区段煤柱下大断面回采巷道不同成巷方式分析研究

为了探究在区段煤柱下大断面巷道在掘进时受到扰动最小的一种成巷方式,以乌兰色太煤矿掘进52202工作面运输顺槽为研究背景,针对该工作面实际地质资料,通过数值模拟分析了大断面巷道在不同成巷方式条件下的塑性区形态、应力场及位移场分布规律。结果表明,先掘进5.4 m宽正常巷道,后扩帮2 m的成巷方式为最优成巷方式,将其应用于工程实践,为同类型区段煤柱下大断面巷道提供参考依据。

遗留煤柱下沿空掘巷巷道合理位置布设研究

为研究上覆遗留煤柱下沿空掘巷巷道布置的合理位置,以色连二矿12411工作面回风巷道布设为背景,采用理论分析、数值模拟与工程实践等相结合的方法,对其进行了系统地分析。研究表明:当上覆遗留煤柱宽度过大时,其中的弹性区会对下伏煤层的应力分布产生较大影响,垂直应力会以“应力泡”的形式向下方传导,与下伏煤层采空区一侧所产生的支承压力进行叠加,使得下伏煤层保护煤柱塑性区变宽,应力峰值增大。基于此,通过极限平衡理论确定了保护煤柱合理宽度为9.84~12.42 m,利用数值模拟软件还原了工作面开采后的应力分布状态,综合理论分析和数值模拟最终确定将巷道布置在距离煤柱边缘12 m处。根据现场实测反馈,在距离12412工作面运输顺槽12 m处布置巷道,回风巷道两帮最大变形量为272 mm,顶底板最大变形量为119 mm,巷道围岩变形稳定,能够满足实际生产需求,为类似煤层群条件下巷道位置选择提供了有益的借鉴与参考。

采区下山煤柱下伏巷道底鼓力学机理

针对采区下山煤柱下伏巷道底鼓的问题,采用理论分析、数值模拟方法,对煤柱下巷道底板变形规律进行分析,并提出防治方法。研究结果表明:煤柱区集中应力影响下,下部岩层主要以垂直应力分布为主;基于弹性地基梁理论,得到了巷道底板挠曲线微分方程,分析发现,采区下山煤柱下伏巷道底鼓主要由上覆载荷过载所致,同时数值模拟也发现,随着采区两翼开采完毕后,采区下山煤柱上覆岩层形成“T”形空间结构,覆岩载荷通过“T”形空间结构由煤柱传递至下伏巷道围岩,围岩应力增幅达到50%;针对采区下山保护煤柱下巷道底鼓力源,提出了底板爆破预裂防治底鼓的方案,效果显著.

近距离煤层煤柱下开采应力分布特征研究

以内蒙古某矿近距离煤层开采条件为研究背景,采用理论分析与数值模拟的方法,研究了6-1_(上)煤层煤柱内压力分布特征和煤柱底板下应力传递规律。理论分析结果表明,6-1_(上)煤层单侧超前支承压力影响距离34.7 m,煤柱两侧支承压力叠加使得应力集中增大,煤柱内应力集中系数7.3,煤柱影响垂直深度32.7 m,影响水平范围41.2 m,6-1煤层的应力集中系数5.1。数值模拟6-1煤层应力集中系数4.8,确定6-1煤层工作面巷道布置距离煤柱5 m。煤柱承载状态稳定,对6-1煤层工作面开采将产生显著影响。为保证下煤层工作面的安全开采,对上煤层煤柱采取钻孔卸压措施,钻孔布置2排三花眼排距500 mm、孔距800 mm,回风巷超前支承应力峰值由12.2 MPa降低至7.8 MPa,取得了良好效果。研究结果可为近距离煤层矿井安全高效开采提供理论依据。

近直立煤层上覆煤柱下巷道冲击地压防治研究

以近直立特厚煤层终采线保护煤柱下掘进过程中遇到冲击地压问题为工程背景,通过数值模拟、理论分析和现场实践的方法,研究了保护煤柱下方掘进面开采过程中冲击危险程度的变化,提出了相应的防治手段和检验措施,得出如下结论:巷道掘进影响了煤柱区域应力状态,增加终采线煤柱区域应力集中区的范围及冲击危险性;掘进工作面经过煤柱边缘应力集中区时,前方应力峰值较大,围岩冲击危险性较高。根据PDCA管理模式提出了理论分析→实施解危→效果验证→掘进实践→优化调整→效果验证的双循模式管控,通过实施掘进面密集大孔径卸压孔和全方位高压注水软化等系统性防治工程,并采用微震、地音、电磁辐射等技术进行效果验证,实现了掘进工作面安全的通过煤柱影响区域。这为矿井冲击地压防治提供了参考和借鉴。

