综采面沿空巷道超前动压区煤柱失稳效应与锚注加固技术

为探究综采面沿空巷道超前动压区煤柱对巷道围岩整体稳定的影响规律,综合采用数值模拟、工程应用等方法,建立沿空巷道超前巷道数值分析模型,研究综采面回采期间不同煤柱宽度下沿空巷道围岩力学和变形响应特征。研究结果表明:护巷煤柱宽度小于5 m时,工作面帮为采动应力主要承载结构,其内部应力及变形均大于煤柱帮,此时工作面帮应作为超前动压区重点加固对象,随着护巷煤柱宽度增加,煤柱承载应力逐渐增加、变形增大,护巷煤柱宽度增加至5 m以上时,煤柱承载应力显著增加,采动应力由沿空巷道两帮围岩共同承载,超前动压区应同时加强两帮支护,基于此开发超前动压区沿空巷道锚注加固技术,并进行工程应用。研究结果可为平顶山矿区类似条件沿空巷道超前控制提供一定参考。

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。

近距离煤层沿空掘巷围岩稳定性分析

合理的煤柱留设宽度及巷道布置错距不仅能保证煤炭的安全生产,还能提高煤炭资源的产出率,降低巷道支护的难度。以色连二矿近距离煤层群12409工作面为研究背景,采用理论分析得出沿空掘巷煤柱留设宽度,通过数值模拟研究了留设8 m小煤柱时回采巷道的稳定性,并进行现场工业性试验,监测回采期间巷道矿压显现规律。研究结果表明:①基于极限平衡理论及工程经验设计留设8 m小煤柱;②留设8 m小煤柱,测点超前工作面17 m时,煤柱内3.5~5.9 m分布式光纤应变值为-1 470~-7 268,表明煤柱内形成承载区域,利于巷道围岩控制;③回采期间,巷道顶底板及两帮的最大移近量分别为250、123 mm,在可控范围内,保证了矿井安全高效生产。

煤矿井下沿空巷道合理煤柱宽度研究

以山西离柳焦煤集团某矿工作面沿空巷道为工程背景,针对沿空掘巷煤柱稳定性及围岩大变形的问题,利用数值模拟和现场验证相结合的方法,研究了不同煤柱宽度下巷道围岩及煤柱的应力分布和变形规律,揭示了不同煤柱宽度对掘巷期间围岩应力及变形的影响,确定了最优煤柱宽度为6 m。在工作面实验巷道进行工业试验,验证了数值模拟所得合理煤柱宽度的有效性,验证了6 m煤柱宽度在经过支护后对巷道围岩整体稳定性控制效果较好,可保证沿空巷道的长期稳定。

近距离煤层内错开采上下双层位煤柱稳定性研究

近距离煤层上下煤柱叠加,双煤柱稳定性关系到煤柱留设的成功,通过理论计算分别推导出内错时上窄下宽双层位煤柱的载荷与煤柱合理宽度计算公式。分析上窄下宽双层位煤柱稳定性影响因素为上下煤柱宽度比、上下煤层开采厚度比、上下煤层采空区宽度比,得出:随着下、上煤柱宽度比的增加,上窄下宽煤柱下煤柱荷载呈现递减,下、上煤柱宽度比一定时,下煤柱荷载随着采空区宽度增加而增大;随着采空区宽度的增加,上窄下宽煤柱下煤柱荷载呈现递增,采空区宽度一定时,下煤柱荷载随着下、上煤柱厚度比增加而增加;随着下、上煤柱厚度比增加,上窄下宽煤柱下煤柱荷载呈现递增,下、上煤柱厚度比一定时,下煤柱荷载随着下、上煤柱宽度比增加而降低。

同忻煤矿窄煤柱宽度留设及围岩控制实践

针对特厚煤层综放开采沿空掘巷时,留设宽煤柱护巷造成煤炭资源丢失严重,以及围岩变形量大、煤壁片帮等问题,以同忻煤矿8311工作面5311回风巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场观测相结合的方法,对其沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的留设进行了分析。研究表明,理论分析得知留设煤柱宽度为6 m左右时可确保5311回风巷位于沿空边缘煤体支承压力降低区和煤体应力屈服区,有利于巷道围岩的稳定。基于3DEC数值模拟分析,得到留设6 m煤柱5311回风巷的稳定性以及8311工作面回采后沿空掘巷超前段顶板、实体煤帮、煤柱内围岩应力分布和塑性区演化特征。经现场应用,验证了综放开采留设窄煤柱掘巷技术的优越性和可靠性。

