上保护层开采下特厚突出煤层沿空巷道合理位置研究

基于上保护层开采下特厚煤层瓦斯地质条件,综合理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对采空区侧向应力分布特征、突出危险性预测指标变化规律及沿空巷道合理位置进行了研究。结果表明:上保护层开采后裂隙岩体存在应力恢复效应,应力恢复后采空区侧向应力峰值会向采空区方向移进;根据采空区侧向不同距离下的煤体突出预测指标测试结果划分了充分卸压排放区、有效卸压排放区及危险区域,结合工程类比、数值模拟结果、隔绝采空区气体需要,确定了沿空煤柱留设宽度为5~7 m;调整后巷道掘进期间突出预测指标及回风瓦斯浓度最大值分别为0.16 mL/(g·min^(1/2))、0.22%,与未调整之前相比降幅分别达到66%、35.3%,保证了巷道安全掘进,验证了沿空煤柱留设的合理性。

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。

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”)。

大采高孤岛工作面沿空护巷煤柱合理宽度研究

针对转龙湾煤矿二采区孤岛工作面沿空掘进巷道煤柱留设难题,采用数值模拟,对2号工作面运输巷在不同煤柱宽度下煤柱应力分布和围岩变形程度进行了研究,最终确定了合理的煤柱宽度为19 m,并对合理的煤柱宽度进行围岩稳定性验证。结果表明,在煤柱宽度为19 m的范围内,可以有效控制围岩变形,实现巷道围岩的稳定性。该研究成果对沿空掘巷煤柱合理宽度的确定及巷道围岩控制技术的应用具有重要的理论意义和参考价值。

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。

区域多工作面协调开采防治冲击地压实践研究

矿井多工作面之间的开采扰动会诱发煤矿冲击地压灾害,区域工作面协调开采是此类冲击地压防治的关键手段之一。为了工程验证区域多工作面协调开采防治冲击地压的合理性和有效性,以冲击地压多发的义马矿区为例,基于模拟得到的协调开采原则及参数取值,制定了跃进-常村井间区域协调开采方案,通过对比不同协调开采程度区域的应力转移特征和冲击事件特征,评估了工作面协调开采效果。结果表明:跃进-常村井间区域中,跃进23092工作面和常村21162工作面煤层厚度和巨厚砾岩厚度较小,23092-21162工作面组和21170-21162工作面组开采时工作面之间煤柱宽度较大、两工作面水平距离和垂直错距较远,井间23092工作面和21162工作面为最优的接续工作面;跃进-常村井间区域协调开采程度高于耿村-千秋井间区域,协调开采使工作面之间由冲击和开采引发应力转移的频次和强度均明显降低,应力转移范围明显减小,协调开采效果明显。

深埋薄煤层沿空巷道煤柱宽度确定及稳定性分析

为了研究深埋薄煤层地质条件下的沿空巷道煤柱宽度确定方法及其稳定性。以甘肃庆阳核桃峪煤矿2804工作面为背景,采用数值仿真技术确定了2804工作面侧向实体煤的应力分布规律曲线;通过摩尔-库伦强度准则和极限平衡理论确定了煤柱宽度的上下阈值;分析了巷道宽度为5.6 m、煤柱宽度分别为7、9、15 m状态下的煤柱应力分布规律和稳定性。结果表明:处于深埋薄煤层地质条件的2803回风巷道煤柱宽度上下阈值分别为7.23 m和2.07 m;随着煤柱宽度的增加,煤柱剪应力曲线与抗剪强度曲线相交区域面积逐渐减小,从而造成更大的煤岩破坏面积;进而确定2803回风巷道的煤柱宽度为7 m时能够有效地兼顾护巷能力和经济效益,并能够为后续水治理提供富裕空间。该研究成果同样能够为同类型煤矿煤柱宽度的确定提供设计依据。

端帮采场支撑煤柱峰值应力及塑性区宽度确定方法

为了保证边坡安全的同时回收更多的露天矿边帮压煤,首先采用离散元仿真软件模拟再现端帮煤开采全过程,监测并分析采硐群支撑煤柱受力和变形特征;然后构建不同采硐深度下的3种支撑煤柱竖向荷载分布模型,建立端帮采场采硐与围岩力学分析模型。结果表明:沿采硐延深方向,支撑煤柱竖向受力与变形呈现出典型的分段特征;自采硐口向内,随着采硐深度的增加,竖向应力首先呈线性增大,达到峰值后,在采硐末端前、后约3倍采硐宽度范围内骤然减小至坡体初始应力并保持不变;基于采硐施工前、后采场上覆岩体竖向应力恒定原理,得到不同采硐深度下的煤柱峰值应力确定方法;基于极限平衡理论和Mohr-Coulomb强度准则,推导出峰值应力作用下的煤柱单侧塑性区最大宽度估算公式。