近距离煤层遗留煤柱下掘进巷道围岩控制技术研究

针对南阳坡煤矿近距离煤层遗留煤柱下24202回风巷在掘进期间围岩控制难的问题,通过FLAC3D数值模拟软件,对其开挖后垂直应力分布、塑性区扩展形态进行了分析,顶板最大破坏深度3.5 m,两帮为1.5 m。根据数值模拟结果及工程实际情况,设计采用高强预应力长短锚杆(索)协同承载支护方案,在观测周期50 d内,24202回风巷两帮最大移近量控制在87 mm,顶底板最大移近量为92 mm,有效防止了巷道冒顶、片帮等灾害,为同类型地质条件下巷道围岩控制提供了思路。

煤柱下方巷道变形失稳规律分析及控制

为解决煤柱下方回采巷道在实际开采中变形严重以及围岩破坏的问题,在对现场条件及支护现状分析的基础上,对当前支护状态下回采巷道的失稳特征进行综合;提出了对回采巷道补强加固支护的方案,并对方案进行详细设计;最后,通过实践生产验证了补强加固卸压方案应用后对围岩的控制效果。

上覆遗留大煤柱下采动影响巷道围岩变形机理及控制技术

针对官地煤矿36401工作面瓦斯治理巷受邻近工作面采动应力和上覆遗留大煤柱高集中应力的影响,造成遗留煤柱下巷道围岩变形严重,通过分析巷道围岩变形机理,提出采用“深孔+浅孔”组合方式定向爆破切顶卸压技术和“三角形”注浆加固补强支护技术。现场试验结果表明,顶底板和两帮最大变形量均下降93%和88%,切顶卸压护巷技术和注浆加固补强支护技术有效。

基于不同倾角的上覆遗留煤柱下巷道合理布置数值模拟分析

晋能控股煤业集团有限公司晋华宫煤矿11^(#)煤层开采后存在遗留煤柱,对下层12~#层的应力环境将会产生影响,其中河北12^(#)煤层307盘区煤层倾角从5°至15°变化不等。基于巷道蝶形破坏原理,采用数值模拟的方法对晋华宫矿不同煤层倾角条件下巷道的合理布置位置展开研究,结果表明:当煤层倾角为0°时,巷道内错20 m以上布置时较为合理;当煤层倾角为5°时,巷道内错27.5 m以上布置时较为合理;当煤层倾角为15°时,巷道内错35 m以上布置时较为合理。显然,当煤层存在倾角时,在巷道合理布置位置的基础上将内错距增加0.5~1.0 m/°可以使巷道处于良好的应力环境内。为晋华宫矿煤柱下巷道布置提供参考依据。

上覆近距离遗留煤柱下巷道综合支护技术研究

为解决近距离条件下上覆遗留煤柱作用下造成下伏巷道掘进变形大、原有支护方案无法有效控制围岩变形的问题,以沙曲二矿5303工作面机轨合一巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟及现场矿压监测等方法,分析了上覆采空区遗留煤柱向底板煤岩体传递载荷规律,研究了采动作用下底板破坏特征,提出了上覆遗留煤柱影响区内巷道综合支护技术。结果表明:遗留煤柱区在煤层底板造成明显的应力集中现象,基于塑性滑移线场理论计算获得底板破坏深度为6.38 m,机轨合一巷处于破坏深度边缘;提出了巷道迎头锚网索支护+滞后巷道顶板桁架锚索补强支护以及单体液压支柱+∏型钢梁加强支护的综合支护方案。数值模拟和现场矿压监测表明:巷道顶底板移近量和两帮变形量分别为210 mm和151 mm,顶部锚杆和锚索受力分别为142.4 kN和245 kN,均在可控范围内,该技术为在构造影响区、高应力区等特殊条件下巷道支护提供了借鉴。

上覆遗留煤柱下工作面采动应力数值模拟及分析

为解决矿井内上覆遗留煤柱下工作面开采期间存在冲击危险的难题,对工作面受上覆遗留煤柱应力与工作面采掘扰动产生的采动应力相叠加的冲击危险影响程度进行了分析;采用数值模拟方法建立数值模型,分别对工作面开采前上覆遗留煤柱影响区域的应力分布特征、工作面开采时临近及过上覆遗留煤柱推进不同距离下应力分布及演化规律进行了分析。研究结果表明:上覆遗留煤柱影响区域为走向上距离上覆遗留煤柱10m范围内、倾向上距离上覆遗留煤柱15m范围内的工作面区域,在上覆遗留煤柱影响区域内工作面应采取有效的冲击地压监测及防治措施。

