Numerical simulation and actual research on safety and suitable position of roadway driving along next goaf

In view of the stress concentration problem left by the joint coal seams mining since the reservation of the coal pillar, it was proposed that non-pillar mining technology be used in Dongrong No.2 coal mine. The numerical simulation software FLAG2D was used to draw the relationship between surrounding rock deformation of roadway driving along next goaf and the size of the coal pillar, so the safety and suitable position of roadway was determined. The distribution of lateral abutment pressure was measured by using the ZYJ-30 drilling stress gauge in the coal wall. The conclusions of the numerical simulation were verified.

相邻空区影响下三软巷道变形破坏规律与煤柱留设宽度研究

为了探究相邻空区影响下三软煤层巷道掘进时不同煤柱宽度下巷道围岩变形破坏规律,采用理论计算、数值模拟、物理相似模拟与现场实测相结合的研究方法,分析存在临空区后不同区段煤柱宽度下巷道围岩应力演化规律、塑性破坏范围以及位移分布特征。结果表明:临空区是造成巷道掘进后非对称破坏的主要原因,使煤柱主应力方向与垂向夹角增大,巷道两帮应力呈煤柱侧大于实体煤侧的非对称分布特征;三软巷道破坏形式以剪切破坏为主,破坏主体为两帮,随着煤柱宽度增大,主应力方向与垂向夹角减小,巷道围岩破坏程度降低,临空区对巷道不同位置的影响程度不同,巷道中部围岩破坏程度大于端头处且煤柱侧破坏程度大于实体煤侧;煤柱宽度增大对巷道围岩应力以及煤柱破坏的改善程度有限,现场结果显示当煤柱宽度为20 m时巷道正常维护满足需求。

近距离煤层群协同机理对下位煤层巷道围岩应力研究

针对山西西易煤矿近距离4-1煤层、4^(-2)煤层,上位4-1煤层遗留煤柱对底板应力集中问题,讨论下位4^(-2)煤层巷道布置特征。通过塑性理论计算得出遗留煤柱对底板影响深度为25 m,大于上、下煤层夹层厚度,并计算得出遗留煤柱对底板横向影响范围为33.9~39.9 m。基于FLAC3D数值模拟分析下位4^(-2)煤层三种巷道位置布置方案,得出巷道布置在采空区最有利。综合分析遗留煤柱应力影响范围和数值模拟方案,得出下位4^(-2)煤层巷道外错40 m最为合理,且利于相邻工作面巷道布置。同时,提出采用“工字钢棚+锚杆+金属网”联合支护形式,在掘进和回采期间巷道稳定性较好,能保证正常矿井生产。

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。

倾斜厚煤层综放工作面沿空掘巷窄煤柱宽度研究

针对沙吉海煤矿14E02倾斜厚煤层综放面沿空掘巷窄煤柱留设尺寸问题,采用理论分析、数值模拟及矿压实测的方法,确定了窄煤柱合理宽度,研究结果表明:基于内外应力场理论计算得出沿空掘巷窄煤柱宽度不宜大于6.42 m(上限),基于弹塑性极限平衡理论计算出窄煤柱宽度不宜小于3.96 m(下限);沿空掘巷数值模拟结果表明:4~5 m煤柱在掘进期间能够稳定,但在回采期丧失承载能力且极易引发巷道与煤柱联动性破坏,巷道维护极其困难;当煤柱宽度≥6 m时,窄煤柱在掘巷及回采期间均能形成稳定的弹性核,更利于巷道维护,窄煤柱合理宽度取6 m为宜,这与内外应力场理论计算得出的窄煤柱宽度上限值(6.42 m)基本一致,采用内外应力场理论确定沙吉海煤矿此类倾斜厚煤层综放面窄煤柱宽度较为合理;针对倾斜厚煤层综放面窄煤柱沿空掘巷破坏特点,提出了相应的围岩控制对策及支护方案。

龙王沟煤矿612辅运顺槽小煤柱尺寸优化设计

为了提供工作面煤柱回采率,有利于矿压控制以及资源回收,龙王沟煤矿通过技术研究,对612辅运顺槽围岩力学性质进行分析,并利用数值模拟的方法在不同工况条件下预留煤柱应力以及围岩变形进行分析。研究结果表明:612辅运顺槽煤体抗压强度平均值19.25 MPa,应力场类型为σ_(v)>σ_(H)>σ_(h)型应力场,确定612辅运顺槽预留小煤柱宽度为8.5 m,在该煤柱宽度下卸压前后巷道顶底板移近量在300 mm以下,两帮移近量在400 mm以下。

余吾煤矿井下矸石巷道充填技术研究与应用

为提高岩巷的施工速度,余吾煤矿采用盾构机掘进,由此产生了大量的矸石。在对比综采矸石充填、综采膏体充填和巷道充填3种不同矸石井下处理方式优缺点的基础上,确定采用巷道充填。建立了掘进巷道应力分布的模型,推导了煤柱宽度的计算公式,采用等效采高计算得出煤柱的宽度为15 m。结合现场的实际情况,确定了矸石物料的运输路线以及主要设备。实践结果表明,采用巷道充填的方式井下就地处理矸石,经济社会效益显著,可为类似条件下的矸石处理提供借鉴。

