其对周边环境扰动的敏感性,是其冲击显现的潜在原因。由此,将保护煤柱宽度优化、顶板深孔预裂爆破与煤层解危等方法相结合,开展有针对性的协同防控。现场实践表明,协同防控效果较好,尤其是优化保护煤柱宽度,使其大于双采空区叠加影响范围,能够大幅提升防控效果。

强采动煤层大巷群变形破坏特征与锚注修复加固技术研究

煤层大巷群易受强烈采动影响,造成围岩剧烈变形破坏与支护结构严重失效,如何有效控制强采动煤层大巷群围岩稳定性对于保障矿井正常安全生产具有重要意义。本文以万家庄煤业一采区煤层大巷群为工程背景,分析了强采动大巷群变形破坏特征及影响因素,提出了大巷群“高强度锚注一体化”综合修复控制技术方案,开展了强采动大巷群修复现场工业性试验,并进行了修复过程中注浆量与注浆效果、锚杆锚索受力、围岩变形等监测分析。研究结果表明:强采动煤层大巷群在两翼工作面强采动应力叠加作用下呈现全断面变形破坏模式,相比于普通锚杆(索)支护,采用“高强度锚注一体化”综合修复控制技术方案后,大巷围岩最大垂直位移减小了80.5%,最大水平位移减小了76.3%,有效控制了围岩变形,现场实际应用效果良好。研究成果为强采动煤层大巷群围岩稳定性控制提供了一定的理论依据与工程参考。

大宁煤矿皮带大巷穿越采空区层位选择及支护技术研究

针对大宁煤矿采空区下皮带大巷层位选择与支护设计问题,采用理论计算与数值模拟相结合的方法,构建了上覆煤层采空区下煤岩体破坏力学模型,并建立了FLAC3D有限元三维模型进行研究。结果表明将底板皮带运输大巷布置在3#煤层底板23~28 m深度岩层中较为合理,巷道掘进工程量少,围岩稳定性好;设计得到了采空区下皮带运输大巷锚网索喷支护的主要技术参数,为皮带运输大巷底板穿层段围岩长期稳定提供了有效的技术保障。

顾桥1311(1)工作面系统大巷高应力阻隔切顶护巷工艺及工程实践

覆岩平面切顶能起到较好的高应力阻隔效果,鉴于顾桥煤矿1311(1)工作面停采线近区的系统大巷变形较大,确定在工作面停采线前方的联巷内开展爆破切顶作业,阻隔覆岩分层支承压力传载路径,降低被保护系统大巷围岩应力集中程度。结合理论计算、现场实测与数值模拟,将顶板致裂目标层位高度确定为40 m,采用煤矿高性能重型药柱配合注浆封孔工艺,实现了深孔爆破快速装药及高效封孔;空孔导向作用下,平面切顶效果显著,装药孔爆破单边裂缝扩展长度至少在2 m;被保护大巷顶底板与两帮移近量分别控制在110 mm、70 mm内,证明爆破切顶起到了良好的应力阻隔作用。

辛置煤矿回风大巷返修支护技术研究与应用

为解决辛置煤矿回风大巷在遭遇断层后出现的冒顶、锚杆脱锚问题,通过现场取样、钻孔窥视、数值模拟等研究方法,分析巷道在断层附近松动圈发育情况,深入研究巷道围岩地质条件,基于松动圈理论对巷道断面、支护方式、方案进行优化,设计采用直墙半圆拱形断面绕道施工穿越断层,保证了巷道穿越断层的施工安全及巷道的长期稳定。

两翼工作面采动影响下采区大巷围岩变形破坏特征

与单翼采区相比,两翼工作面开采能提高煤炭资源开采效率和巷道利用率,然而两翼工作面先后回采对采区大巷具有多次采动影响,易导致采区大巷围岩变形加剧,甚至破裂。本文通过数值模拟、理论分析和现场实测等方法,研究了内蒙古利民煤矿I0309采区大巷在两翼工作面顺序采动影响下的应力分布及变化特征,分析了采区大巷围岩大变形机理,确定了I030901工作面停采线合理位置,研究结果对两翼工作面开采采区大巷的稳定维护具有重要的参考价值。