采空区遗留煤柱下伏煤巷变形破坏机理及控制技术

以高家梁煤矿30102辅运巷采掘地质条件为背景,运用理论分析、数值模拟和现场应用相结合的方法,研究了采空区遗留煤柱下伏煤巷,揭示了其变形破坏机理,并提出相应的控制技术。主要结论:受外部应力环境(上煤层采空区遗留煤柱非均匀传递)以及支护构件选择不合理等影响因素,30102辅运巷两帮非对称变形破坏,而顶板整体下沉明显;建立了近距离煤层下伏煤巷破坏结构模型,分析发现采空区遗留煤柱下伏煤巷非均布受载是导致顶板整体下沉及两帮非对称变形破坏的主要因素,且非均布受载越强,巷道围岩越易发生非对称变形破坏;数值模拟及现场巷道表面位移监测发现,采用非对称支护后巷道表面移近量明显比原支护条件下的表面移近量小,有效地控制住了巷道围岩的非对称变形。

煤柱下综采工作面矿压特征及水力压裂切顶控制

【目的】为分析煤柱下方综采工作面受集中应力影响的强矿压显现特征,以霍洛湾矿31106工作面过上覆集中煤柱为工程背景进行研究。【方法】通过工作面实测支架阻力精细化分析过煤柱期间的矿压特征和支架适应性,开展相似材料模拟实验,揭示工作面过煤柱的强动压机理,并提出过煤柱的水力压裂切顶控制技术。【结果】结果表明:工作面出煤柱期间,支架阻力整体由大到小依次为中部、下部、上部,工作面周期来压步距为10.85 m,平均持续长度为4.27 m,占周期来压时长的40%,平均动载系数达到1.4.出煤柱期间支架载荷超过正常工作阻力(35 MPa)的比例分别为:32.14%、63.83%和87.94%,支架受顶板断裂的动载作用并承受长时间的高静载作用。相似材料模拟表明,出煤柱时上覆岩层形成的“T型结构”失稳发生整体的回转下沉,引起下部工作面老顶同步破断,造成工作面大范围支架阻力的增加,液压支架安全阀开启率达到31.2%,存在压架风险。【结论】据此提出了工作面过煤柱的水力压裂切顶技术,现场试验表明水力切顶后工作面在出煤柱后10 m范围内并没有出现强矿压显现,降低了支架承受的动载荷和高静载,未发生强动载压架现象。

遗留煤柱下回撤通道高低位顶板联合失稳机理及控制技术

针对末采期工作面采出上覆遗留煤柱,近距离回撤通道高低位厚硬顶板易发生联合失稳而导致巷道强变形、设备难以安全回撤等的难题;建立了遗留煤柱高、低位坚硬顶板结构“联合失稳”力学模型;分析了遗留煤柱下开采时支架载荷变化情况,阐述了末采期遗留煤柱下高低位顶板发生联合失稳的风险来源;基于遗留煤柱顶板支承压力峰值分布区域与水力压裂裂缝扩展规律,结合低位基本顶断裂位置对回撤通道矿压显现影响,综合提出了“高位定向孔区域水力压裂+低位直孔局部水力压裂”的围岩结构优化控制技术,并在霍洛湾矿31107工作面进行试验。现场应用表明,提出的围岩优化控制技术可有效控制末采期高应力集中强动载,实现了回撤通道围岩稳定、设备安全回撤的目标。

近距离煤柱下特厚煤层综放开采矿压分析与应用

中煤大同塔山煤矿3-5号煤层30515综放工作面采用综采放顶煤一次采全厚采煤法,开采强度大,煤层结构较为复杂,且首次在上覆近距离采空区煤柱下开采,首次临空隔小煤柱开采,采动破坏影响较为明显,对围岩运动规律、矿压显现、顶板控制等无经验可借鉴。因此,对该工作面特殊条件下矿压显现规律采取理论分析、现场实测等方式,对上覆煤柱集中应力在底板中的分布规律及破坏深度进行理论分析和研究,对塔山煤矿特厚煤层综放工作面开采过程中的围岩活动规律、煤岩层破裂和相关的应力场变化进行监测与分析,对回采过程中超前支承压力分布变化规律进行研究,制定有针对性的顶板控制措施、矿压防治措施,是保证该工作面安全顺利开采的前提条件,对满足塔山煤矿安全生产需要具有重要意义。

