近距离煤层底板应力分布规律及巷道布置研究

为探究上煤层遗留煤柱对底板的应力影响及下煤层回采巷道的合理布置,以唐山沟煤矿为研究对象,运用理论分析和数值模拟等方法并综合多种影响因素构建了上煤层遗留煤柱与铰接岩块的协同承载结构模型和底板应力传递计算模型,对上煤层遗留煤柱下底板应力及影响因素展开研究。结果表明:上煤层遗留煤柱对底板的应力影响以垂直应力为主,影响程度随底板深度的增加而降低;遗留煤柱下底板应力增高区呈椭球形,对底板应力增高区的影响因素展开分析,得到了不同因素对应力增高区范围影响的量化关系,其中煤柱峰值应力对底板应力增高区分布起决定性作用;根据底板应力分布特征并结合理论计算及数值模拟结果,确定唐山沟煤矿8煤遗留煤柱与11^(-1)煤回采巷道合理错距值应为20~25 m。该研究揭示了上煤层遗留煤柱下底板应力传递机理,明确了底板应力增高区的分布及影响因素,并得到了巷道-煤柱合理错距值的确定方法,可为下煤层回采巷道的合理布置提供理论依据。

浆液套管增强沿空掘进煤柱稳定性数值模拟研究

为解决采动作用下沿空掘进巷道一侧窄煤柱变形等问题,现场采取浆液充填套管加固煤柱底板以改善煤柱的稳定性。采用数值模拟分析浆液充填套管对底板岩体变形的控制作用机制。数值计算结果显示,在横断面方向煤柱两侧测点变形高、中间测点变形低,近采空侧的测点变形大于近巷道侧测点变形。煤柱基底变形不一致会导致煤柱受力不均,顶板荷载作用下煤柱变形形态更加复杂。施加浆液充填套管后,煤柱基底测点的变形量减小。巷道侧煤柱底板测点变形减少20.5%,大于采空区一侧的改善效果19.2%。采动作用下随着深度增加底板岩层变形逐渐减小,施加浆液充填套管后底板岩层变形减小。对类似矿井的沿空掘进巷道一侧煤柱变形研究有指导意义。

采区下山煤柱下伏巷道底鼓力学机理

针对采区下山煤柱下伏巷道底鼓的问题,采用理论分析、数值模拟方法,对煤柱下巷道底板变形规律进行分析,并提出防治方法。研究结果表明:煤柱区集中应力影响下,下部岩层主要以垂直应力分布为主;基于弹性地基梁理论,得到了巷道底板挠曲线微分方程,分析发现,采区下山煤柱下伏巷道底鼓主要由上覆载荷过载所致,同时数值模拟也发现,随着采区两翼开采完毕后,采区下山煤柱上覆岩层形成“T”形空间结构,覆岩载荷通过“T”形空间结构由煤柱传递至下伏巷道围岩,围岩应力增幅达到50%;针对采区下山保护煤柱下巷道底鼓力源,提出了底板爆破预裂防治底鼓的方案,效果显著.

上覆近距离遗留煤柱下巷道综合支护技术研究

为解决近距离条件下上覆遗留煤柱作用下造成下伏巷道掘进变形大、原有支护方案无法有效控制围岩变形的问题,以沙曲二矿5303工作面机轨合一巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟及现场矿压监测等方法,分析了上覆采空区遗留煤柱向底板煤岩体传递载荷规律,研究了采动作用下底板破坏特征,提出了上覆遗留煤柱影响区内巷道综合支护技术。结果表明:遗留煤柱区在煤层底板造成明显的应力集中现象,基于塑性滑移线场理论计算获得底板破坏深度为6.38 m,机轨合一巷处于破坏深度边缘;提出了巷道迎头锚网索支护+滞后巷道顶板桁架锚索补强支护以及单体液压支柱+∏型钢梁加强支护的综合支护方案。数值模拟和现场矿压监测表明:巷道顶底板移近量和两帮变形量分别为210 mm和151 mm,顶部锚杆和锚索受力分别为142.4 kN和245 kN,均在可控范围内,该技术为在构造影响区、高应力区等特殊条件下巷道支护提供了借鉴。

