Failure laws of narrow pillar and asymmetric control technique of gob-side entry driving in island coal face

In allusion to the problems of complex stress distribution in the surrounding rock and deformation failure laws, as well as the difficulty in roadway supporting of the gob-side entry driving in the island coal face, 2107 face in Chengjiao Colliery is researched as an engineering case. Through physical mechanical test of rock, theoretical and numerical simulation analyses of rock, the analysis model of the roadway overlying strata structure was established, and its parameters quantified. To reveal the deformation law of the surrounding rock, the stability of the overlying strata structure was studied before, during and after the roadway driving. According to the field conditions, the stress distribution in coal pillar was quantified, and the surrounding rock deformation feature studied with different widths of the pillars in gob-side entry driving. Finally, the pillar width of 4 m was considered as the most reasonable. The research results show that there is great difference in support conditions among roadway roof, entity coal side and narrow pillar side. Besides, the asymmetric control technique for support of the surrounding rock was proposed. The asymmetric control technique was proved to be reasonable by field monitoring, support by bolt-net, steel ladder and steel wire truss used in narrow pillar side.

三角煤柱孤岛工作面冲击地压防治技术研究

为解决近邻三角形煤柱孤岛工作面冲击地压防治问题,分析了国内该条件下导致冲击地压的研究现状;以唐山矿Y392工作面为研究对象,通过理论分析得出了以大埋深、上覆不规则煤柱、本层三角形煤柱、孤岛工作面冲击地压的主控因素;采用FLAC3D建立了数值模型,分析了本层三角形煤柱孤岛工作面的应力分布规律;提出了通过顶板预裂调控冲击地压主控因素的防冲方法;最后通过现场工程实践,建立并实施了以顶板预裂为主的冲击地压防治技术,通过应力法和钻屑法验证了顶板预裂对该条件下的冲击地压防控具有良好的效果。

中深部孤岛工作面窄煤柱沿空掘巷支护技术研究

孤岛工作面沿空掘巷存在围岩变形严重、控制难度大、成本高的问题。以某矿5103回风顺槽为研究对象,运用多种设计方法,综合确定护巷煤柱最佳宽度为6 m;提出顶板围岩浅部基础层、中部承载层和深部强化层多圈层高效支护技术,以长锚杆+柔性锚杆+长锚索为主形成多圈层承载结构。通过在5103回风顺槽进行工业试验表明,巷道围岩变形得到有效控制,取得良好的安全、经济效益,可为相似条件下孤岛工作面的开采提供借鉴。

上覆不规则煤柱孤岛工作面冲击地压弱结构法防治技术

为解决上覆不规则煤柱孤岛工作面冲击地压防治问题,分析了国内该条件下导致冲击地压的研究现状;以唐山矿Y484工作面为研究对象,分析得出以上覆不规则煤柱、大埋深、本层煤柱和煤岩层结构为主的上覆不规则孤岛工作面冲击地压的主控因素;提出了通过制造弱结构调控冲击地压主控因素的防冲方法,描述了弱结构的特征及其通过调整应力分布防治冲击地压的原理;采用FLAC3D建立数值模型,分析了上覆不规则煤柱孤岛工作面的变形破坏过程及应力分布规律,使用弹塑性本构模型模拟弱结构,验证了弱结构对冲击地压的防控作用。通过现场工程实践,建立并实施了以弱结构为主的冲击地压防治技术,并通过应力法和钻屑法验证了弱结构对该条件下的冲击地压具有良好的防控效果。

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。

孤岛工作面覆岩结构演化及区段煤柱稳定性

为探究浅埋煤层孤岛工作面开采时覆岩结构演化及区段煤柱稳定性,以泰华煤矿50104工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测相结合的研究手段,分析其两侧区段煤柱承载能力及区段煤柱覆岩结构演化特征;并利用FLAC 3D数值软件,模拟塑性区分布情况以及采动应力演化特征。结果表明:50104工作面推进过程中,东西两侧区段煤柱塑性破坏滞后于工作面推进过程,位于工作面后方采空区处的区段煤柱处于塑性破坏状态,而位于工作面煤壁前方的煤柱存在稳定的弹性区,整体保持稳定,且两侧区段煤柱应力分布呈现相同特征,2条11 m煤柱高应力集中区域保持对称,均位于工作面后方;工作面区段煤柱高应力破坏区域发展速度滞后于工作面推进速度,工作面前方区段煤柱中心区域平均应力值从3.35 MPa增加至3.54 MPa,但始终未超过理论计算得到的煤柱承载强度值;通过分析50104工作面的矿压监测数据,得出实测初撑力均值为3932.4 kN,占液压支架额定初撑力的55%;平均最大工作阻力5812.3kN,占额定工作阻力的61.2%;加权平均阻力均值为4836.6kN/架,占额定工作阻力的50.9%;最大来压6013 kN,支架应力约2.35 MPa,证明11 m煤柱稳定,位于工作面煤壁前方区段煤柱的整体稳定性较好。

