极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制方法研究

极近距离煤层传统长壁开采,受上层遗留煤柱和采空区垮落等因素的影响,下煤层开采过程中应力环境复杂、矿压显现剧烈,易诱发巷道围岩大变形。为解决上述问题,提出了极近距离条件下巷道定向切顶–约束高强支护无煤柱自成巷控制方法。通过顶板定向预裂切顶,主动改变顶板悬臂结构,切断采空区向巷道顶板的应力传递。充分利用矿山压力和岩体碎胀特性,取消煤柱留设,结合高强支护加强巷道顶板整体性,共同实现切顶自成巷。建立了极近距离煤层开采覆岩结构模型,计算了下煤层切顶自成巷巷旁支护阻力。以典型极近距离煤层为工程背景,开展了不同开采方法的数值试验对比研究,结果表明,提出的自成巷控制方法使巷道围岩应力降低59.8%,巷道顶板变形减少70.8%,并明确了极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制机理。在此基础上,开展了典型极近距离煤层工程设计及现场应用研究,结果表明该方法有效降低了矿压显现程度,保证了自成巷的安全稳定控制。

极近距离煤层下伏回采巷道分区支护技术及应用

针对极近距离煤层下伏回采巷道距上覆采空区间距不等的特点,采用统一性的支护方案易造成支护稀疏或支护过度的问题。基于有效锚固层“叠加梁”理论,根据极近距离煤层层间距变化将实验地段风巷划分为“大于6.0m、4.0~6.0m和小于4.0m”三个区域,针对性提出极近距离煤层回采巷道顶板分区域支护方案,通过数值模拟计算论证了方案的可行性,并在任楼煤矿工作面回采巷道进行工业性试验。结果表明:不同区域采用针对性支护后围岩均较稳定,巷道围岩变形得到了合理的控制,巷道总体变形量较小,分区域式支护技术有效控制下伏巷道围岩变形,保证了矿井安全生产,降低了企业成本。

极近距离煤层留设窄小煤柱数值分析

本文对极近距离煤层条件下工作面巷道煤柱留设距离进行研究,通过FLAC3D数值模拟软件对巷道煤柱留设宽度分别为3m、5m、7m、9m、11m、13m时巷道的垂直应力分布、围岩变形情况进行分析。模拟结果表明,当煤柱留设宽度为3m时,围岩所受垂直应力最小,处于应力降低区,且围岩位移较小,综合分析后,最终确定煤柱合理留设宽度为3m。合理确定煤柱留设宽度,可以提高经济效益、实现安全开采。

极近距离煤层采空区下沿空留巷技术研究

为了解决极近距离煤层采空区下多次回采影响的沿空留巷围岩严重变形难题,以山东新查庄矿业有限责任公司(以下简称“新查庄煤矿”)91006综采工作面为工程背景,研究分析了采空区下沿空留巷覆岩顶板结构特征及运动规律,通过建立顶板位态力学结构模型,确定了采空区下沿空留巷巷旁支护阻力计算方法,计算出巷旁支护阻力为3432 kN,提出了“水力压裂超前断顶+巷旁钢管混凝土墩柱高强支护”为主体的巷旁复合支护体系。利用超前断顶卸压技术将巷旁顶板由传递岩梁结构向短悬臂梁结构转变,大大降低巷旁支护阻力,与钢管混凝土墩柱的高强巷旁支护相结合,特别适用于采空区下的沿空留巷工程。通过在新查庄煤矿91006综采工作面试验应用表明,留巷取得了较好的效果,巷道表面整体变形量较小,满足工作面回采期间的要求。

极近距离煤层三面临空下分层煤柱留设方法研究

针对极近距离煤层三面临空下分层煤柱留设问题,以众维煤矿下分层12052工作面作为研究对象,采用理论分析、现场试验、数值模拟相结合的手段;重点分析了极近距离分叉分层开采难点、煤柱留设原则及影响因素,校核了不同高宽比煤柱强度,研究了不同宽度煤柱应力、塑性区演化规律。结果表明:校核之后煤柱极限强度分别为9.91、11.44、12.95、14.52、16.21 MPa;随着煤柱宽度的增加,应力峰值逐渐降低;煤柱宽度大于12 m时,应力曲线呈现“马鞍形”,当煤柱留设16m时,弹性核区宽度不小于煤柱宽度的2倍,围岩变形小,巷道完整性较好。研究成果为相似地质条件下的煤柱宽度留设提供理论参考。

极近距离煤层下伏回采巷道围岩控制技术研究

针对极近距离煤层下伏巷道支护难度大的问题,采用数值模拟、理论分析、现场实践相结合的研究方法,开展极近距离煤层开采底板下伏巷道围岩稳定性控制技术研究,得出:极近距离煤层开采底板下,将下伏回采巷道相对上覆残留煤柱中线错开12~16 m距离布置,有利于下伏回采巷道支护稳定,并在此基础上提出锚杆+金属网+金属棚架的联合支护方案,应用效果良好,为类似条件下的巷道支护提供了有意义的参考。

