煤层群下行开采底板应力演化规律与合理巷道错距研究

为解决近距离煤层开采遗留煤柱下伏回采巷道合理布置工程问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法,基于半无限平面体理论建立遗留煤柱底板岩层应力分布力学模型,系统研究了遗留煤柱下伏底板岩层应力分布特征及减压区相对位置关系,提出遗留煤柱非均布载荷影响的底板水平/垂向距离判别方法,揭示了遗留煤柱水平/垂向间距对下伏煤层回采巷道应力变化率的影响程度。结果表明:垂直应力集中是导致下伏巷道失稳的主控因素,以垂直应力变化量0.2γH作为评判应力影响程度的临界指标,探究了不同因素影响下的应力扰动程度,随着遗留煤柱尺寸、煤层间距、埋深与岩层垮落角逐渐减小,底板岩层应力影响深度呈递减趋势;随着水平错距增大,巷道围岩垂直应力值、应力变化率差值不断减小,界定两者数值低于0.2γH与0.01时,围岩达到可控稳定状态;现场试验21320回风巷采用外错式25 m进行实测验证,优化布置后巷道顶板相对位移量控制在45 mm以内,服务期间巷道围岩工况稳定,验证了所得安全错距的合理性。

近距离煤层多次采动影响巷道围岩破坏特征与控制

针对隆德煤矿近距离煤层上下同采工作面巷道围岩稳定性控制问题,采用现场实测和理论分析方法,对多次采动影响下巷道支护体受力特征和煤柱应力演化特征进行研究。结果表明,巷道锚杆/索受力经历7个变化阶段,包括采动影响前初始稳定阶段、单工作面超前影响阶段、双工作面超前影响阶段、采动卸压区快速升高阶段、采动应力恢复区慢速升高阶段、二次稳定阶段和双工作面开采扰动升高阶段;煤柱采动应力演化经历5个阶段,包括采动影响前初始稳定阶段、单工作面超前影响区缓慢上升阶段、采动卸压区快速上升阶段、采空区压实自由演化阶段和双工作面开采扰动升高阶段。随着钻孔应力计安装深度增加,煤柱应力呈现先升高后降低趋势,煤柱浅部3 m左右进入塑性状态,承载能力降低;基于上述观测结果,对新掘巷道支护参数进行优化,在保证围岩长期稳定性的同时还可以降低支护费用,实测结果表明,支护参数优化后巷道表面位移量在工程允许范围内,巷道围岩裂隙发育程度较低。

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。

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。

近距离煤层下煤层回采巷道布置方式研究

为提升近距离煤层下煤层回采的安全与效率,研究人员结合某地煤矿开采的实际情况展开研究,根据围岩稳定性分析结果,对回采巷道的布置方式进行了多角度的优化,确定了回采巷道布置方式的主要参数,而后对支护工作进行了补充说明,最后对整体效果进行初步检验。检验结果表明,本次回采巷道布置方案具有一定的可行性,预计其将具有潜在应用价值。

近距离煤层群回采巷道的支护设计

为解决近距离煤层群在实际开采中因煤层间距过小极易导致应力集中而加剧巷道变形破坏的问题,在对2-2#煤层基本地质条件和巷道布置分析的基础上,通过调查研究掌握该工作面巷道的实际情况,并根据煤层间距为小于1m、1~3 m和大于3 m这3种情况划分支护标准,最后监测支护后的工作面顶板下沉量和两帮移近量的数据,验证支护效果。

近距离煤层回采巷道顶板稳定性分类及支护技术研究

以锦辰矿工作面回采巷道顶板为工程研究对象,重点研究了15号煤层回采巷道顶板稳定性的分类及相应的支护技术。考虑到顶板稳定性的主要影响因素,按照巷道顶板岩层的沉积条件、岩层物理力学性质、采动影响等情况的变化,将顶板稳定性类别为:Ⅰ类,较不稳定;Ⅱ类,不稳定;Ⅲ类,极不稳定。并绘制出了15号煤层各顶板的顶板稳定性区域分类图。针对各类顶板的特征提出相应的优化支护方案,采用数值模拟分析比较了采动影响条件下巷道原支护、优化支护方案下巷道围岩的应力分布、顶板及两帮的位移量,对比3种顶板条件下巷道围岩在原支护方案与优化支护方案下巷道围岩变形量,得出优化支护后围岩变形量明显减小,支护效果较好。

