沿空留巷堆喷工艺巷旁支护体稳定性分析

为研究堆喷工艺对沿空留巷的适应性,基于11212-2工作面沿空留巷的工程实际,运用数值模拟、物理试验、理论分析的方法,对堆喷工艺巷旁支护体进行了研究。结果表明:切顶条件下,支护体顶板围岩破断特征呈倒梯形,力学模型计算得到的支护体支护阻力为4.16 MPa;数值模拟说明切顶条件下,顶板围岩垮落充分,支护体上部围岩破断边缘类似倒梯形,验证了前面分析的合理性;堆喷工艺混凝土材料具有早强性,1 d强度达到12 MPa,增阻速度快,28 d达到40.6 MPa,最终强度高并且没有强度损失;前期支护体容易发生横向变形,内置钢筋网片结构后,计算减少78%横向变形;后期支护体存在拉压应力区和剪应力区,容易发生破坏,设计内置对拉钢筋,底部施加锚杆。

沿空留巷巷旁支护体最优宽度研究

以济宁三号煤矿183_上04工作面为工程背景,建立了沿空留巷巷旁支护体力学模型,并利用FLAC数值模拟软件对沿空留巷巷旁支护体宽度进行研究。通过对不同宽度巷旁支护体围岩应力、顶底板及两帮变形量分析,确定了留巷巷旁支护体最优宽度。

大倾角厚层坚固顶板巷旁支护体合理宽度及让压尺度研究

为研究大倾角煤层切顶留巷巷旁支护体合理宽度及让压尺度,以四川柏林煤矿南段工作面为研究背景,综合运用理论分析、数值模拟和现场实测的方法,结合大倾角厚层坚固顶板覆岩垮落特征,分析大倾角煤层沿空留巷顶板活动规律,建立大倾角煤层切顶留巷巷旁支护力学模型,提出针对巷旁支护体与采空区矸石协同压缩流变变形的巷旁让压支护机制,并采用Flac^(3D)软件计算分析不同巷旁支护体宽度及让压尺度下的沿空巷道变形特征。研究结果表明:巷旁支护体宽度对留巷稳定性影响显著,巷旁支护体宽度越大,沿空留巷越稳定,但考虑到矸石墙垒筑工作强度较大,巷旁支护体合理宽度设置为2.0 m;巷旁支护体让压尺度取决于采空区矸石的压实情况,让压尺度设置为3:5时,巷旁支护体让压量足以使得采空区矸石充分压实。工程实践表明,采用所确定的巷旁支护体设计参数,巷道变形能够满足生产需要,证明了所选参数的合理性。

梧桐庄矿可缩巷旁支护体沿空留巷技术及应用

本文介绍了锚杆、锚索、可缩柱等联合支护在沿空留巷中的实际应用,阐述了此技术的具体技术要求及取得的显著效果。该技术的应用可有效缓解采掘紧张局面,加快接续能力,可为矿井创造较好的经济效益。

厚煤层沿空留巷“煤-支护体”组合承载结构力学特性分析

针对厚煤层沿空留巷围岩控制难题,以王庄煤矿为工程背景,通过理论分析、数值模拟的研究手段,阐述了厚煤层沿空留巷巷旁支护体的失稳机理,提出了“切顶卸压改善留巷围岩应力环境+调节巷旁支护体高度以协调组合承载结构承压—让压能力”的围岩控制对策。研究表明,“煤—支护体”组合承载结构中,随支护体占比的减少,组合体抗压强度呈现出“急降—缓降—急降”的趋势,峰值应变呈现出“平稳—线性增长—平稳”的趋势。结合王庄煤矿数值模拟结果可得,支护体占比为80%时,“煤—支护体”组合承载结构兼具有较好的承压能力与让压能力,避免了基本顶沿留巷煤帮切顶下沉,优化了留巷围岩的应力环境。研究成果可为厚煤层沿空留巷技术提供理论参考。

