神东矿区近距离煤层出一侧采空煤柱压架机制

针对神东矿区石圪台煤矿1-2煤一盘区多个工作面在推出上覆1-2上煤一侧采空煤柱过程中发生的压架事故,采用现场实测、理论分析和模拟试验,对压架发生的机制及其防治对策进行研究。结果表明:下煤层切眼布置于上覆煤柱区下方,造成工作面回采期间经历由煤柱区进入采空区下的开采过程,即为出一侧采空煤柱的开采。在此过程中出现的压架存在2种类型,当切眼距煤柱边界较远而大于煤柱上方关键层的初次破断距时,则出煤柱时该关键层将处于周期破断状态,并与煤柱边界采空区一侧已断块体形成非稳定的三铰式结构,该结构的相对回转运动传递的过大载荷是压架发生的根本原因。当切眼距煤柱边界较近而介于煤柱上方关键层的初次破断距和周期破断距之间时,则出煤柱时该关键层将呈现悬臂式破断,由于其破断跨度较大,将造成支架载荷的过大而压架;同时,若此破断跨度超过该关键层1.7～1.9倍的周期破断距时,其压架强度将明显增高。模拟试验和工程实践表明,缩小下煤层切眼距煤柱边界的距离使得煤柱上方关键层不发生破断,可有效防治出一侧采空煤柱开采的压架。

浅埋近距离一侧采空煤柱下切眼位置对推出煤柱压架灾害的影响规律

针对浅埋近距离煤层工作面在推出上覆一侧采空煤柱过程中普遍出现的压架现象,以神东矿区石圪台煤矿1-2煤一盘区4个工作面的开采实例为背景,就一侧采空煤柱下切眼位置对压架发生的影响规律进行研究,由此提出避免出一侧采空煤柱压架的切眼位置确定方法。结果表明:随着一侧采空煤柱下切眼位置逐渐远离煤柱边界,煤柱上方关键层在工作面推出煤柱时的破断形态将随之改变,即由无法破断转变为大跨度悬臂式破断再转变为先初次破断后周期破断,最终影响到压架的发生及其强度。若在近距离煤层间存在关键层时,则煤柱上方关键层的破断形态还将受到该关键层破断与否及其破断形态的影响。由此针对煤层间是否存在关键层,按照切眼布置位置的不同将工作面出一侧采空煤柱的开采划分为2类7种。据此提出保证煤柱上方关键层不发生破断或其破断块体的回转对支架不产生影响的切眼位置确定方法,为压架灾害的防治提供参考和依据。

深井采空区宽条带煤柱受力状态研究

为研究深井采空区宽条带煤柱受力状态，对唐口矿千米深矿井宽条带开采采空区煤柱受力状态进行了实际观测和分析。结果表明：距煤柱边缘6～8m区域为压力峰值区，距边缘10m区域承栽附加应力较小；在锚网带支护系统作用下，煤壁边缘并不完全坍塌垮落；越靠近煤柱内部，其实际支撑能力越欠，在距边缘1m区域的煤柱实际强度约为10．2MPa；深井覆岩外应力拱所需承载的覆岩重量要比浅井大得多，煤柱外应力场峰值和影响范围都明显大于浅井。

采空区煤柱下沿空留巷围岩破坏特征和控制技术研究

中兴煤矿1204下工作面开采2#下煤层,与2#煤层间距3m左右,巷道顶板薄、破碎,基于中兴煤矿1204下工作面材料巷沿空留巷工程实践,结合UDEC数值模拟对采空区煤柱下沿空留巷围岩破坏特征进行了研究,并提出用短锚索对巷道进行支护,取得了良好的效果。