近距离煤层下行跨煤柱开采巷道的合理布局

为了探究遗留区段煤柱对下伏回采巷道布局的影响,以煤峪口矿为工程背景,通过最大主应力集中系数判别底板应力增高区,采用理论解析、编程计算、数值模拟的方法,研究了不同开采阶段底板应力增高区的演化特征.结果表明:区段煤柱宽度、埋深、煤柱边缘至峰值区的距离及其垂直应力峰值控制着应力增高区的发育,采空区应力恢复特征对应力增高区的影响可以忽略;对比各模拟方案中煤柱-巷道错距与应力增高区对下煤层的影响范围峰值,并结合采空区应力逐渐恢复及工作面矿压显现的区域化特征,认为煤柱-巷道错距10~15 m为优选区间.选择12 m错距进行工业试验,取得了良好效果.

上行重复采动底板采空区突水及开采稳定性理论分析

下煤层积水采空区上采用“上垮-下柱”方式复采上煤层带来严重的安全稳定性与底板采空区突水问题。将下煤层煤柱群与承压性空区积水联合支撑的蹬空覆岩简化为半无限平面体,建立合理的力学模型,通过弹性力学求解,得到蹬空覆岩的应力场分布。引入Mohr-Coulomb准则,极值求解得到顶板覆岩最大破坏高度,再结合上煤层开采底板破坏深度,分析重复采动层间岩层稳定性状态,并提出了相应的判别指标。考虑层间隔水控制层与水头损耗,提出不同层间岩层稳定性状态下的突水判据,并揭示水平构造应力对重复开采稳定性的作用。兼顾重复采动稳定性、底板采空区突水、煤柱承载稳定性,给出不同工况条件下的评价方法与防治措施,包括合理的疏水降压措施与煤柱“柱旁充填”指标。研究结果表明:顶板应力场与采深、水平地应力、煤柱宽度、单个空区跨度、空区水压有关,采空区顶板破坏形态大致为“波浪形”;当安全系数T≥1,重复开采稳定性较差,未采取措施不易在上煤层采用长壁式垮落法开采;水压越大,可减轻煤柱承载,并使煤柱处于高围压条件下,煤柱稳定性较高,但高水压又易发生底板采空区突水;煤柱宽度越大,承担的平均支撑力越小,σ_(y)应力峰值越低,层向分布波动越小,σ_(x)应力同样越小,顶板与煤柱越不易发生破坏;侧压力系数大于1且越大,可有效提高上行重复开采的可行性;疏水降压后的水压值p_(1)需同时满足可规避突水与煤柱失稳的条件,即p_(m)<p_(1)<max(p_(f),h_(d)/100+p_(max)),否则需对积水完全疏放,后按照“柱旁充填”尺寸指标W_(m0)对空区进行柱旁充填。研究可为积水采空区上采用“上垮-下柱”安全复采上煤层、防止底板采空区突水、提高资源采出率及减少资源浪费提供有益指导。

不同底板岩性条件下煤柱宽度对巷道底鼓影响

为探究深部开采中不同底板岩性条件下煤柱留设宽度对巷道底鼓影响机理,以赵庄煤业3104巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验的方法,研究了深部厚煤层中回采巷道煤柱宽度参数变化,对不同岩性底板的承载应力场分布、最大破坏深度、破坏形态的影响。结果表明:巷道底鼓量及煤柱宽度与底板强度系数呈力学负相关;留设12 m煤柱时,3种岩性底板均无法支承上覆岩层载荷;留设16 m和20 m煤柱时,泥岩底板条件下破坏层位向巷道右侧煤岩体更深处转移,细砂岩、砂质泥岩底板载荷功能良好,破坏层位分布在巷道左侧及支护体围岩表层;提出了3104巷支护改进方案,有效降低了巷道底鼓。

