坚硬顶板切顶卸压技术对巷道围岩变形规律影响

针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运输巷实施不同切顶卸压方案时,临近采空区的16403回风巷侧向顶板采动应力传递规律,并在现场施工水力压裂钻孔进行切顶卸压,实现临空巷道围岩变形控制。研究结果表明:“低位坚硬岩层悬臂梁+高位坚硬岩层砌体梁”破断结构是特厚煤层宽煤柱临空巷道大变形的主要原因,可采用切顶卸压技术破坏宽煤柱顶板侧向破断结构来控制临空巷道围岩大变形;切顶角变化可使关键块B长度发生改变,切顶角越大,则关键块B长度越小,临空侧顶板载荷向煤柱传递的程度越弱,临空巷道围岩承受的采动应力越小,切顶角为100°时临空巷道围岩垂直应力与变形量最小;在16402运输巷以切顶角100°施工水力压裂钻孔后,16403回风巷顶底板变形量较未实施切顶卸压的16402回风巷减小86.5%,两帮变形量减小87.1%,临空巷道围岩稳定性得到极大提高。

双临空综放面巷道变形能量时空演化机理及防治技术研究

以塔山矿8204-2特厚煤层综放不规则双临空工作面工程地质条件为背景,基于数值模拟揭示了不同煤柱宽度下采动应力及煤柱应变能密度分布特征。结果表明,双临空工作面回采期间,30~60 m宽的煤柱处于高应力状态,峰值超过25.96 MPa,为原岩应力的2.09倍;当煤柱宽度在30~60 m时,煤柱表现出高应力、高应变能密度的“两高”特点,发生强动压的危险性高。为防止三角变宽煤柱动力失稳,现场成功实践了“超深高密大直径卸压钻孔+补丁锚索加强支护”的强动压治理技术,使得巷道掘进和回采期间均未发生冲击地压及显著动压事故,实现了不规则综放面的安全回采。

登茂通煤业3107孤岛工作面回采巷道支护技术研究与应用

针对登茂通煤业3107孤岛工作面回采巷道围岩控制较为困难等问题,采用理论分析、数值模拟、井下试验等手段。揭示了小煤柱双巷及沿空留巷的围岩应力分布特征,巷道帮部应力呈现非对称形态,偏应力高值区集中于巷道帮部,因此重点在于帮部支护及支护体稳定性;确定了巷道的各项支护参数,采用锚网索锚杆联合支护,并采用单体柱进行超前支护;通过井下3107工作面试验,得到进风巷变形量稳定在378~569 mm,辅助进风巷和回风巷变形量稳定在152~298 mm,变形量满足安全生产需求,取得了良好的控制效果。

榆家梁煤矿大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度研究

以榆家梁煤矿43312大巷煤柱回收工作面为例,采用理论分析计算、数值模拟、工程实践等研究方法,对大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度进行分析研究。结果表明:通过传统极限平衡理论计算得出大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度为5.28~10.38 m;煤柱宽度为8~10 m时,煤柱中出现应力集中,表明煤柱结构完整且能够实现有效承载;煤柱宽度为8~10 m时,煤柱承载能力增强,煤柱侧巷道变形量逐渐变大,同时由于应力转移,实体煤侧应力降低,实体煤侧巷帮变形量减小。通过现场工程实践对研究结果进行了验证,确定留设10 m煤柱后工作面矿压在可控范围内,能够确保工作面安全生产。

大巷煤柱回收工作面过空巷工程实践与控顶技术研究

大巷煤柱作为矿山开采的遗留结构,对于资源的充分利用和矿井的高效生产有着重要影响,大巷煤柱回收技术应用成为一项关键挑战。以活鸡兔煤矿12号煤层三盘区大巷煤柱回收为实际工程背景,介绍了工作面过空巷采取的柔模泵送支柱支护技术与人工假顶施工的工程实践和控顶技术,为近似采场条件盘区近距离煤层群大巷煤柱回收技术提供借鉴。