马军峪矿9+10号煤沿空掘巷关键参数研究

针对马军峪煤矿9+10号煤回采期间存在巷道围岩变形的问题,马军峪煤矿拟采用小煤柱沿空掘巷,通过理论分析和数值模拟的方法,确定沿空掘巷切顶合理参数及最优煤柱宽度为5 m,现场应用结果表明,留设5 m小煤柱后掘巷,实体煤帮变化量及顶板下沉量、切顶较非切顶侧均降低,效果良好。该研究为类似条件下的小煤柱沿空掘巷技术提供借鉴。

杜儿坪煤矿72908面回风巷煤柱宽度设计

针对杜儿坪矿72908工作面回风巷沿空掘巷煤柱留设问题,采用理论计算、数值模拟分析的方法得到合理宽度应为7 m。

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。

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。

复合顶板沿空掘巷煤柱宽度计算与支护方案

余吾煤矿主采的3号煤层顶板由泥岩、砂质泥岩、中砂质等组成,岩层厚度较小,岩层强度较低,属于复合顶板。为提高矿井煤炭资源利用率,S1206工作面采用窄煤柱开采方法,沿空掘进S12061巷。通过理论计算,煤柱宽度范围为6.45~8.7m,综合考虑各种因素,最终确定煤柱宽度为8m;采用顶板注浆+锚杆(索)联合支护技术,巷道掘进期间巷道顶底板最大变形量为94mm,两帮变形量最大为136mm,应用效果较好。

缓倾斜煤层斜梯形巷道沿空煤柱宽度及围岩控制研究

为探究缓倾斜煤层斜梯形沿空巷道煤柱留设尺寸合理值和留巷围岩控制技术,以任楼煤矿72510N工作面为工程背景,应用考虑煤层倾角的内外应力场理论、数值模拟和现场试验展开研究。理论计算确定72510N工作面内应力场的宽度为13.4 m,煤柱尺寸合理值应不大于8.4 m,结合模拟计算结果确定煤柱尺寸合理值为7 m。在分析控制缓倾斜煤层斜梯形沿空掘巷围岩变形难点的基础上,结合研究结果,提出采用非对称支护对围岩进行控制,支护方式为“高强锚杆+顶板高强长锚索+煤柱帮斜拉锚索+锚网”,并在现场进行了应用。现场试验结果表明,煤柱留设尺寸7 m及采用非对称支护技术沿空巷道围岩大变形可得到有效控制,实测顶板右中、顶板左中、煤柱、实体煤和底板测点在掘进期间观测最大位移量分别为121,105,96,90,82 mm,回采期间观测最大位移量分别为389,363,346,335,325 mm,满足了现场生产需求。

倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度留设研究

针对倾斜煤层半煤岩沿空掘巷围岩产生非对称大变形的难题,以贵州土城矿1509回风巷为例,进行了该类巷道合理煤柱宽度留设研究。基于极限平衡理论建立了倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度计算模型,结合该矿实际生产地质条件计算得出煤柱合理理论宽度为4.68~5.46m;通过数值模拟分析了5种不同宽度煤柱下1509回风巷围岩塑性区分布、应力及位移演化规律,模拟结果表明:当煤柱宽度为5m时,巷道稳定性较好且能保证矿井的回采率。现场试验结果显示,1509回风巷采用留设5m宽煤柱进行掘进护巷后,巷道轮廓相对完整,变形明显减小,围岩完整性较好,有利于提高倾斜煤层半煤岩沿空掘巷的稳定性。

窄煤柱工作面巷旁充填沿空留巷控制技术及应用

以潞安化工集团司马煤业有限公司1218工作面回风巷为工程背景,采用数值模拟和现场实测相结合的研究方法分析了窄煤柱工作面沿空留巷合理支护体宽度。研究表明:当充填体宽度过小时充填体承载能力较小,支护体整体呈塑性分布,沿空留巷围岩变形量较大;当充填体宽度过大时其支护强度越强,支护体塑性区域减小,但围岩变形量减小不明显,且使成本增加。最终确定充填体宽度为2 m。在此基础上,提出了“巷旁充填柔模混凝土墙+单体柱+基本底注浆+巷内锚网索”联合支护技术,并成功进行了工程应用。经过现场工业试验表明:沿空留巷顶底板移近量最大为495 mm,两帮移近量最大为326 mm,分别为原顶底板和两帮移近量的41.9%和35.4%。巷道围岩变形在允许范围内,留巷效果良好。