上分层煤柱下复采工作面矿压显现机理研究

为了探究复采工作面在上分层煤柱下方推进过程中的矿压显现机理,针对虎峰煤业2#煤层上分层煤柱下综放复采工作面的强矿压显现特征,采用理论分析的方法研究了复采工作面顶煤应力变化规律,采用数值模拟的方法对影响顶煤应力变化规律的多个因素进行研究。结果表明:煤柱集中应力影响作用下使下方煤层内的应力重新分布是工作面出现强矿压显现的根本原因,主要受垂直应力和水平应力的影响;发现复采工作面在较窄煤柱下方推进过程中,工作面上方顶煤应力变化规律可近似认为是工作面在较宽煤柱下方推进时的应力变化规律的一部分;煤柱宽度不影响顶煤应力的整体变化规律,但煤柱宽度越大,顶煤高应力区的范围也越大。煤层埋深越大,顶煤应力曲线峰值越高。煤的力学参数不同时,顶煤应力曲线的峰值大小及高应力区域的大小都会发生变化。

近距离煤层遗留区段煤柱下巷道合理布置研究

汪家寨煤矿7号煤已回采完毕,为确定7号遗留区段煤柱下影响下8号回采巷道的布置位置,通过数值模拟分析了不同内错距离时巷道的应力与位移分布特征,结论如下:(1)8号煤在遗留煤柱正下方垂直应力达到峰值,约为原岩应力的4.4倍,影响范围为距煤柱中心水平13 m;(2)随着巷道内错距离的增加,巷道受上方遗留区段煤柱的影响逐渐减小,当内错距离大于6 m后,巷道位于卸压区,确定了巷道合理的内错距离为6 m;(3)分析了现场实测的巷道围岩变形量,巷道围岩变形量整体较小,均在可控范围内,验证了巷道内错距离选择的合理性。该技术可为类似矿井提供参考。

近直立特厚煤层上覆煤柱下巷道掘进冲击地压防治实践研究

以近直立特厚煤层终采线煤柱下掘进过程中遇到冲击地压问题为工程背景,通过数值模拟、理论分析和现场实践的方法,研究了保护煤柱下方掘进面开采过程中冲击危险程度的变化,提出了相应的防治手段和检验措施。研究发现,巷道掘进影响了终采线煤柱区域应力分布状态,增加了终采线煤柱区域应力集中范围及冲击危险性;掘进工作面经过煤柱边缘应力集中区时,前方应力峰值较大,围岩冲击危险性较高。根据PDCA管理模式提出了理论分析→实施解危→效果验证→掘进实践→优化调整→效果验证的双循模式管控,通过实施迎头密集大孔径卸压孔和全方位高压注水软化等系统性防治工程,并采用微震、地音、电磁辐射等技术进行效果验证,实现了掘进工作面安全通过煤柱影响区域,为矿井冲击地压防治提供了参考和借鉴。

遗留煤柱下方迎工作面回采巷道围岩控制技术研究

为研究遗留煤柱下迎采巷道掘进时机、加强支护范围以及迎采对掘巷道围岩变形大、支护困难的问题,以金达煤业10403工作面回风顺槽为例,通过现场调研、数值模拟等方法,分析了遗留煤柱下迎采对掘巷道围岩应力分布特征,提出了煤柱下巷道采用高强度、高预紧力、大延伸率锚杆结合锚索+单体液压支柱控制巷道顶板岩层和煤柱变形的支护方案。研究表明,9~#煤层遗留煤柱对10~#煤层顶板应力有明显影响,最大应力集中系数为2.17,遗留煤柱下加强支护范围为25 m;掘进巷道在与10402回采工作面相遇前40 m及相遇后150 m范围围岩变形明显,处于10402回采工作面及遗留煤柱影响范围;煤柱下迎采段巷道顶底板位移量为390 mm,两帮移进量为480 mm,满足巷道使用要求。

浅埋近距离煤层煤柱下开采异常矿压机理

针对补连塔煤矿22307工作面过边界煤柱阶段发生的强动压灾害问题,采用现场实测、理论分析等手段,研究了浅埋近距离煤层大采高工作面边界煤柱下开采异常矿压显现发生机理。结果表明:浅埋近距离厚煤层开采时,下煤层工作面推进至进煤柱阶段发生强动压灾害,支架活柱下缩量达到1 000 mm;下煤层工作面推进过程中,两层煤之间的关键层结构也不断的变化,重复采动阶段,两层煤之间存在一组亚关键层结构,进煤柱阶段,两层煤之间存在一组主关键层结构;进煤柱阶段,煤柱上方关键块的铰接结构发生反向回转运动,导致主关键层关键块上覆载荷增加,发生滑落失稳,引发强动压灾害,同时造成地表出现大的台阶下沉现象。