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。

同忻矿山小煤柱工作面矿压综合治理技术试验研究

同忻矿8210小煤柱巷道虽处于采空区侧向应力降低区内,围岩应力环境较好,但同时也伴随着巷道围岩整体松软破碎,小煤柱整体完整性较差,承压能力弱,不利于巷道维护,也为矿山工作面安全管控带来一定隐患。因此,同忻矿山决定开展小煤柱工作面矿压综合治理研究,采用初采切眼爆破放顶、尾巷爆破切顶卸压及头巷水力致裂工艺降低矿压影响,提升初采期间顶煤回收率,控制巷道变形。试验结果表明,初采切顶爆破效果良好,初次来压步距及来压强度得到有效缩短弱化,初采可放煤距离大大缩短。尾巷切顶卸压成功爆破400个孔,围岩控制率提高了37%。头巷超长孔定向水力压裂效果良好,裂隙发育充分,达到预期效果。

综放工作面小煤柱沿空掘巷煤柱尺寸留设研究

为合理留设综放工作面沿空掘巷煤柱,以山西某矿E4102-1工作面运输顺槽煤柱留设工程概况为例,通过进行调研分析与进行数值模拟分析,并结合工业性试验,得出窄煤柱沿空掘巷技术目前已相对较成熟,可把煤柱尺寸留设为5 m至8 m之间;通过对几种煤柱尺寸下的巷道围岩破坏状况进行数值模拟分析,得出该工作面巷道留设5 m宽的煤柱时,该巷道矿压不会出现明显显现,巷道变形量相对较小,巷道顶板也相对较稳定,能很好的满足矿井安全生产需求,更好地保障矿井安全生产。

全煤开拓大巷煤柱宽度优化模拟研究

采用数值模拟方法对煤层开拓大巷进行煤柱宽度优化研究,分析变采动应力、变煤柱宽度下大巷稳定性(应力、变形和塑性区)。结果表明,煤柱宽度小于30 m、采动应力系数≥3.0时,开拓大巷铅直应力远高于煤柱宽度40 m时。相同采动应力系数下,大巷顶板及两帮位移均随着煤柱宽度的增大而逐渐减小,且采动应力系数越大减小量越大。采动应力系数≤2.5时,各煤柱宽度下大巷的顶板及两帮位移变化不大;采动应力系数>2.5时,大巷顶板及两帮位移在煤柱宽度40 m以后变化较小,即大巷间煤柱宽度40 m时相互影响较小。采动应力系数≤1.5时,围岩体的塑性区均处于锚杆锚索支护范围内;采动应力系数≥2.5时,塑性区超过锚杆锚索支护区域(变形量≥120 mm,塑性区分布形态呈“蝶形”)。

孤岛工作面沿空掘巷合理煤柱宽度数值模拟研究

随着煤矿开采深度的不断增加,井下生产环境逐渐变得恶劣。为了保障生产的正常接续,煤矿经常采用跳采的方式,造成了孤岛工作面的存在。基于已有的研究发现,留设合理宽度的护巷煤柱是维持巷道稳定性的主要方法之一。为了获取柴里煤矿263_下17工作面区段煤柱的合理宽度,采用数值模拟方法,研究了不同时期、不同煤柱宽度条件下,区段煤柱内应力分布情况和围岩表面位移变化情况,确定了263_下17工作面合理的区段煤柱宽度为6 m。经过现场实践验证,263_下17工作面巷道围岩控制方案合理有效,相关经验可以为相似工作面巷道维护提供借鉴。

晋南地区煤矿小煤柱开采技术研究与应用

小煤柱开采技术能够有效降低区段煤柱留设宽度,提高采区资源回收率,在一定程度上延长矿井服务年限,逐渐成为山西地区许多濒临资源枯竭矿井首选推广技术。文章以晋能控股集团长治公司福达、微子镇、石窟等7座煤矿为研究背景,通过分析采矿地质条件,结合理论分析结果,得出各煤矿区段煤柱优化方案,并针对各矿不同条件,因地制宜的开展小煤柱巷道切顶卸压工艺参数研究工作,最后基于小煤柱巷道围岩稳定性观测分析结论,各煤矿采用小煤柱护巷技术均达到了预期效果,煤柱宽度得到有效降低,取得了较为显著的成果和经济社会效益,为该技术的大范围推广积累了宝贵经验。