极近距离煤层群下煤层开采巷道支护技术研究

极近距离煤层群开采导致下煤层顶板破坏严重,支护难度增大。为了研究下煤层巷道顶板支护最佳方案,以甘庄煤矿11和14号煤层开采为背景,通过岩石力学实验、现场窥视和理论计算得到了巷道的理论支护方案,采用数值模拟的方法对理论支护参数进行模拟分析,并在现场展开监测。研究表明,14号煤层理论计算支护参数为锚杆φ18 mm×2 000 mm的螺纹钢,间排距1 200 mm×1 100 mm;锚索φ15.24 mm×4 000 mm的钢绞线,间排距为2 400mm×1 100 mm,根据巷道垂直应力和垂直位移云图得到最优支护方案,并进行现场监测验证。该研究为后续巷道的支护提供了理论依据,并为类似地质条件提供了一种解决方案。

极近距离煤层群下行开采采空区瓦斯治理技术

针对极近距离煤层群下行开采中采空区瓦斯治理难题,提出了1套创新性的技术方案。分析了极近距离煤层群瓦斯涌出的规律,并基于钻孔施工、采空区瓦斯抽采施工、采空区密封工程3个方面提出了1种适用于极近距离煤层群下行开采的采空区瓦斯治理技术,旨在提高极近距离煤层群下行开采的安全性,减少瓦斯事故的发生,为中国煤炭行业的高质量发展提供技术支持。

极近距离煤层下位巷道快速掘进及支护技术研究

为了解决极近距离煤层下位巷道稳定性的问题,通过巷道围岩和松动圈监测确定了巷道矿压规律,确定了顶板和两帮的最大变形量和松动圈范围;通过减少顶板锚杆支护数量、增加帮部锚杆支护数量的优化支护方案,提高了围岩的稳定性。工程应用结果表明,该方案能有效降低顶板和两帮的变形量,实现掘支平衡。

极近距离煤层采空区下综采面覆岩应力分布及支架选型

针对极近距离煤层下部采场应力环境复杂、支架选型困难的问题,通过采取数值分析、理论研究以及现场实践的方法,明晰了极近距离煤层采空区下综采工作面覆岩结构特征,探究了工作面不同支护强度下应力分布规律,提出了支架选型方法。结果表明,采空区下综采工作面支架应承担直接顶及上煤层垮落带岩石载荷,同时阻力不应过大加剧顶板破坏;随着工作面支护强度的增加,煤岩体的自承载作用增强至一定水平后不变,0.70 MPa为工作面的合理支护强度。选取ZZ5200型支撑掩护式液压支架,在东曲煤矿29204工作面进行工程实践,生产期间支架平均工作阻力为额定的81.06%,应用效果良好。

极近距离煤层群不同层间距下回采巷道支护技术研究

针对高家庄煤矿极近距离煤层群采空区下方4201工作面轨道巷掘进过程中,由于层间距不断变化,导致局部顶板破坏严重、裂隙发育等问题,采用理论计算和现场实测方法研究底板最大破坏深度和层间距变化规律,将顶板层间距大小划分小于2.8 m、2.8~3.8 m和大于3.8 m三个支护分区,分别制定了工字钢架棚+锚杆支护、短锚索网支护和长短锚索网支护3种支护方案。现场应用结果表明,4201轨道巷掘进期间顶板完整性提高,围岩变形量小于100 mm,满足使用要求。

煤矿极近距离薄煤层沿空留巷围岩研究

国家统计局公报显示,2023年国内能源消费量为57.2亿t标准煤,较去年同期增长约5.7%。据统计,煤炭用量增长约5.6%,天然气用量增长约7.2%,原油用量增长约9.1%,电力用量增长约6.7%,煤炭用量占比55.3%。不难看出,未来一段时间内,煤炭仍然占据主导地位。为保证煤炭开采量,有学者提出开采极近距离薄煤层,采用沿空留巷技术。本文以该技术为基础,围绕围岩破坏规律和支护方案展开讨论。

极近距离煤层叠加煤柱合理布留研究

沙曲二号矿井现有工作面煤柱布留方法严重制约着矿井安全高效回采,以沙曲二号矿井4#、5#煤为研究对象,采用理论分析和计算得出煤柱合理宽度;采用UDEC数值模拟,对极近距离煤层不同叠加煤柱结构关联巷道进行模拟确定5302轨道巷布置方式;采用工程试验对不同试验段进行现场矿压观测。研究结果表明:5302轨道巷前段合理煤柱宽度61.4 m,5302轨道巷后段合理煤柱宽度12.8 m;5302轨道巷前段采用小错距内错式布置方式,内错4302轨道巷5 m,5302轨道巷后段布置在距巷旁充填体12 m位置,条带煤柱对巷道围岩垂直应力影响较大,巷道顶板和两帮是围岩控制重点;5302工作面回采巷道顶底板移近量最大286 mm,两帮移近量最大95 mm,巷道支承压力在巷道掘出后逐渐趋于稳定,巷道围岩塑性区范围不大,巷道围岩控制效果较好。

