近距离煤层采掘关系对下位巷道围岩变形规律影响研究

近距离煤层上煤层工作面与下位煤层巷道采掘关系发生变化时,巷道围岩变形失稳机理会更加复杂,而目前针对上煤层工作面与下位煤层巷道推进方向不同时巷道受载动态演化规律及失稳特征的研究较少。以陕北能东煤矿近距离煤层为研究对象,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的方法,对上煤层工作面回采后下位煤层巷道的稳定性进行了研究。理论分析得出,上煤层工作面开采后所产生的底板裂隙深度为22.5 m,未发育至下位煤层巷道。按采掘空间位置关系将回采工作面与巷道分为相向、相交、背向3个状态,数值模拟当巷道与工作面的空间位置关系发生变化时下位煤层巷道围岩的变形情况,结果表明:①上煤层工作面与下位煤层巷道的采掘关系为相交与背向推进时,巷道围岩应力呈先增后减再增的趋势,在推进距离为90 m时,最大应力为6.5 MPa,应力集中系数为1.49,在推进距离为100~110 m时,巷道围岩应力降低幅度最大,降低了53.2%,在推进距离为150 m时应力最小,为0.95 MPa,之后不断增大,直到恢复至原岩应力。②巷道围岩位移量在推进距离为100~150 m时增长幅度较大,在150 m时顶板位移量达到最大,为0.036 m,随着巷道越接近边界煤柱,其巷道位移量越小。现场实测结果表明:上煤层工作面过下位煤层巷道时,巷道位移量显著增长,顶板最大位移量为3.41 cm,与数值模拟结果一致;相交推进过程中若地质条件简单可以适当加快推进速度,减小上煤层工作面开采对下位煤层巷道的影响。

水力割缝对不同厚度“三软”煤层巷道围岩扰动影响研究

赵家寨煤矿开采煤层在水力割缝过程中受到较大扰动,围岩强度降低,导致煤厚较大且分布不均的“三软”煤层巷道更加难以控制。基于14205工作面岩石力学参数,理论分析确定水力割缝合理参数,借助COMSOL Multiphysics构建不同煤厚条件下水力割缝模型,数值模拟得到了水力割缝对煤层应力、位移影响规律。结果表明:顶煤厚度对于受水力割缝扰动后巷道顶板稳定性有着重要影响,应力特征的主要影响因素为割缝的形态、位置,煤层越厚其变形量越小,水力割缝对煤体的损伤范围主要与割缝位置相关,巷道受扰动范围为两帮各5 m,托顶煤为2 m厚时,顶部煤体受破坏程度最大,巷道稳定性最差,当托顶煤厚度超过4 m时巷道稳定性得到良好改善,在煤体损伤范围内巷道顶部变形量最大,需要加强支护力度。研究结果为不同厚度“三软”煤层水力割缝扰动下巷道围岩稳定性分析提供基础。

近距离煤层采空区边界煤柱影响下巷道围岩支护技术研究

为研究上位煤层采空后遗留边界煤柱对下位煤层巷道布置影响。本文采用数值模拟、理论分析和现场观测等方法对下位煤层巷道围岩应力分布、支护方案进行研究。研究结果表明:下位煤层巷道掘进后,在上位煤柱垂直集中应力作用下,两帮围岩出现明显应力集中区,峰值应力约为2.4倍原岩应力,围岩变形量较大;锚网索联合支护方案适用于受煤柱影响下的下位煤层巷道围岩,围岩整体变形明显减小,支护效果良好。研究结果对近距离煤层开采支护设计具有较好的指导意义。

近距离煤层群动压影响下巷道稳定控制技术研究

针对冯家塔煤矿1-3采区上覆3205工作面回采期间下覆3403工作面面临掘进的现状,利用数值模拟的方法,分析了上覆工作面的采动应力和下覆工作面的掘进应力叠加影响规律,确定了其影响范围为水平层位相遇前70 m至相遇后20 m,在此基础上分区域设计了相应的锚网索支护参数,最后通过实测巷道离层和变形数据表明巷道顶板离层、下沉和两帮移近位移变化均控制在10 mm以内,变形得到了有效的控制,验证了支护参数设计比较合理,保证了矿井的安全高效生产。