极近距离煤层采空区下过煤柱回采巷道破坏特征及控制对策研究

针对新旺煤矿极近距离煤层采空区下3101工作面运输平巷过煤柱时围岩变形量大、变形时间长以及支护系统损毁等矿压显现特点,分析了极近距离煤层采空区下运输平巷过煤柱时的变形破坏特征,并揭示其破坏机制。采用FLAC3D数值模拟软件研究了遗留煤柱对下部煤层顶板应力分布的影响;运输平巷过煤柱时围岩塑性区的变化规律,并提出锚网+锚注联合支护手段,分析了锚杆间排距、锚注深度对联合支护效果的影响,并进行现场应用。研究结果表明:采用联合支护后巷道围岩总体变形量较小,围岩变形量较原支护方案减小了75%,支护系统亦无开裂损毁现象发生,实现了对极近距离煤层运输平巷围岩变形的有效控制。

极近距离煤层采空区煤柱下回采巷道支护技术

针对极近距离煤层采空区遗留煤柱造成巷道大变形的问题,运用理论计算和力学分析研究新旺煤矿3101工作面回采巷道顶板破坏特征与破坏机理。提出采用锚网索+锚注+释压联合支护的方案,解析该方案的作用机理:锚网索支护与锚注支护解决顶板变形量大的问题,释压材料缓解巷道大变形造成的影响。采用FLAC3D数值模拟分析在原始支护方案与新的联合支护方案下巷道顶板垂直位移量和围岩塑性区分布的变化规律:采用锚网索+锚注+释压联合支护方案时,巷道顶板垂直位移量由569 mm减小为143 mm,缩减了近75%,塑性区分布也缩小了50%。结合工程实践,证明所提联合支护方案可有效解决新旺煤矿采空区下巷道大变形问题,可为解决极近距离煤层巷道围岩的稳定性问题提供理论依据。

采空区煤柱下巷道加固技术

该文同煤集团四台矿在高应力集中采空煤柱下运用马丽散加固巷道,提高巷道支护质量,精采、细采受12#层上覆煤层小窑破坏的下部资源,提高了煤炭资源的回收率,延长了巷道和工作面的服务时间,缓解了衔接紧张的局面。总结了高应力集中采空煤柱下运用,马丽散加固巷道技术的经验,为类似工作面的巷道加固支护提供借鉴。

大采高综采面过上覆一侧采空煤柱矿压规律研究

针对大采高综采工作面过上覆一侧采空煤柱的过程中出现动载矿压现象,通过现场实测与理论分析研究,得出了52304工作面不同区域的矿压显现规律。52304工作面实地观测结果显示:来压期间回风顺槽超前支护段副帮侧出现明显片帮现象,运输顺槽超前支护段巷帮无明显片帮与冒顶,为该采区其他工作面的安全开采提供依据。

较薄煤层综采工作面过上覆采空区煤柱技术研究

针对神东矿区较薄煤层工作面过上覆近距离煤柱时曾出现过多次压架事故等问题,以神东煤炭集团榆家梁煤矿43302综采工作面为例,分析了较薄煤层综采工作面过上覆采空区切眼煤柱时出现的矿压显现现象,并提出了一套行之有效的防治措施,研究结果表明:在即将通过煤柱前后5m范围内是矿压显现最剧烈的范围;合理的工作面设计能够有效缓解煤柱失稳产生动载矿压对工作面压力的影响;通过借鉴该盘区相邻已采工作面的矿压显现情况,采取调整采高、调斜工作面、深孔预裂爆破、微震观测等一系列措施,使动载矿压对该工作面的影响降低至最小,有效保障了43302综采工作面的安全顺利回采。

采空区及煤柱下回采巷道围岩控制技术

为有效控制采空区及煤柱下方的回采巷道失稳破坏,采用现场监测和数值模拟的方法,对采空区底板岩层应力分布规律及巷道失稳破坏原因进行分析,同时根据分区支护的思想对不同区域巷道断面支护参数进行优化。研究表明:煤柱在底板岩层中传递的垂直集中应力是下部煤层回采巷道发生失稳破坏的主导因素。受遗留煤柱传递荷载影响,下部9#煤层应力呈现单峰值的'钟形'分布,根据其应力分布规律,对交叉区域巷道进行分区优化支护,提出不同区域的支护方案。工程实践表明,支护参数优化后,巷道得到了有效地控制。