切顶块体充填巷帮留巷工艺及安全开采实践

针对破碎顶板、高瓦斯、大埋深等复杂情况时的沿空留巷问题,结合某矿工作面实地工况,提出切顶块体充填巷帮成巷技术方案以及围岩稳定控制技术方案,通过对巷道矿压的监测,测量结果显示:切顶块体充填方案有利于无煤柱挖掘方案发展,使区段煤柱的回收更加充分,矿产资源的回收比显著提升,有效解决开采面交替的紧张情况,产生的经济效益约2960万元。

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”)。

特厚煤层综放开采沿空掘巷合理煤柱宽度研究

针对坚硬特厚煤层综放开采沿空掘巷煤柱宽度的最佳选择及其围岩应力分布的问题,本文采用理论分析与数值模拟的研究方法。研究了工作面侧向及超前支承压力的分布规律,确立沿空巷道的科学布局。研究结果表明:在采空区处于不稳定状态时,煤层端部悬臂梁结构控制着侧方支承压力;而采空区处于稳定时,侧向支承压力会降低,但影响范围会随之扩大。通过应用FLAC^(3D)数值模拟软件,并通过比较煤柱垂直应力的变化特征,最终确定了11 m煤柱为最优留设宽度。在矿井特殊构造地段,采用注浆加固技术,不仅改变了岩体的原有破坏机制,而且显著提升了煤岩的整体强度。

浅埋厚煤层大巷保护煤柱尺寸留设研究

留设煤柱护巷道目前仍是中国许多矿井的主要护巷道方式,但同时也损失了巨大的煤炭资源。煤柱留设的长度也是影响煤柱稳定性和巷道围岩稳定性的关键所在,其安全长度的留设,更有利于改变围岩应力分布条件,隔离工作面采空区,维护巷道围岩稳定具有重要的作用。区段煤柱留设宽度与煤矿采区埋置深度、工作面倾角、煤层高度、巷道顶底板围岩等具有相关联系。不同煤矿开采条件不同,不同矿区都有自己留设煤柱的宽度方法。因此,本论文针对某煤矿西翼带式运输大巷煤柱安全宽度等问题展开研究,分析煤柱内的应力分布、变形特征和塑性区分布,最终得出安全煤柱宽度留设,论证该尺寸煤柱下,确保被保护的巷道在掘进过程中不引起失稳,这对于煤矿的安全生产来说至关重要。

倾斜煤层沿空煤柱合理宽度确定与稳定机制分析

为探究倾斜煤层中沿空掘巷煤柱合理宽度,分析煤柱稳定机制,基于FLAC~(3D)模拟分析了不同煤柱宽度的沿空掘巷数值模型。结果表明:沿空煤柱宽度不同,巷道围岩及煤柱破坏模式存在差异;缓倾斜煤层中沿空掘巷和采空区围岩变形分布总体上呈现采空区中间大两侧小的变化趋势,且呈现非对称变形特征;煤柱宽度增大,煤柱应力分布呈现拉向压应力转换趋势。煤柱宽度≥7 m时,沿空煤柱临近采空区两侧的塑性剪切带脱离沿空掘巷顶部围岩,向采空区转移,煤柱范围内应力分布呈现主压应力特征。煤柱宽度为7 m左右时,沿空煤柱临近采空区跨中变形最大,但缓倾斜煤层沿空掘巷护巷窄煤柱的安全性较高,可有效避免煤柱承载过大,将竖向压力向巷道实体煤侧诱导,达到减小巷道顶板拉伸破坏,将采空区剪切破坏带剥离沿空掘巷道的目的。

特厚煤层工作面区段煤柱优化及巷道稳定性控制研究

为了解决东坡煤矿工作面强采动引起的巷道围岩变形破坏的控制难题,以该矿特厚煤层923工作面回采过程中持续变形的巷道为工程背景,通过实验室试验获得了923巷道围岩的物理力学参数,阐明了巷道围岩的变形破坏特征。采用理论计算方法确定了塑性区范围及煤柱留设宽度,并利用FLAC3D数值计算模型分析了不同煤柱宽度条件下巷道围岩应力场、塑性区的分布与演化特征。根据综合研究结果,确定了优化后的煤柱留设宽度为18 m。同时,对923巷道围岩的支护参数进行了针对性优化。通过现场工程实践及矿压观测验证了优化后煤柱宽度及支护参数的合理性。因此,该研究成果对类似条件下巷道稳定性控制具有重要的参考价值。