寺河煤矿西三盘区大巷煤柱稳定性分析

以寺河煤矿西三盘区为研究背景,通过数值模拟软件,研究不同工作面在回采推进速度、工作面采高以及工作面长度等因素下,大巷保护煤柱内的超前支撑应力分布特征与塑性区演化规律。结果表明,随着工作面回采推进速度的增加,工作面前方煤体内超前支承压力峰值、应力集中系数逐渐增大,压力峰值距煤壁距离不断减小,但工作面前方煤体塑性区范围减小;随着工作面采高的增加,工作面前方煤体的应力峰值与塑性区范围逐渐增大;工作面长度的增加,会导致工作面前方煤体应力峰值略有增加,但增加幅度较小,而工作面前方煤体的塑性区范围保持不变。

车村煤矿一号井综采工作面沿空留巷技术实践

为了提高煤炭回采率,实现煤炭完全、绿色开采,车村煤矿一号井综采工作面借鉴临近煤矿的成功经验,进行了预裂切顶沿空留巷技术实践。运用放炮预裂,控制炮眼位置、角度及装药量,增加单体液压支柱临时支护,切断“砌体梁”“传力岩梁”的应力传递,改变老顶位态,优化围岩应力分布。将3101综采工作面运输顺槽留做3102综采工作面回风顺槽使用,取消上下工作面间预留煤柱,排除煤柱引发的煤层自然发火隐患,减少煤炭资源浪费,缓解工作面接续,从而实现综采工作面沿空留巷的安全高效开采。

超长“孤岛”综放面大煤柱护巷的数值模拟

基于兖矿集团兴隆庄4324超长“孤岛”综放工作面开采条件,采用离散元数值计算程序UDEC3.0,模拟研究了不同宽度煤柱护巷条件下巷道围岩的应力分布和变形特征,分析了不同宽度煤柱的承载状况和应力峰值区的位置.研究表明,采用20 m大煤柱维护巷道,可以改善巷道围岩应力环境;煤柱的承载能力适应超长“孤岛”综放工作面顶板的活动规律;围岩变形量小;能够保障巷道的整体稳定性和有效断面.通过现场实测,讨论了大煤柱维护巷道的矿压显现规律和对巷道的良好维护效果.

综放锚网支护沿空顺槽合理小煤柱尺寸确定方法

针对综放锚网支护沿空顺槽合理小煤柱尺寸难确定的问题 ,该文在分析了合理煤柱尺寸确定原则的基础上 ,提出了针对顺槽具体地质条件采用理论分析、数值计算和工程实践 3方面综合分析确定合理小煤柱尺寸的方法。并对济宁二号煤矿 2 30 2综放锚网支护沿空顺槽煤柱尺寸进行了具体确定 (3 0～ 4 5m)。 2 30 2综放沿空顺槽采用 46 0m煤柱护巷的施工实践证明 ,煤柱尺寸的确定是合理的 。

软岩大巷合理保护煤柱留设宽度的探讨

为了确定卧龙湖煤矿南翼大巷的合理保护煤柱宽度,基于满足保护煤柱稳定性及采场端部岩体破坏区理论,探讨了保护煤柱的合理宽度,并采用数值模拟对不同的留设煤柱宽度进行了应力场的比较分析。结果表明:保护煤柱宽度留设100m时,对于保持大巷的稳定性较为合适,另外,在工作面收作前,南翼轨道大巷还应该加固其帮部和底板。