巷道掘进期间过上覆小窑采空煤柱的探讨

以大同煤矿集团公司四台矿12号408盘区8810工作面为例,介绍了如何在小窑采空、煤柱资料不详情况下,利用现有技术条件分析判断,变被动支护为主动支护,从而顺利通过上覆采空、煤柱区段的过程。

采空区煤柱下回采巷道合理布置位置模拟分析

针对寺河矿二号井15#煤层上部采空区遗留煤柱下回采工作面巷道布置,在地质力学原位测试的基础上,采用有限差分数值计算软件FLAC3D软件,分析了3种不同布置方式下巷道开挖后应力场分布及围岩变形特征。分析结果表明,回采巷道与上部煤层遗留煤柱内错布置时,受上部煤层采动影响较小,现场监测结果表明,内错60 m布置时,巷道变形量得到有效控制,有利于保持煤柱围岩的稳定性。

9101回风联巷过上覆采空区煤柱支护及安全措施分析

山西煤炭运销集团锦瑞煤业有限公司9101工作面回风联巷掘进期间会穿越上覆8号煤层采空区煤柱,受上覆煤柱影响,巷道掘进期间围岩变形量较大,可能造成冒顶、片帮、底鼓事故,同时8号煤采空区老空积水沿着裂隙涌向掘进空间,会导致安全事故。根据巷道掘进现场条件提出围岩加固支护技术措施,并针对冒顶、片帮、透水等问题给出安全技术措施。现场应用后,9101工作面回风联巷过上覆采空区煤柱应力集中区时围岩变形量始终在安全范围内,同时掘进过应力集中影响区期间未有片帮、冒顶以及透水等征兆,实现了巷道安全掘进。

大同矿区双系煤层开采煤柱影响下的强矿压显现机理

针对大同矿区石炭系煤层8105工作面过上覆侏罗系煤层采空区留设煤柱时的强矿压显现特征，采用理论与现场实测分析相结合的方法，对侏罗系煤层采空区煤柱的应力影响规律与石炭系煤层顶板的垮裂带范围进行了分析，得到了双系煤层开采煤柱影响条件下工作面强矿压显现的“煤柱一覆岩运动”联合作用机理。研究表明：侏罗系煤层采空区留设煤柱的水平与垂直应力较高，达10．5～13．5MPa，应力集中区深度为40～70m，剪应力波及范围达180131；8105工作面顶板的垮裂带高度为150～170m；工作面过煤柱时的强矿压显现是由采空区煤柱与煤层顶板垮裂运动联合作用的结果。

综采工作面过断层及煤柱下安全开采技术实践

同煤集团朔州朔煤小峪煤矿5#煤层402盘区8206工作面同时过F5断层和上覆2#煤层采空区,面临煤柱压力和安全回采问题。经过对8206工作面上覆2#煤层采空区煤柱对该工作面应力的分布情况分析,根据应力分布特征制定了相应回采措施。研究结果表明:受上覆2#煤层采空区煤柱集中应力的影响,8206工作面在进出煤柱时均处于应力升高区,顶板压力大,加上断层带顶板破碎,使维护更加困难。通过实行有效的安全回采措施,在8206工作面同时过F5断层及上覆采空区煤柱压力大的情况下实现了安全回采。

综采工作面过上覆煤柱技术研究

近距离上层煤开采过后留有许多残余煤柱,这些煤柱往往导致下层煤开采过程中出现强烈的矿压显现情况。针对综采工作面过上覆采空区煤柱矿压显现剧烈的问题,以山西上榆泉煤矿工作面地质条件为基础,对相邻43303工作面回采过程中的矿压显现情况进行了总结分析,确定上层煤煤柱与本层煤顶板形成的次生顶板结构是造成工作面来压强度增大的主要原因,并从43302工作面过上覆煤柱前、中、后三个阶段,制定了改变采高、调斜、顶板预裂以及加快工作面推进速度等技术措施。根据现场实践效果,采用该措施能够减弱工作面矿压显现强度,改善工作面片帮、冒顶等情况,实现对工作面降压的目的,具有良好的应用效果。