保安煤矿15108工作面沿空留巷技术研究及应用

针对保安煤矿15#煤层厚度大,留设大尺寸区段保护煤柱浪费大量煤炭资源的问题,提出了采用沿空留巷技术提高煤炭资源回收率,采用理论分析及工程类比的方法,提出了非对称的补强支护方案,在距离回采帮侧700 mm和1700 mm位置布置两列Φ21.8 mm×8300 mm的锚索,在距离非回采帮800 mm位置布置一列Φ21.8 mm×8300 mm的锚索,排距均为800 mm;采用理论计算及数值模拟的方法,确定了合理的巷旁充填体宽度为1.6 m。通过在15108回风巷进行现场试验监测数据显示,在补强支护方案条件下,当巷旁充填体宽度为1.6 m时,巷道围岩变形量不大,沿空巷道断面收敛率仅为13.7%,可以满足下一工作面的使用要求。

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。

寺河煤矿爆破卸压无煤柱沿空留巷技术研究

针对寺河煤矿沿空留巷中存在的采高大、推进速度快、爆破效率低的工程难点,研究快速爆破卸压无煤柱沿空留巷技术,设计了以聚能管为载体的快速装药工艺和以无机爆破封孔材料、封孔囊袋、封孔设备为主体的快速灌浆封孔工艺,设计了混凝土机械化泵送充填工艺,进行了现场试验和效果考察。结果表明:快速装药工艺通过孔外制作聚能药包、整体送入的方式,单孔装药时间12 min,为传统方式的30%,快速灌浆封孔工艺替代炮泥封孔,实现了封孔作业机械化,单孔封孔时间4~5 min,为传统炮泥封孔方式的10%,冲孔率<0.2%,远小于炮泥封孔方式的5%,实现了快速定向聚能爆破,混凝土墙体维护良好,留巷两帮移近量约130 mm,顶板下沉量约80 mm,底鼓量约200 mm,工作面后方250 m以后基本稳定。

超长工作面开采下区段煤柱留设合理宽度分析

为确定超长工作面开采下区段煤柱合理留设宽度,分析超长工作面侧向支承压力在煤柱中的分布特征,利用数值模拟软件研究区段煤柱中的应力分布,并在现场区段煤柱不同深度中布置钻孔应力计,监测侧向支承压力的变化规律。结合巷道围岩稳定性综合监测分析,研究超长工作面采动影响下巷道围岩的变形破坏特征,进而优化支护参数,以保障超长工作面回采巷道的通畅与安全。研究结果表明,在11205工作面右端、11207工作面左端及其煤柱区域位置煤柱内部应力分布呈现出明显的3处应力集中,其煤柱位置的应力集中效应更为明显;增大煤柱宽度能够有效改善煤柱应力分布状态,但当煤柱宽度超过16 m后,应力变化不大。工作面开采后,11207工作面采空区顶板位移量明显增大,整体位移变为以煤柱为中心的扇形沉陷,说明煤柱对上覆岩层起到了支撑作用。根据数值计算结果,得出煤柱留设宽度在16 m煤柱较为合适;由煤柱顶底板破坏强度可知,留设16~20 m的煤柱较为合适。

基本顶断裂位置对窄煤柱护巷的影响及应用

针对天煜能源恒昇煤业埋深浅、煤层厚、顶板坚硬地质情况,留设煤柱过宽,则浪费煤炭资源;留设过窄,则采动必定会破坏或损伤煤柱,导致相邻采区采空区和本采区采空区遗煤漏风氧化自燃的问题。在基本顶断裂位置围岩结构力学模型的基础上,分析了基本顶断裂线位置与关键块回转角和煤柱上覆载荷之间的关系,理论计算了煤柱宽度和基本顶断裂位置,研究得到:综放工作面留设窄煤柱时,必须考虑基本顶断裂线的位置,避免巷道于基本顶断裂位置下方掘进;基本顶断裂位置为3~5 m,护巷煤柱宽度最小为4.6~6.3 m,基本顶断裂线位置正处于所留煤柱上方,煤柱此时承受的压力较大,考虑该煤层为易燃煤层,因此需增加煤柱的承载面积,最终确定该矿9205机巷护巷煤柱的合理宽度为8 m,并提出了相应的锚网索支护方案。工业性试验表明,该方法确定的煤柱宽度科学、可靠,采用的支护方案有效减小了巷道变形,增强了窄煤柱稳定性。

沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定

针对皖北煤电集团祁东煤矿71煤层,应用FLAC2D软件模拟综放沿空掘巷留设不同宽度煤柱时围岩位移和应力的大小,确定了71煤层相邻工作面区段沿空掘巷留设煤柱的合理宽度,对类似综放沿空掘巷合理位置的确定具有参考价值。

沿空掘巷窄煤柱合理宽度确定

针对202综放面地质条件,运用理论计算和数值模拟分析的方法初步确定窄煤柱合理宽度为5 m,通过现场矿压实测分析表明,煤柱宽度为5m是合理的,为天池煤矿综放沿空掘巷窄煤柱宽度合理留设提供了可靠依据,并为类似条件下窄煤柱合理宽度留设提供了借鉴。