基本顶断裂形式对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性影响研究及工程应用

倾斜煤层沿空半煤岩巷由于围岩结构的非对称性和非均质性,受采掘扰动影响,巷道围岩呈现更严重的变形破坏。为揭示不同基本顶断裂形式对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性的影响规律,采用数值模拟方法针对该类巷道4种基本顶断裂形式下巷道围岩变形特征进行了研究。结果表明:基本顶断裂线位置对该类巷道围岩稳定性的影响程度由小到大依次为:采空区侧、煤柱上方、实体煤侧、巷道上方;基本顶断裂线位于采空区侧时,煤柱轴向、横向应力增速均小于其他情况,垂直位移也最小,煤柱变形在允许范围内,可保持后期对顶板的支承能力,对巷道维护最有利。在此基础上,以贵州某矿1511工作面回风巷为工程背景进行了工业试验,通过理论计算和现场钻孔探测综合分析得出,为避免基本顶断裂线位于煤柱上方靠巷道侧,下一步掘进时煤柱宽度应由3 m改为5 m。掘采期间断面检测结果显示,断面最大收缩率为23.3%,最大非对称变形率为5.2%,巷道整体均匀协调变形,进一步验证了研究成果的可靠性。

综放工作面煤柱巷道软岩底板非对称底臌机理与控制

针对综放工作面煤柱巷道非对称底臌剧烈、支护维护困难、起底工程量大等难题,以大南湖一矿综放工作面煤柱巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验等综合研究方法,分析了煤柱巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。结果表明:煤柱巷道底板强度低下以及在采动影响下围岩应力环境出现非均匀现象,进而导致巷道底板塑性区出现非均匀分布,是造成非对称底臌的内在原因;底臌变形规律监测结果显示,非对称底臌程度与放煤厚度有内在联系,放煤厚度在5.9 m范围内,放煤厚度越大,基本顶岩层破断偏转角度亦越大,巷道围岩周边主应力比值、主应力旋转角度等参数越大,底板塑性破坏引起的非对称底臌变形越剧烈;底板最大塑性破坏深度位置随着主应力方向旋转角度的增加,逐渐向巷道中部位置移动,导致底臌变形最大位置分布不同,同时,煤柱巷道的这种底臌变形可控性较差,现有技术条件下企图采用高强支护是不可行的,控制上应以适应底臌变形为主;然而,当放煤厚度超过5. 9 m,基本顶岩层有沿煤柱边缘失稳切落的可能,巷道围岩应力环境趋于原岩应力状态,巷道围岩塑性区分布范围大幅降低,底臌变形较小。据此,以巷道非对称底臌规律为依据,提出了以调整采掘关系、优化巷道底臌硬化方案为主的底臌控制对策,现场应用效果良好,底臌变形量有效减少的同时,巷道底臌处理工作量亦大幅降低。

范各庄矿近距离煤层开采工作面巷道布置研究

为了保证范各庄矿7、8、9、12煤近距离煤层开采中上下煤及邻近工作面巷道支护稳定及优化采面布置,通过底板滑移线理论计算,得出上下层工作面巷道合理内错距离为2~3倍巷宽,12煤3125S面与上覆面间距较大,经受采动破坏较小,8煤2285S面和9煤3191S面受采动影响较大。UDEC模拟显示,7煤首采后形成显著的煤柱应力区,底层煤中峰值应力可达原岩应力的3~4倍,下层工作面巷道应内错避开布置,8煤至12煤开采可对上覆煤柱区大幅卸压,应力峰值为2~2.5倍原岩应力。临近工作面巷道采用6~12m煤柱,上下工作面巷道内错9.8~11.0m,实现了巷道和采面支护稳定,从而为近距离煤层工作面设计优化与衔接规划提供了关键依据。

综放沿空巷道小煤柱合理宽度的确定

针对综放沿空巷道小煤柱合理宽度确定的难题,提出了现场实测、计算机数值模拟以及理论计算相结合确定小煤柱合理宽度的方法。工程实践表明,该方法确定的煤柱尺寸合理、可靠,为综放回采巷道的合理布置及护巷煤柱参数的合理确定提供了科学依据。