深部沿空巷道巷旁支护失稳机制与降能控制方法

侧向基本顶断裂下沉引起的巷旁支护体能量积聚及其突发释放是导致深部沿空巷道围岩失稳破坏的根源之一。以山东泰安孙村煤矿千米埋深工作面开采为工程背景,利用UDEC离散元数值模拟软件获得了实际工程条件下沿空巷道围岩能量演化规律,以及巷旁支护体宽度、侧向基本顶厚度和断裂长度等因素对沿空巷道围岩能量演化规律影响特征。在此基础上,基于顶板横向断裂边缘的弧形三角板结构,建立了沿空巷道侧向顶板结构力学模型,分析了不同采动阶段巷旁支护体的力学状态,揭示了侧向基本顶断裂下沉引起支护体动力失稳机理,获得了支护体发生动力失稳的能量判据N,并以此为指标提出了“降低外部冲击能量+改变内部承载性能”的巷旁支护体稳定性降能控制方法。当N≥1时,支护体内积聚的弹性变形能与侧向基本顶断裂所带来的新增变形能之和大于支护体完全破碎需要消耗的能量,支护体内部弹性能积聚较大,自承载能力发挥不足,支护体将发生动力失稳;反之,当N<1时,支护体不会发生动力失稳现象。现场实践表明,所建立的动力失稳能量判据与实际结果相吻合,采用降能控制方法后,沿空巷道顶底板移近量、两帮移近量最大值分别114和123 mm,锚索受力相对值最终稳定为50 kN左右,巷旁充填体冲击破坏现象基本消除,稳定性明显提高,控制效果显著。

密实充填采煤沿空留巷巷旁支护体合理宽度研究

基于固体密实充填采煤的覆岩移动规律,分析了沿空留巷围岩变形特征及巷旁支护体的作用机理,得出夯实机构夯实充填体而传递来的侧压力是导致巷旁支护体失稳和变形的主要因素,据此建立了侧向压力与巷旁支护体稳定性力学模型,推导出巷旁支护体宽度计算公式。根据花园煤矿的具体条件,对不同宽度巷旁支护体的变形特征进行了数值模拟分析。结果表明,当支护体宽度大于2.5 m并采用锚带网联合支护加固后,侧压力引起的巷旁支护体变形可得到有效控制。现场工程实践证明该项技术成功有效,巷旁支护体稳定性力学模型及宽度计算公式合理。

端部约束作用下巷旁支护体承载与破坏规律研究

为了预测不同端部条件及不同煤层倾角下巷旁支护体的变形和破坏规律,利用FLAC3D构建巷旁支护体模型,通过试算法,获得模型内聚力和内摩擦角随塑性剪切应变的折减函数关系,使数值模型与充填材料在物理压缩试验中获得的应力-应变关系和破坏规律一致。基于该种赋值条件,对巷旁支护体在不同端部条件下的变形破坏规律进行研究,获得以下结论：无端部约束下,峰前支护体内的应力分布近似均匀,可自由侧向变形,且倾角对支护体进入塑性时的峰值载荷大小没有明显影响;存在端部效应时,支护体的峰值承载能力有所提高,并将在侧向产生非均匀变形。在端部约束条件下,随着倾角的变化,支护体的破坏形式不同：当倾角为0°-10°时,呈现多重剪切破坏;10°-25°时,呈现双裂隙的剪切破坏;〉25°时,边界单元呈现摩擦剪切破坏。此外,在倾角作用下,存在端部约束时,在支护体的锐角处应力集中程度最高,在进行支护设计时应补强支护。

薄煤层分层转合层开采沿空留巷巷旁支护

针对小河嘴煤矿-1216(K21)机巷采空区侧稳定性控制难度大的问题,综合采用理论分析、数值模拟及现场实测手段,对沿空巷道采空区侧巷旁支护体的应力、位移进行详细研究.研究结果表明:巷旁支护阻力是以基本顶长度、厚度以及上覆岩层载荷为变量的函数,减小基本顶悬臂梁长度可以有效改善巷旁支护体的应力环境;巷旁支护体宽度对巷道稳定性影响较大,宽度越大,巷道水平位移越小,宽度达到一定值后,随着宽度增加,位移减小程度不明显;自制的“预制混凝土砌块墙+金属网+槽钢”构筑物成功应用于现场,结合现场实测数据,留巷效果良好.研究成果可为类似巷道稳定性控制提供参考.