大采高大断面迎采沿空巷道窄煤柱宽度研究

根据山西马堡煤矿地质条件,通过极限平衡理论、内外应力场理论计算出迎采巷道煤柱宽度范围为6.48~8.97 m.采用FLAC3D数值模拟软件,分别模拟了煤柱宽度为5~9 m时,在15202运输顺槽掘进过程中,煤柱应力分布、塑性区分布及迎采沿空巷道围岩变形规律,结果表明:随着煤柱宽度的增加,煤柱峰值应力及塑性区范围不断减小,煤柱宽度为7 m以后,峰值应力减小趋势和塑性区变化均不明显,围岩变形逐渐趋于稳定,综合考虑安全开采和资源高效利用,最终确定煤柱宽度为7 m.通过模拟煤柱不同位置在采掘过程中的应力变化,确定采掘应力叠加影响范围为采掘间距30~-30 m,并结合15202运输顺槽不同位置的围岩变形情况,给出了合理的支护建议。

富水冲击地压煤层区段煤柱等效宽度研究

受采空区积水浸泡影响,工作面区段煤柱承载能力降低,不利于灾害防治。为研究富水煤层区段煤柱的等效宽度,以某矿4^(-2)302工作面为例,采用理论计算、数值模拟及工程实践等方法,分析了浸水与自然含水条件下区段煤柱的应力分布特征及其演化规律。理论计算结果表明:相较于浸水条件,自然含水煤柱宽度减少了5.66 m,塑性区宽度减少了2.69 m,弹性核区宽度减少了3.53 m。通过数值模拟对比分析36 m浸水和26、28、30、32 m未浸水煤柱应力峰值和范围,发现30 m未浸水煤柱和36 m浸水煤柱应力分布曲线类似。

基于圆孔应力势函数法的核桃峪矿煤柱宽度确定

为了研究不同工作面尺寸以及不同地应力条件下的沿空留巷煤柱宽度确定方法,以甘肃庆阳核桃峪煤矿为背景,使用等效圆孔模型对矩形采空面进行替代,将煤柱简化为遍布水平节理与竖直节理的节理模型,引用弹性力学中应力势函数,结合摩尔-库伦准则对水平节理的剪切强度以及数值节理的剪切与拉伸强度进行分析;同时探究了不同等效圆孔半径和不同侧压系数下的煤柱抗剪强度曲线。结果表明:水平节理的剪切破坏是造成煤柱失稳破坏的主要原因,竖直节理的拉伸破坏主要集中在煤柱表面;同时,较大的等效圆孔半径会造成更大的影响范围以及更大的煤柱破坏面积;而较大的侧压系数能够提供给煤柱较大的围压,提高煤柱的抗压能力,进而使得煤柱的失稳破坏面积显著减小。该研究可以为煤矿开采工程中的沿空留巷煤柱宽度确定提供一种新的方法。

煤矿工作面掘进工艺的优化设计

为进一步提升煤矿的生产效率,解决掘进速度与采煤速度不相匹配为重点。以2301工作面为例,在其顶底板条件、支护现状等基础情况分析的基础上,对工作面煤岩力学参数进行测定;基于FLAC3D软件构建数值模拟仿真模型,分别对巷道轴向距离、保护煤柱宽度和掘进顺序下巷道的应力分布进行对比,实现对掘进工艺参数的优化。

台头前湾煤矿沿空留巷小煤柱合理宽度分析

以台头前湾煤矿2S202-1综采面小煤柱沿空留巷为研究背景,采用理论计算得出合理的煤柱宽度为7.2 m;利用数值模拟软件分析了沿空留巷后不同煤柱宽度下的巷道围岩应力分布特征及塑性破坏区范围;结合现场实际生产条件,最终确定出小煤柱宽度为10 m;根据现场条件,拟定沿空留巷支护方案;应用表明,该煤柱宽度和支护方案下的巷道变形量小,满足矿井正常生产需求,取得了良好的经济效益。

特厚煤层工作面区段煤柱宽度优化研究

针对特厚煤层条件下沿空掘巷区段煤柱合理宽度留设问题,以龙王沟煤矿为工程背景,建立了煤柱宽度的计算模型,并通过现场矿压数据分析、理论计算、数值模拟、工程类比及现场应用相结合的研究方法对区段煤柱留设的宽度进行了分析探讨,结果表明:当煤柱宽度为6 m时,顶板、煤柱塑性区与采空区贯通,煤柱承载能力弱,破坏严重,当煤柱宽度大于8 m时,煤柱塑性区未与采空区完全贯通,仍具有一定的承载能力。

东胜矿区浅埋煤层区段煤柱宽度优化设计

针对东胜矿区煤矿开采过程中区段煤柱宽度过大造成资源浪费问题,以双欣矿业4107工作面为工程背景,通过理论计算、数值模拟和现场工程实践等方法对合理的区段煤柱宽度进行了研究。理论计算得出合理的区段煤柱宽度为9.05~10.62 m。数值模拟结果表明:工作面回采后,在距采空区边缘9.5 m的位置,煤层及顶底板中的垂直应力在6.15 MPa左右,应力集中系数为1.17,仅略高于原岩应力;当区段煤柱宽度为10 m时,作用在区段煤柱上的垂直应力呈“马鞍形”分布特征,证明煤柱中间存在弹性核区,煤柱能够保持稳定。现场实践表明,当区段煤柱宽度为10 m时,巷道顶板离层最大为11 mm,两帮移近量最大为101 mm,采动应力对巷道围岩变形的明显影响范围不超过22 m。