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。

基于围岩变形破坏机理的巷道支护设计

由于近距离煤层开采影响,使得相邻煤层掘进期间顶板以及两帮的围岩变形严重。以韩城矿区下峪口煤矿21320工作面为背景,通过理论分析、数值模拟及现场实测对近距离煤层综采工作面顶底板及两帮破断特征进行研究。研究结果表明,上覆采空区压实区域底板13 m处垂直应力约为14.1 MPa,水平应力约为14.2 MPa,采空区边缘底板破坏深度最大为39.8 m,采空区底板沿水平面方向的最大破坏长度为102.27 m;10 m煤柱在上保护层采空区和21320进风巷掘进的影响下,导致煤柱应力集中程度增大,采空区底板破坏深度为5~7 m;21320工作面进风巷掘进后,与21318工作面采空区之间留设的10 m煤柱内大部分已被塑性区贯通。基于此,对原有方案进行优化,通过现场试验得到顶底板及两帮移近量均小于200 mm,大多时间内两帮移近量小于100 mm,说明21320进风巷在对巷道锚杆索支护排距进行放大后,对巷道不会产生较大影响,且可以缩短巷道的支护时间,增加巷道月进尺量。

极近距离煤层群开采区段煤柱合理宽度的研究

极近距离煤层群开采,上下两层煤区段煤柱留设宽度问题,一直是百良旭升煤矿安全生产所关注的焦点之一。基于理论计算得出,上煤层区段煤柱的最小宽度为11.88m,下煤层回采巷道的内错最小距离为2.33m。同时借助于UDEC数值模拟软件,分析上煤层在不同区段煤柱宽度条件下的区段煤柱的应力分布、塑性区分布规律,得出上煤层区段煤柱的最小宽度为12m;上煤层采空区残留的区段煤柱宽度为12m时,下煤层回采巷道在采用内错式布置时,下煤层回采巷道内错距离为3m。综合分析以上结果表明:上煤层合理区段煤柱留设为12m,下煤层区段煤柱宽度为18m比较合理。研究结果为缓解该矿的采掘关系紧张、提高煤炭资源回采率、回采巷道围岩的稳定性提供了理论支持。

近距煤层群下部煤层回采巷道布置研究

近距煤层群开采工作面间易相互作用,下部采场围岩力学环境复杂,巷道布置要求高,合理布置回采巷道是下部煤层高效开采的关键。为解决下部煤层回采巷道布置难题,综合采用现场实测、数值计算、理论分析等手段,对下部煤层回采巷道松动圈范围、巷道布置影响因素、巷道布置参数等进行研究,研究结果表明:近距煤层群下部回采巷道布置的主要影响因素为上部采场残余煤柱承载、上部采空区水及同煤层采动作用;残余煤柱承载形态呈现为马鞍状,煤柱承载会向底板岩层转移,并于煤柱附近底板岩层中发生应力集中,应力强度与距煤柱距离呈负相关性;下部煤层同煤层临近采场采动促使拟布置巷道围岩承压整体呈现出"升高-降低-升高-降低"的分布特征,且上下采场采动作用易叠加;近距下部煤层回采巷道布置的关键是兼顾上、下煤层采动影响,合理设计工作面间煤柱宽度。

近距离煤层下分层大断面切巷支护技术研究

针对金达煤矿近距离煤层上部9号煤层被不规则房柱开采破坏导致下部煤层支护困难的问题,采用数值模拟分析对比了上部煤层长壁开采和房柱开采后煤柱对下部煤层巷道影响,提出了"二次成巷、强力快支"的巷道掘进支护技术。井下矿压监测结果表明,一切巷掘进完成后顶板下沉量在70mm左右,二切巷掘进时一切巷顶板受掘进扰动,下沉量再次增加,最终在95mm时保持稳定;回采侧帮变形量在约40mm时保持稳定,回采侧帮变形量很小;采空区侧帮变形量低于回采侧帮,帮部变形量约33mm,可见,该支护方案能保证切巷安全使用。

极近距离煤层群回采巷道合理位置的柱宽效应研究

针对极近距离煤层群开采地质条件,在弹性理论的基础上,推导出底板岩层中任意一点附加垂直应力解析解,绘制了不同宽度大煤柱下底板岩层垂直应力等值线图,揭示了5～#煤层垂直应力分布规律,结合大煤柱下应力非均匀分布特征的影响,最终确定沙曲矿45 m宽大煤柱支承压力下5～#煤层25301工作面胶运巷采用内错4 m布置。现场实践表明其支护效果良好,无明显变形,矿压显现较为缓和。

近层间距、多煤柱条件下采空区底板巷道联合支护技术研究

以忻州窑煤矿14-2号煤层集中巷为工程背景,开展近层间距、多煤柱条件下采空区底板巷道围岩控制技术研究。分析得出,近层间距、多煤柱条件下采空区底板应力环境大致分为两类,即采空区煤柱下方的采动应力集中区和采空区下方的采动应力降低区,且二者交替分布,不同部位的不同地应力环境导致巷道矿压显现特征存在差异明显。在采空区煤柱下方的采动应力集中区,水平应力明显低于垂直应力,但总体应力环境相对较高,导致巷道围岩受力破坏程度严重,在采空区下方的采动应力降低区,水平应力高于垂直应力,但总体地应力环境相对较低,巷道围岩受力破坏程度较轻。由于巷道布置距离上覆采空区底板较近,上覆采空区的底板采动破坏与近距离的巷道顶板围岩破坏存在裂隙贯通,因此被动支护相对主动支护的作用更为有效;提出西二盘区14-2号煤层集中巷"锚杆+锚索+金属网+木垛壁后充填+U型钢支架"的主被动联合支护技术方案。工业实践支护效果反馈表明,主被动联合支护技术的围岩稳定性控制较好,达到预期使用要求。