双巷布置工作面留巷底鼓机理及护巷煤柱合理宽度研究

针对察哈素煤矿双巷布置工作面留巷底板变形大、控制困难等问题,通过现场监测,分析了31303辅助运输顺槽围岩变形破坏规律,基于巷道围岩地质力学特征,研究了31303辅助运输顺槽底鼓机理,确定采动应力是导致巷道底板围岩变形失稳的主要原因,提出了通过优化护巷煤柱宽度改善巷道应力环境,进而实现巷道围岩控制的方法,采用数值模拟和理论分析方法确定了护巷煤柱合理宽度为30 m,并进行了现场应用。结果表明,双巷布置工作面留巷围岩变形小、锚杆(索)受力稳定,煤柱护巷效果较好。

麦垛山煤矿沿空巷道围岩变形综合治理方法研究

麦垛山煤矿6号煤工作面巷道底鼓量达到巷道高度的50%~70%,两帮移近量达到0.7 m左右,严重影响巷道的正常使用。从现场实际出发,针对煤柱尺寸、围岩岩性以及采空区上覆岩层运动等影响因素,对130608风巷底鼓变形破坏原因进行深入分析。利用数值模拟、现场监测等方法,研究复杂地质条件下采动破坏巷道的围岩变形机理,提出“小煤柱卸压+巷道围岩改性+顶板水压致裂”综合治理方案。结果表明,结合130608工作面实际情况,预留6 m的小煤柱一定程度上缓解了应力集中现象。采用注浆方法尤其是选用高强无机注浆材料可以较好实现改良围岩特性的注浆加固效果;采用顶板水压致裂的方法,达到在一定程度上软化并致裂顶板,降低深部岩体强度的目的。研究成果可为类似矿井复杂地质条件下的巷道围岩变形治理提供借鉴。

陈蛮庄煤矿3602工作面突水分析及防治水措施

3602工作面开采过程中出现突水,为了分析工作面突水原因,通过对近露头煤柱留设情况及底板三灰岩层富水情况分析,并基于矿山压力理论,得出工作面涌水增加是停采导致底板破坏深度增大引起的。根据当前出水情况,提出了底板注浆加固、留设防水煤柱、疏水降压以及井下水害探测等防治水措施,确保工作面安全开采。

五沟煤矿F6断层缩小保护煤柱可行性研究

针对具体的地质条件,以五沟煤矿F6断层为研究对象,结合研究区域内断层及底板灰岩水的空间分布关系,采用数值模拟及理论分析相结合的方法,对留设不同宽度煤柱时断层的突水危险性进行分析;利用理论计算确定F6断层未处理之前合理的煤柱留设宽度,同时考虑F6断层的三维地震探查成果及井下实揭资料,理论分析了下部含水层的注浆加固范围;综合理论计算及数值模拟计算结果对F6断层煤柱缩小的可行性进行研究,研究结果对于提高五沟煤矿煤炭资源采出率有着重要的意义。

华胜煤矿房柱群下巷道非对称变形破坏机理及控制技术

在近距离煤层开采中,下煤层巷道的稳定性对于整个矿井的安全生产至关重要。因此,本文以兼并重组矿井华胜煤矿为工程案例,基于上煤层巷道房柱群采空区底板应力分布规律,研究了下煤层巷道的变形破坏机理及控制技术。首先,详细分析了华胜煤矿下煤层巷道的地质概况、围岩力学参数和原有支护方案,并基于现场钻孔窥视结果得到了下煤层巷道顶板房柱的具体位置,分析了下煤层巷道的非对称变形机理。然后,运用半无限平面理论计算得到了上煤层巷道房柱群采空区底板的应力分布规律。结果表明,上煤层中房柱群的不对称分布导致下煤层巷道顶板应力分布不均匀,从而引发了下煤层巷道的非对称变形,且越靠近上煤层房柱群中的煤柱,变形越大。基于此,进一步通过数值分析和现场应用对下煤层巷道位置及支护方案进行了优化和验证。华胜煤矿下煤层巷道在优化后的巷道位置及支护方案控制下整体并未出现非对称大变形。本研究结果对类似工程地质条件的下煤层巷道支护方案设计具有指导意义。