极近距离煤层组重复采动顶底板破坏特征微震监测研究

为研究极近距离煤层组重复采动过程中顶底板岩层破坏特征,以平煤十矿己17-33200工作面(下分层)回采作为工程背景,采用微震监测、理论计算等方法,分析其上三带发育特征、周期性运动、底板破坏深度等规律。研究结果表明:下分层重复采动覆岩活动呈现出裂隙带向上叠加发育、中及大能量事件减少、来压周期变长、底板破坏深度减小等特点。裂隙带破断向上增大幅度为40%;通过微震事件总频次和近煤层顶板事件频次“双增长”20%~70%判定,己17煤周期来压步距为25.4 m,周期为5~8 d;与单层回采中大能量事件聚集在近煤层不同,下分层回采呈现空间分布散乱,且中、大能量事件占比下降约28.2%~38.4%,说明极近距离上分层回采对于下分层具有卸压降能的作用;己17回采底板破坏带约20 m,比己15减小,但底板事件向工作面两巷外部延展范围约150 m,较单层回采增大50%,需加强工作面两巷附近及外围底板隐伏裂隙防治水工作。

极近距离煤层覆岩活动规律及支架阻力研究

针对某矿极近距离煤层合层综采支架选型问题,利用相似模拟和理论分析,得出倾斜长壁综放面覆岩运动规律及确定支架工作阻力下限值的方法。研究表明:采场上覆岩层下沉速率呈现先增加再减小最后趋向于0的趋势,且越在上部的岩层其下沉速率越慢;倾斜长壁综放面支架工作阻力随矸石刚度、岩层破断角、岩石碎胀系数和煤层倾角的增大而减小。研究为极近距离煤层合层开采时确定倾斜长壁综放工作面支架阻力提供了借鉴。

贺西矿近距离煤层采空区下巷道布置与围岩控制技术研究

为提升极近距离煤层巷道的稳定性,改善巷道的支护效果,解决极近距离单一煤层开采采场及巷道锚网支护围岩稳定性问题,本文针对贺西矿3316工作面运输顺槽为工程背景,采用FLAC 3D数值模拟软件,探究煤层开挖巷道应力重分布以及塑性区发育状况,并优化巷道支护参数,对地质条件相类似的工作面巷道布置具有参考借鉴意义。

极近距离下位煤层巷道布置形式及合理错距研究

极近距离下位煤层开采时顶板受上位煤层开采影响破坏严重,造成巷道支护困难。以西铭矿8#和9#煤层为研究对象,采用数值模拟的方法,分析8#煤层开采后应力分布特征,确定9#煤层巷道的布置方式;对比研究9#煤层巷道不同错距布置下围岩变形和应力分布规律,得到巷道合理内错距离。研究结果表明:8#煤层开采完毕后上覆岩层形成“砌体梁”承载结构,离层区和部分重新压实区处于低垂直应力区,9#煤层巷道选择内错式布置;随着内错距离的增加巷道围岩应力不对称性削弱,围岩变形量呈现先增大后减小的趋势,并以内错6 m为分界点,9#煤层巷道合理内错距离为6 m.

登茂通矿极近距离煤层下行开采可行性研究

为研究登茂通矿极近距离煤层下行开采的可行性,文章以2204工作面为背景,采用现场实测、理论分析和数值模拟相结合的方法研究了2号煤和3号煤下行开采的可行性。钻孔实测表明:2204工作面与下部3号煤层的层间距平均值为2.20 m,其结果大于理论计算下行开采工作面顶板不被拉断的最小层间距1.87 m,以及数值模拟下行开采可行层间距1.5 m,因此综合判定登茂通矿极近距离煤层下行开采具有可行性。

极近距离煤层开采下的巷道支护技术分析

随着煤矿安全要求不断提高,行业对施工工艺和生产效率提出了更高的要求。极近距离煤层资源在我矿区存量大,且分布广,很多煤矿生产过程中都会遭遇极近距离煤层顶板破碎、支护困难的问题。为解决此问题,依据层间岩层厚度对巷道顶板进行类型划分,并通过顶板划分确定相应的支护方式,合理、稳定的支护方式可确保煤矿生产的顺利进行,并且在一定程度上降低工作人员的工作量及支护成本。

极近距离煤层重复采动影响下卸压瓦斯综合治理技术研究

针对极近距离煤层重复采动条件下工作面瓦斯涌出量大、回风隅角瓦斯易超限等问题,以彬长矿区大佛寺煤矿为工程背景,提出了“分区段”卸压瓦斯综合治理方法,并在40201综放工作面开展了工程实践。结果表明:40201综放工作面瓦斯涌出量大、回风隅角瓦斯易超限是由4号煤层顶板与4上号煤层采空区底板隔厚h不均、瓦斯抽采措施不合理等因素耦合造成的。应采取与h相对应的卸压瓦斯治理措施:h<8 m时,采取“上隅角迈步式埋管+风排瓦斯”的方式;8≤h<15 m时,采取“高位卸压钻孔+上隅角迈步式埋管+风排瓦斯”的方式;h≥15 m时,采取“高位定向钻孔+上隅角迈步式埋管+风排瓦斯”的方式。通过合理选择并实施卸压瓦斯抽采措施,有效降低了工作面瓦斯涌出量,回风隅角瓦斯未超限,确保了工作面的安全回采。