综放工作面沿空留巷支护阻力研究

为了计算综放工作面沿空留巷支护阻力,以结构力学理论为基础,分析综放工作面沿空留巷支护阻力计算模型,建立沿空留巷围岩和支护体的结构力学模型,应用超静定结构和静定结构分析支护体与沿空留巷围岩相互作用机制,推导出巷旁支护阻力的计算公式。结果表明,进行沿空留巷支护阻力力学分析时,要考虑顶板极限断裂前和断裂后两种状态下的受力情况,支护阻力与岩层厚度、容重、煤体极限平衡区宽度、跨距、支护体宽度和巷道宽度等因素密切相关。工业性试验表明,该技术的应用是成功而有效的。因此,综放巷内沿空留巷围岩结构力学模型和支护阻力计算公式是合理的,可在类似条件的综放工作面中应用。

固体充填采煤沿空留巷顶板下沉力学机理研究

基于固体充填采煤上覆岩层移动特征,为分析巷旁支护体和实体煤帮的稳定性,以唐口煤矿9301充填采煤工作面沿空留巷为算例,采用Winkler弹性地基梁理论,建立了固体充填采煤沿空留巷直接顶力学模型,推导出巷旁支护体宽度和实体煤帮的弹塑性区长度计算式。研究结果表明:求算得出影响唐口矿巷道直接顶下沉的3个主要参数值,即当巷旁支护体的弹性地基系数为50 MN/m^3,其宽度为3 m,采空区充填体弹性地基系数为80 MN/m^3时,可较好的控制巷道直接顶下沉;同时结合唐口煤矿9301轨道巷顶底板移近量具体监测结果,顶底板最大移近量仅为213 mm,沿空巷道围岩控制效果良好。

平煤股份一矿戊8-22180工作面膏体材料充填沿空留巷的设计研究

针对平煤股份一矿戊8-22180工作面运巷实施膏体材料巷旁充填沿空留巷,研究了围岩活动规律,沿空留巷的巷内支护形式及支护参数。

沿空留巷不均衡承载特征探讨与应用分析

考虑到沿空留巷围岩应力环境和结构特点,阐述了沿空留巷不均衡承载特征,将沿空留巷基本顶简化为巷旁支护体及实煤体帮共同承载的力学模型,定义实煤体帮承载与巷旁支护体承载比值为沿空留巷不均衡承载系数,得到了不均衡承载系数的计算公式,并分析了不均衡承载系数的影响因素及其变化规律。研究结果表明:实煤体弹性模量和直接顶损伤变量与不均衡承载系数呈正相关;巷旁支护体弹性模量、直接顶弹性模量、巷道宽度、巷旁支护体宽度和实煤体帮支护强度与不均衡承载系数呈负相关。在此基础上,依据沿空留巷不均衡承载系数的变化规律,设计了柳家庄煤矿4211回风平巷沿空留巷围岩控制方案,并通过数值计算和现场矿压监测的方法,验证了高水材料巷旁充填沿空留巷围岩不均衡承载特征。研究成果已成功应用于大采高沿空留巷。

倾斜煤层综放工作面沿空留巷围岩稳定性模拟研究

以倾斜煤层综放工作面为研究对象,运用数值模拟的方法,对不同煤层倾角、不同煤层厚度、不同巷旁支护体宽度及不同巷内支护阻力时,沿空留巷围岩应力和位移随工作面推进的动态分布和变化规律及围岩的塑性破坏进行了模拟研究,以揭示不同工况条件对巷道围岩稳定性的影响规律。结果表明:随煤层倾角的增大,两帮垂直应力和顶板垂直位移逐渐减小,底板垂直位移逐渐增大,巷道两帮水平位移量先增大后减小,留巷围岩的塑性破坏程度加剧,尤其是巷道两帮及底板塑性区范围增大;在工作面推进相同距离时,煤层厚度越大,两帮垂直应力及顶板和右帮位移量越小,底板和左侧煤帮位移量越大;随巷旁支护体宽度的增大,左帮的垂直应力逐渐增大,右帮垂直应力先增大后减小,顶板垂直位移和两帮水平位移逐渐减小,底板垂直位移逐渐增大;随着巷内支护阻力的增大,两帮的垂直应力均先增大后减小,巷道变形量先减小后增大,巷道底板和右帮位移量随支护阻力的变化并不明显。