特厚煤层沿空巷道煤柱留设宽度研究

针对特厚煤层综采工作面的回采巷道护巷煤柱宽度留设的问题,以南阳坡煤矿6104工作面回风顺槽为工程背景,采用数值模拟的方法,研究了不同宽度煤柱下的垂直应力及塑性区分布规律。研究结果表明:煤柱宽度在5~15 m时未出现弹性核区,宽度为20 m时出现弹性核区,平均7 m,煤柱的整体变形不大,处于稳定状态,煤柱宽度大于20 m,弹性核区宽度也渐渐增大;当煤柱宽度为20~30 m时,垂直应力出现双峰值,且随煤柱尺寸变大,峰值有所减少。综合考虑,留设护巷煤柱的最优宽度为20 m。

基于块体离散元的厚煤层沿空巷道合理煤柱宽度分析

沿空巷道是煤炭资源绿色高效回采的重要技术,厚煤层中的沿空巷道矿压显现较为剧烈,具有其独特性。以范各庄矿2375工作面顺槽为工程背景,采用块体离散元计算程序UDEC模拟分析了不同宽度护巷煤柱条件下厚煤层中沿空巷道围岩的稳定性,确定了该矿地质条件下合理煤柱宽度为5.5 m。现场实践表明:采用该宽度煤柱护巷后,巷道断面率满足生产要求,验证了设计参数的合理性。相关研究成果可为类似赋存条件下的厚煤层沿空巷道设计提供参考借鉴。

突出煤层沿空掘巷卸压应力降低区宽度研究

根据《防治煤与瓦斯突出细则》,突出煤层的煤巷与煤体卸压消突边界的间距应超过20 m。为了探究近水平突出煤层沿空掘巷卸压应力降低区宽度,通过实测卸压消突带煤体的残存瓦斯压力、瓦斯含量,结合采掘进程中巷旁煤体应力降低区宽度数值模拟结果,建立了现场工作面在不同时空条件下回采的应力降低区宽度预测模型。研究发现:在卸压消突带向应力增高区的过渡区域,残存瓦斯压力与瓦斯含量剧增;利用河南城郊煤矿突出煤层卸压消突带煤体残存瓦斯压力和瓦斯含量实测数据,经数值仿真验证,在回采工作面向前推进到500 m、掘巷约330 d的情况下,终采线处巷旁煤体的应力降低区宽度至少达到35 m,符合《防治煤与瓦斯突出细则》中有关煤巷掘进消突要求,且可在沿空掘巷时预留5 m煤柱。研究成果可为沿空掘巷窄煤柱宽度的确定和在应力降低区消突范围内布置沿空掘巷提供理论参考。

深埋大采高沿空掘巷窄煤柱留设及围岩控制技术研究

针对深埋厚煤层大采高区段煤柱留设宽度大,工作面煤炭回采率低的问题,以黄陵二号煤矿303辅运顺槽为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的研究方法,对沿空掘巷护巷窄煤柱合理宽度和巷道支护方案进行研究。结果表明,窄煤柱宽度为7 m时,既能保持自身稳定,又能对上覆岩层形成有效支撑。采用“锚网索带”联合支护方案后,巷道顶底板及两帮相对移近量最大值分别为83.17 mm和176.55 mm,累计顶板离层量为49.15 mm,巷道围岩变形控制效果显著。研究成果为该矿其他工作面和类似工程条件矿井采用窄煤柱沿空掘巷技术提供了参考。

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。

深部工作面上覆巨厚火成岩条件下采动规律研究

安居煤矿2311工作面上覆约厚140 m的巨厚火成岩,严重影响工作面的安全开采,为研究上覆巨厚火成岩在工作面回采期间的运移规律,针对安居煤矿上覆巨厚火成岩的开采条件,以2311工作面为研究对象,从现场实际出发,采用理论分析和数值模拟的方法对2311工作面外段上覆巨厚火成岩采动规律进行研究。通过关键层的判别公式,确定了2311工作面上方的关键层位置,并计算得出巨厚火成岩对2311工作面外段回采期间的覆岩运动起主控作用。通过建立“两端固支梁”的力学模型,计算得出工作面上覆巨厚火成岩的极限破断距以及对应2311工作面采空区宽度,结果表明2311工作面外段回采期间上覆巨厚火成岩不会破断。最后,采用FLAC3D数值模拟方法,模拟2311工作面外段回采期间的应力分布状态,得出2311工作面外段回采期间的超前支承应力在可控范围内,从而验证了理论分析的正确性。