强采动大巷破碎煤柱水泥基浆液注浆渗透扩散规律研究

以山西万家庄煤业强采动运输大巷破碎煤柱注浆修复加固为工程背景,首先开展水泥基浆液的流变性能实验,得到水泥基浆液流变参数;然后基于水泥浆液流变性实验室测试结果及渗流理论,利用COMSOL软件建立破碎煤柱水泥基浆液注浆渗透扩散数值计算模型,研究不同注浆参数(浆液黏度、裂隙开度、注浆压力等)条件下破碎煤柱中水泥基浆液渗透扩散空间分布特征及演化规律;最后,通过现场注浆量监测及钻孔全景数字成像探测技术,分析水泥基浆液渗透扩散效果。结果表明:当水灰比小于0.7时水泥基浆液黏度随水灰比增加急速下降,大于0.7时水泥基浆液黏度减小速率明显降低;水泥浆液扩散距离随时间非线性增长,呈现为幂函数关系;在破碎煤体裂隙中渗透扩散距离随水灰比、裂隙开度、注浆压力的增大而增大,根据万家庄煤业实际情况确定水灰比选择0.8,注浆压力选择3 MPa。现场监测结果表明,煤柱中的裂隙及破碎带中均可观察到大量水泥浆液,浆液渗透扩散效果较好,围岩完整性及自承能力显著提高,万家庄煤业运输大巷围岩稳定性得到良好控制。

芦河矿煤层大巷掘进支护技术研究与实践

为实现芦河矿煤层大巷的快速安全掘进,在集中回风巷开展了大断面突出矿井煤层大巷掘进支护技术的研究。分析认为,随着巷道断面的增大,成巷后巷道顶板中部极易出现应力集中而发生冒顶,采用常规的锚杆索支护效果不理想。为此提出了桁架锚索支护的方式,分析了其控制机理,确定了支护方案。应用表明,巷道变形明显减小,煤层均无突出危险,可为类似突出煤层大巷的掘进提供参考。

煤矿大巷掘进爆破参数优化

以煤矿大巷掘进为例,在对大巷围岩相关力学参数分析的基础上,提出了凿岩爆破参数设计的原则及理论计算依据;结合实际生产初步设计爆破参数,并对爆破效果进行初步评估;然后,根据爆破效果总结初步设计爆破参数的不足对爆破参数进行优化。实践表明:优化后的凿岩爆破参数在一个循环内的掘进进尺增加至5.04m,炮眼利用率得到显著提升并达到95%。

裕兴煤业15号煤层大巷保护煤柱回收工作面布置研究

为提高煤炭资源采出率、延长矿井服务年限,欲对裕兴煤业一采区大巷保护煤柱进行回收。综合运用数值模拟、理论分析及矿压监测等手段对回收工作面合理布置方式进行研究。结果表明,回风平巷与15101工作面采空区间煤柱合理宽度为4~6 m,运输平巷与15103工作面采空区拐点间距离应不小于20 m,两顺槽掘进期间表面变形量在设计允许范围内,侧面论证了巷道布置位置的合理性,对于类似煤柱的回采设计具有借鉴意义。

大巷揭煤区巷道合理支护参数研究

针对大巷揭煤区巷道围岩完整性和稳定性差的问题,以六盘水汪家寨煤矿七采区1300东大巷揭煤段为工程背景,通过理论计算和数值模拟对其巷道掘进后围岩松动圈范围进行确定,基于松动圈范围提出合适的巷道支护参数,并与原支护形式进行对比,模拟研究论证。研究得出巷道围岩松动圈最大厚度为2.48 m,采用优化的支护形式后,巷道顶板位移量减少27.3 mm,降低58.1%;底板减少了10 mm,降低了41.7%;两帮减少了5.8 mm,降低了43%;巷道两肩和底板的塑性区厚度分别为1000 mm和800 mm,相对于原支护形式均减少了700 mm。优化后的支护参数设计合理,可用于现场应用。该研究成果可为类似条件下的矿井大巷支护形式提供一定的借鉴与参考。

赵楼煤矿中部辅运大巷掘进工作面支护技术

为保证工作人员在煤矿内部的生命安全,设计了巷道掘进工作面支护技术。以赵楼煤矿中部辅运大巷为工程实例,研究了支护技术的工艺流程。设计了巷道断面截割与顶网铺设的方法,并设计了巷道内围岩注浆支护方法。实验结果表明,在巷道表面位移的监测中,顶底板相对位移量及两帮相对移近量均在预期数值范围之内,在巷道顶板岩层位移的监测中,掘进阶段与回采阶段的位移值也在可控范围之内。由此可见,该支护技术具备较好的效果,可以被大范围应用。