水力压裂基本顶沿空留巷顶板变形特征研究

为探究水力压裂基本顶沿空留巷对巷道顶板及巷旁支护体顶部变形的影响,本文以柳塔煤矿22104工作面运输顺槽沿空留巷水力压裂基本顶工程为背景,采用FLAC^(3D)数值模拟方法对水力压力前后沿空留巷顶板与巷旁支护体顶部的变形特征进行了分析。结果表明:沿空留巷顶板下沉量呈现由煤壁处向支护体处逐渐增大的趋势,巷旁支护体顶部变形量呈现由沿空留巷处向采空区处逐渐增大的趋势,均呈现倾斜特征。水力压裂基本顶前后,沿空留巷顶板平均下沉量由10.70 mm减小到7.23 mm,而巷旁支护体顶部平均变形量由16.82 mm减小到9.13 mm,沿空留巷顶板下沉量与巷旁支护体顶部变形量分别降低了32.43%和45.72%。现场实测结果显示,水力压裂基本顶沿空留巷的巷道顶板下沉量与巷旁支护体顶部变形分别维持在20~25 mm和60~65 mm之间。水力压裂基本顶沿空留巷技术在柳塔煤矿的成功应用,为其他类似矿井或工作面提供了一定的借鉴意义。

钢管混凝土支柱巷旁支护沿空留巷技术研究

提出一种＂钢管混凝土支柱＋柔性垫层＂的新型沿空留巷巷旁支护结构.通过力学实验研究了钢管混凝土支柱的承载性能,结果表明：管径Φ159mm到Φ194mm、壁厚8～12mm的钢管配合C40等级混凝土组成的钢管混凝土支柱支护阻力可以达到1 200～2 500kN,具有很高的承载力,且结构稳定性好.为了给支柱选型提供依据,建立了＂覆岩顶板-巷旁支护体＂力学作用模型,推导得到了不同顶板位态下钢混支柱的支护阻力计算公式.根据现场工程实践应用,采用＂钢管混凝土支柱＋柔性垫层＂巷旁支护结构能够使基本顶在＂给定变形＂的位态下很好地控制留巷稳定性,且该结构性价比高、施工工艺简单、留巷速度快,在深部高应力环境下的沿空留巷工程中具有很好的应用前景。

半煤岩巷沿空巷道巷旁充填体合理宽度的研究

为提高工作面通风量并减少区段煤柱留设导致的煤炭资源浪费问题,文章以青龙同昌煤矿9105工作面半煤岩巷沿空巷道为工程背景,通过理论分析、数值模拟和现场实测的方法,探究了巷旁支护阻力与巷旁充填体宽度的关系,分析了不同巷旁充填体宽度条件下巷旁充填体的垂直、水平变形特征,最终确定了9105工作面半煤岩巷沿空巷道的合理巷旁充填体宽度。主要得到如下结论:1)随着沿空巷道巷旁充填体宽度的增加,巷旁充填体的支护阻力逐渐减小。2)随着沿空巷道巷旁充填体宽度的增加,巷旁充填体的垂直、水平变形量均逐渐降低,且降低幅度递减。3)最终确定沿空巷道巷旁充填体的合理宽度为1.0 m。研究结果为其他半煤岩巷沿空巷道巷旁充填体宽度的确定提供一定的参考性。

济阳煤矿膏体充填沿空留巷技术

济阳煤矿为了使2709N工作面回采时的材料巷得以保留下来作为2710N工作面开采时的材料巷,采用粉碎的煤矸石、粉煤灰和胶结料按一定比例配制的膏体材料对2709N工作面材料巷一侧的采空区进行充填形成巷旁支护体,巷旁支护体宽度为9 m。留巷后巷道稳定,满足使用要求,不仅减少了巷道掘进量,而且消耗了大量煤矸石并多回收资源6 226.5 t,取得了重大的经济价值。

充填采煤沿空留巷顶板下沉量预测分析

为获得充填采煤沿空留巷顶板下沉量相对比较准确的预测公式,以某矿1316充填采煤工作面沿空留巷为工程背景,基于多元回归分析法,在分析充填采煤沿空留巷覆岩移动特征的基础上,以充实率、采高、巷道跨度、巷旁支护体强度、巷旁支护体宽度、硬岩厚度比系数、采深和工作面长度8个主要影响因素,结合正交实验设计、FLAC^(3D)数值模拟及SPSS软件对沿空巷道顶板下沉量进行了多元非线性回归分析,得到沿空留巷顶板下沉量的非线性预测公式。通过1316工作面实测参数对预测公式进行验证,结果表明多元回归分析生成的预测模型具有较高精确度。