浅埋近距离下煤层工作面过倾向煤柱矿压规律

浅埋近距离煤层上层采空区遗留煤柱对下部煤层开采的来压有显著影响,揭示这种异常矿压的机理,对安全开采具有重要意义。在统计分析神东矿区6个过煤柱开采工作面的矿压特征基础上,通过对哈拉沟煤矿12101工作面过倾向煤柱开采的物理模拟,研究了浅埋近距离下煤层过煤柱开采的矿压规律。结果表明,当下方工作面距离上方煤柱水平距离为10 m范围内时(间隔岩层厚度的0.83倍),开始受到上方煤柱集中应力的影响,出现了压力明显增高现象;进入煤柱后,应力持续增大;出煤柱(过空巷)时,应力达到最大值6731 kN/架。掌握这种矿压规律,可为浅埋近距离下煤层过倾向煤柱开采的顶板控制提供借鉴。

保护煤柱下近距离煤层巷道稳定性分析

为研究保护煤柱下近距离煤层巷道的稳定性,控制巷道围岩变形,结合沙坪煤矿1808工作面辅运顺槽实际情况,应用理论分析、数值模拟和现场勘查相结合的方法,分析了巷道应力分布特征、上位煤层开采后回采空间的应力分布特点及采空区积水对巷道的影响。结果表明:1808工作面辅运顺槽靠近煤柱中心一侧顶板垂直应力是采空区侧的1.67倍;上位煤层开采后煤柱上的集中应力是采空区的1.23倍;采空区内淋涌水降低了泥岩顶板强度、岩体的整体强度及支护系统锚固力,对安全生产构成了威胁。

近距离煤层回采巷道布置方式与支护

近距离煤层上部煤层开采所形成的应力集中,影响下部煤层布置回采巷道。该文运用FLAC^(3D)数值模拟软件对煤柱内应力分布及传递规律进行数值模拟计算,得出煤柱的宽度对下方底板应力传递及分布规律的影响,对近距离煤层回采巷道布置方式与支护有一定的指导作用。

多次采动影响下近距离回采巷道围岩控制技术

针对河北省崔家寨煤矿近距离煤层多次采动影响下回采巷道变形破坏严重的问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析了采动影响下近距离回采巷道合理位置。根据崔家寨煤矿E12503工作面现场实际条件,确定了采用锚网索联合支护技术,并数值模拟确定了回采巷道与上部煤层遗留煤柱的相对水平距离应大于25 m、工作面护巷煤柱宽度为20 m。通过现场矿压观测,E12503回风巷道1#测站巷道左帮多点位移计数值达到最后稳定时最大位移值为22mm、巷道右帮最大位移为8 mm、顶板最大位移为5 mm。分析可知,优化设计的巷道围岩控制技术方案应用效果较好。

近距离采空区下巷道循环掘进的应力扰动特征

为探究近距离采空区下的巷道在重复性开挖过程中对邻近顶板的扰动影响,基于葫芦素煤矿2-1煤开采后22103运输巷的采掘环境,模拟巷道多次开挖推进过程,得到了卸载扰动应力与邻近锚固区顶板之间的扰动关系。结果表明,邻近顶板受到循环开挖的扰动应力呈现波形递减趋势,由应力波传播特点将扰动区域分为近场扰动区、中场扰动区及远场扰动区。顶板所受的扰动应力与距离两者之间的联系可视为“指数函数”关系式。同一位置顶板所受到的当次开挖卸载的扰动应力比前一次开挖卸载的扰动应力小,且每次的应力变化量近乎相同。现场钻孔窥视效果表明,厚锚固圈层的建立可大大提高顶板岩层整体性。

近距离煤层采空区及煤柱下巷道分区支护研究

针对下层煤工作面回采巷道垂直上覆区段煤柱的情况,通过数值模拟结合Tecplot软件分析不同宽度区段煤柱下巷道顶板的应力分布规律,对煤柱下方应力集中影响范围按应力集中程度进行了分区分析,将下层煤工作面回采巷道分为应力降低区、应力增高区、应力集中区3个应力区;结合回采巷道受采动影响后巷帮应力集中明显的情况,对不同应力分区的巷帮采取增加锚杆密度或锚索等方式进行加强支护,取得了较好的围岩控制效果。