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。

煤柱下底板偏应力区域特征及案例

选取某煤矿近距离煤层为工程背景,采用FLAC3D模拟了8#煤层残余煤柱底板偏应力场分布特征。结果表明:(1)底板的偏应力呈扩散状向底板传递,距离煤柱越远扩散范围越广,煤柱边缘偏应力呈45°向底板传播;(2)煤柱较窄时,中线和边缘处偏应力影响深度浅,随煤柱宽度增加,底板偏应力变化和影响深度较大,当煤柱宽度足够大时,影响深度又变浅,中部趋于原岩应力;(3)同一水平面上,偏应力呈马鞍状分布,随煤柱宽度增加,煤柱中线处和边缘处偏应力经历了先增大后减小的过程,煤柱边缘处偏应力峰值位置变化不大;(4)同一煤柱宽度,煤柱边缘偏应力峰值向深部递减且趋势减慢,同时,峰值远离煤柱且趋势加快。在自由边界受均布载荷、底板垂直应力、水平应力、切应力解析解的基础上,推导了底板偏应力解析公式,解析与模拟结果基本吻合。具体到该工程的地质条件,9205轨道巷距离煤柱边缘20 m、9205回风巷在煤柱边缘、9205运输巷在煤柱中线处,9205轨道巷维护效果最好,证明了内错式巷道且距离煤柱足够远时,偏应力较小,宏观应力环境更适合巷道围岩自稳。

无底柱分段崩落法低贫化放矿的工业试验

在无底柱分段崩落法采场中进行了低贫化放矿的工业试验，两年多的生产实践表明，低贫化放矿在降低矿石贫化、减少岩石混入、提高输出矿石品位和块矿率等方面取得明显效果。

设回收进路的无底柱分段崩落法在玉石洼铁矿的应用

玉石洼铁矿１７０ｍ中段，应用设回收进路的无底柱分段崩落法开采矿岩软破的缓倾斜中厚矿体，取得了较好的技术经济效果．本文介绍该采矿法的顶板围岩处理方法、回采进路的凿岩爆破参数以及减小矿石贫化率的综合技术措施等．

降低矿石损失贫化的综合技术措施研究

通过鞍钢弓长岭井下铁矿西区试验矿块有底柱阶段崩落法的试验研究，提出了适合该矿体开采条件的采矿方法和底部结构参数，应用简单易行的两步骤放矿制度，采取加强凿岩爆破质量控制和放矿管理等综合技术措施，大幅度降低了矿石的损失贫化。

复杂岩层大断面硐室群围岩破坏机理及控制

针对复杂岩层巷道交叉点高应力集中区四周硐室群开挖围岩稳定性控制和支护技术等难题,通过对现场取样测试硐室群围岩物理力学参数、黏土矿物成分和松动圈大小,分析了赵庄煤矿三盘区带式输送机头硐室群及周边巷道围岩变形破坏特征和机理,表明硐室帮部煤柱和底板围岩是加固支护重点。利用FLAC3D数值模拟软件分析了硐室群开挖对硐室群及周边巷道围岩应力分布和塑性区分布范围的影响。基于理论分析和数值模拟提出了硐室及周边20 m范围内巷道围岩"强柱固底"的加固支护方案。现场工业试验表明,加固支护后,硐室群及周边巷道围岩变形得到了有效控制,围岩内部裂隙基本被浆液填充,60 d内围岩顶底板和两帮最大移近量分别为30 mm和50 mm,达到了理想的加固支护效果。

玉石洼铁矿采场地压控制方法与巷道支护优化

玉石洼铁矿采矿科技攻关中为了防止采场巷道发生破坏，保证正常生产，一方面在总结采场地压活动规律的基础上，提出了地压控制方法；另一方面在强化支护的基础上，提出了优化支护方案。实践表明，上述措施是有效的．本文对这些工作进行了总结．

地下车库柱网及楼盖选型与经济分析

通过对地下车库三种跨度下五种常用楼盖体系的分析计算,给出了各种体系下层高、造价、材料用量、停车数量等经济技术指标并加以讨论,得出了初步结果。