基于三铰斜拱的不同宽度区段煤柱下底板应力变化规律研究

为获取上保护层充分采动后,区段煤柱影响下的上覆岩层结构及底板应力传递规律,基于三铰斜拱理论推导了合理拱轴线方程;数值模拟了不同宽度区段煤柱的保护层底板应力分布规律;基于三铰斜拱和弹性力学理论2种方法得到了保护层底板应力分布的解析解,并通过现场实测验证。研究表明:三铰斜拱形态参数与留设煤柱宽度、煤层开采高度、采空区卸压宽度等动态相关;当煤柱宽度大于15 m时,采空区底板重新压实区将产生三铰斜拱结构引起的附加应力,并且应力极值点随煤柱宽度增加而向采空区中心移动。现场试验得出被保护层回采巷道应内错布置,合理错距为10~20 m。

大采高超长工作面顶板垮落规律及煤柱宽度研究

针对榆神矿区大采高长走向超长工作面煤层条件下矿井高强度开采导致的煤柱长期维护困难等问题,以小保当一号煤矿112203、112204回采工作面及其两巷为研究对象,分别采用现场实测、理论研究、仿真模拟的方法,对双掘两采巷道两次采动工作面顶板垮落规律进行分析,优化大断面长走向双掘两采巷道煤柱宽度,为双巷布置优化围岩应力环境,实现矿井综采工作面安全高效开采。

基于地应力反演的构造应力区沿空巷道窄煤柱宽度优化研究

基于地应力测量和三维建模技术,对黄岩汇15111工作面褶曲构造应力场进行了反演,研究了构造应力区采空区边缘不同位置处煤层顶板垂直应力的分布特征,不同位置处护巷煤柱上垂直应力、巷道顶板水平应力、以及巷道围岩变形量随煤柱宽度增加而变化的规律,并据此探索了一种确定构造应力区沿空巷道合理窄煤柱宽度方法,确定该构造应力区窄煤柱宽度为6.5 m。研究发现:构造应力区采空区边缘应力集中系数减少量在背斜左翼、向斜右翼中部最为明显;处于背斜左翼、向斜右翼中心对称位置煤柱上垂直应力、巷道顶板水平应力曲线呈"分别相似"特征,且该特征随着煤柱宽度增加而变得明显;构造应力区窄煤柱上垂直应力峰值偏向巷道侧,且垂直应力场随着煤柱宽度增加出现明显的内、外应力场;构造应力对沿空巷道顶板水平应力的分布也有影响,煤柱宽度为4.0~8.0 m时,巷道顶板水平应力自褶曲背向斜交界处向背、向斜轴部呈递减趋势,煤柱宽度为9.0~16.0 m时,呈递增趋势;褶曲对巷道围岩变形量的影响在煤柱宽度较窄时较为明显,在煤柱宽度4.0~10.0 m时,褶曲背、向斜中心对称位置巷道围岩变形量呈"分别相似"特征,煤柱宽度大于10.0 m后褶曲背、向斜中心对称位置巷道围岩变形量变化特征趋于一致。

煤柱宽度对综放面围岩应力分布规律影响

护巷煤柱宽度及巷道相对工作面位置的不同,将引起巷道围岩应力重新分布和岩层移动的差异,对回采巷道稳定性及其维护有重要影响.以谢桥煤矿1151(3)综放面地质技术条件为背景,采用计算机数值模拟并结合现场实测研究,揭示了煤柱宽度变化对综放面围岩应力分布及变化规律的影响.研究表明,综放回采巷道护巷煤柱宽度的变化,不仅使煤柱内应力分布规律不同,而且使得相邻工作面煤体内应力分布规律也不同,二者应力分布随煤柱宽度变化而转移;巷道维护状态是工作面煤层和煤柱内应力场共同作用的结果,护巷煤柱的合理宽度应小于巷帮实体煤内应力向煤柱内转移的临界宽度.

综放开采沿空掘巷小煤柱宽度留设及支护技术研究

为合理确定区段小煤柱宽度及沿空巷道支护方式,以阳泉五矿8407综放工作面为例,基于采空侧基本顶断裂力学模型及围岩极限平衡理论,理论计算了合理煤柱宽度的上下限值,采用钻孔应力监测方法,对回采过程中煤柱内部应力分布进行了实测,进而确定沿空巷道支护参数。研究结果表明:沿空掘巷小煤柱宽度合理范围为9.03~11.80 m,取10 m为宜,煤柱侧0~3 m范围煤体发生塑形破坏、3~6 m范围为弹性核区、6~10 m范围靠近8409采空区承载能力弱,因而在8407回风巷掘巷期间采用锚杆+长短锚索一次支护,回采期间对煤柱帮进行3 m钻孔注浆加固二次支护,现场实测数据显示,8407回风巷沿空掘进期间围岩变形量较小,回采期间顶板、注浆加固煤柱帮、实体煤帮最大变形量分别为0.20、0.05、1.00 m,围岩变形处于可控范围,实现了综放工作面安全高效回采。