叠加采动应力影响下工作面矿压控制技术

为解决3912大采高综采面叠加采动应力影响下矿压显现强烈导致严重制约安全生产的难题,在总结过3810始采线区域工作面矿压显现规律的基础上,对注浆加固技术进行了理论分析,结合现场生产条件,提出采用“双层长距离注水泥浆超前加固工作面煤壁、锚网索注耦合支护超前加固巷道围岩”。实践表明:采取超前注浆加固控制3912工作面叠加应力效果较好,保证工作面安全高效通过3810采空区停采线边界煤柱影响区域,在进、出3810采空区边界煤柱影响区域,工作面推进度由40 m/月提升为120 m/月。

浅埋工作面过煤柱群强矿压防治技术研究

针对我国西部地区浅埋工作面过上覆采空区遗留煤柱群时极易造成工作面强矿压、支架稳定性差、动载现象明显等难题,以上湾煤矿22104工作面回采过上覆1^(-2)号煤层旺采区集中煤柱为研究背景,采用理论分析和数值模拟研究采空区遗留煤柱失稳时载荷传递机制与下伏煤层工作面坚硬顶板悬顶长度的时空关系,通过采用层间弱化技术调控坚硬顶板悬顶长度以实现工作面过煤柱群强矿压控制。研究结果表明,通过水力压裂减小层间坚硬顶板悬顶长度可以弱化煤柱载荷失稳向下伏工作面的冲击性传递,采用数值模拟研究层间坚硬顶板弱化及未弱化条件下悬顶长度差异性对工作面应力传递规律的影响,得出层间坚硬岩层弱化后悬顶长度减小可以明显缓解工作面围岩应力环境,结合22104工作面的弱化效果验证了防治技术的可行性,为浅埋工作面过煤柱群强矿压防治技术研究提供了理论基础。

倾斜厚煤层综放工作面煤柱-关键层结构失稳型矿震机理

采空区遗留煤柱支撑顶板导致厚硬关键层悬顶面积大幅增大,形成的“煤柱-关键层”结构失稳是诱发矿震和冲击地压灾害的主要原因。以新疆硫磺沟煤矿(4-5)06矿震频发工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、微震监测和现场调研等方法,研究了“采空区遗留煤柱-关键层”组成的覆岩空间结构特征,分析了采空区遗留煤柱应力演化规律和关键层力学结构特性,建立了非对称覆岩空间结构下采空区遗留煤柱应力分布估算模型和倾斜关键层极限跨度计算力学模型,揭示了倾斜厚煤层综放工作面“煤柱-关键层”结构失稳型矿震发生机理:采空区遗留煤柱支撑顶板形成“煤柱-关键层”结构,随着工作面开采范围增大,煤柱应力集中程度不断增加,当煤柱集中应力超过其极限承载能力发生失稳时,悬露关键层长度超过其极限跨度,发生破断失稳并诱发矿震和冲击地压灾害。据此建立了包含遗留煤柱整体失稳冲击倾向性指数和关键层极限跨距的“煤柱-关键层”结构失稳型矿震发生判别准则,并采用数值模拟和微震监测进行了验证。按照“有震无灾”的防治原则,提出了“煤柱-关键层”结构下工作面“减震-防冲”的技术措施,分析了工作面推采速度与大能量微震事件的关系,确立了降低工作面矿震能量和频次的合理推采速度为不超过3 m/d,保障了工作面的安全回采。

厚煤层下分层综放开采开切眼合理位置确定及初压分析

某矿井12煤层202综放工作面采用分层开采,下分层开切眼布置在上分层煤柱中。经计算开切眼的外错距约等于基本顶周期来压步距,下分层开采煤柱过程中,可能发生大面积的周期来压应力集中现象,影响工作面安全开采。为减小影响工作面安全开采,实际工程中尽量使切眼外错距小于老顶的周期来压步距,以防止下分层工作面开采上分层煤柱过程中老顶发生周期性断裂,压死支架。现场实测表明,下分层煤层开切眼外错距越小,出煤柱开采的安全系数越高;下分层开切眼位置是影响工作面出一侧采空区煤柱安全开采的重要因素。