极近距离煤层群重复采动围岩力学特征研究与应用

采用相似材料模拟、数值模拟和现场应用的综合方法对极近距离煤层群重复采动极易引发动力灾害问题进行了研究。结果表明:煤层群重复采动过程中下伏工作面推进至85m时顶板与上伏工作面采空区出现贯通,导致下工作面周期来压呈不规律现象;下伏工作面前垮落角随着工作面的推进整体呈下降的趋势,后垮落角呈上升的趋势,且都在工作面推进至85m左右时角度发生明显变化;与初次采动相比,重复采动过程中应力集中程度相对缓和,卸压区域影响范围较大,当工作面推进至初次采动工作面煤柱影响区附近时,容易引发应力急剧增长及强动压现象。提出了'时间-空间-强度'相统一的极近距离煤层群重复采动条件下工作面强动压现象防范措施,保障了工作面的安全生产。

近距离煤层群煤柱下开采动压巷道围岩变形规律及控制

煤柱下动压巷道围岩变形及控制是近距离煤层开采面临的主要技术难题。近距离煤层开采中,上煤层遗留煤柱在底板中产生的应力集中会直接影响到下部煤层巷道的围岩的完整性。此外邻近工作面回采时产生的侧向支承压力,将进一步破坏集中煤柱下巷道围岩稳定性,造成巷道帮鼓、底鼓甚至顶板下沉。本研究综合运用理论分析了上覆煤柱影响范围和侧向支承压力影响下巷道的合理布置位置,模拟了不同护巷煤柱宽度条件下,巷道应力分布规律和工作面前后各20 m范围内应力分布规律。结果表明:22314回风巷与上方煤柱错距大于13.3 m时,可避开上覆煤柱的影响,但巷道仍处于侧向支承压力影响范围内;随着护巷煤柱宽度增大,巷道的顶底板产生了垂直应力减小的区域,两帮也均产生了垂直应力升高的区域。工作面前方20 m范围内回风巷道垂直应力和剪应力沿巷道两侧呈非对称分布;后方20 m范围内巷道两侧垂直应力和剪应力基本呈对称分布,且剪应力对巷道顶板影响大于巷帮。基于以上分析,现场通过优化巷道设计、补强巷道支护、在巷道超前区域副帮施工大直径卸压钻孔以及回风巷三角区悬顶控制等,使回风巷围岩变形得到有效控制。研究结果对近距离煤层中下层煤不同位置受上煤层煤柱集中应力与动压影响巷道的围岩压力、破坏特征及稳定性控制具有一定的理论和应用意义,可为类似回采条件提供借鉴。

山西塔山煤矿近距离软岩煤层巷道掘进技术方案

为确保近距离软岩煤层过巷掘进施工安全,山西塔山煤矿三盘区5307巷在近距离软岩煤层过巷掘进施工时,采取分层留底掘进施工工艺,对上标高巷道过巷处底板采取人工起底、铺设密集工字钢梁、浇筑以及悬吊锚索横梁等措施进行加固,对下标高巷道过巷段顶板近距离煤层采取架设U29型工字钢棚进行维护。研究表明:分层留底法掘进施工工艺有效提高了近距离煤层过巷掘进效率,保证了巷道施工安全;对过巷段近距离软岩煤层采取联合支护方案,有效提高了软岩薄煤层的稳定性,解决了软岩薄煤层预留难度大、支护困难等难题,取得了显著成效。

近距离煤层采空区底板破坏特征及影响分析

针对近距离煤层开采过程过中,上层煤开采过后导致下层煤巷道围岩受扰动破坏,下层煤回采巷道围岩破碎严重、完整性较差的实际情况,利用滑移线场理论再结合部分矿场,进行实际计算不同采高时上层煤采空区底板破坏的范围,并根据两煤间距变化情况对不同状况下下层煤巷道稳定性进行分析,得出了采空区底板最大破坏深度随采高的增加而增大、两煤间距越大对下层煤巷道稳定性影响越小的结论。