浅埋深采空区下孤岛工作面区段煤柱稳定性研究

为了揭示浅埋深采空区下孤岛工作面区段煤柱稳定,以榆家梁煤矿52302孤岛工作面为工程背景,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,研究了孤岛工作面回采期间覆岩采动应力的分布特征,分析区段煤柱应力演化规律,理论校核区段煤柱稳定性。研究结果表明:结合采空区侧向煤体在动态支承压力形成极限平衡区,理论计算得出两侧支承压力峰值距离52302孤岛工作面边缘煤壁约为1.74 m,支承压力影响范围约为13.1 m。数值模拟得出初次来压步距约为60~70 m,周期来压步距约为15~20 m,孤岛工作面两侧煤柱最大应力为17.54 MPa,煤柱两侧塑性区范围为2~3 m。根据煤柱稳定性分析,区段煤柱核区宽度12.228 m,区段煤柱核区率81.52%,宽度15 m的工作面区段煤柱可保持稳定。研究结果可为类似条件工作面过平行煤柱开采提供参考。

寺河煤矿2301(上)工作面沿空巷道无煤柱开采技术

针对寺河煤矿孤岛煤柱工作面工程条件,根据关键层理论,对孤岛煤柱工作面开采上覆岩体破断结构特征进行分析,寺河煤矿在巷道掘进支护时,上覆岩体可能存在砌体梁或者伪砌体梁结构,该结构会影响巷道的稳定性,同时由于采用分层方法进行2次回采,煤柱两侧采空区上覆岩层破坏较为严重,由此提出U型钢+柔模墙体支护的窄小煤柱沿空掘巷方案和锚碹基本支护的零煤柱沿空送巷方案,通过对比,最终确定在寺河煤矿2301(上)工作面选用窄小煤柱沿空掘巷方案进行工程试验。试验结果表明,不仅解决了矿井掘进及低回收率问题,避免井下煤柱的应力集中,而且实现区段无煤柱开采,回收留设的40 m煤柱,增加了矿井的可采储量,利于矿区可持续发展。

双陷落柱孤岛工作面托顶煤巷关键区域防控研究

为判断常村煤矿S5-15工作面应力集中区域,解决巷道由于高偏应力造成的变形剧烈难题,通过数值模拟,分析了特殊孤岛工作面掘巷及回采扰动下巷道存在大变形失稳破坏的关键位置,对比不同煤柱宽度高应力区域的分布,结果表明:10 m煤柱下不同回采时期的高应力集中区域不同,其重点防控区域也不同;不同煤柱下巷道上方高应力集中程度不同,随着所留煤柱的增加,高应力呈现相反的变化趋势。该研究为后续巷道围岩的重点防控提供思路。

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。

不同煤柱尺寸下小煤柱护巷围岩稳定性研究

煤柱是维持巷道围岩稳定性的关键因素之一,为研究不同煤柱尺寸下巷道围岩的破坏特征,以常村煤矿S5-15工作面为工程背景,运用UDEC数值模拟软件分析了不同宽度煤柱结构特征,探讨了一侧采空条件下掘巷期间窄煤柱巷道围岩稳定控制方案。结果表明:随留设煤柱宽度的增大,巷道右肩角方向的最大主应力逐渐转移到煤柱上,煤柱的弹性区范围同样也逐渐变大,煤柱所形成的承载结构效果越好。以6 m窄煤柱为例,对比探讨了巷道围岩稳定控制方案,发现在使用斜拉锚索的基础上进行切顶卸压,对于巷道围岩的稳定性效果最好。

孤岛工作面的概念及判定探讨

孤岛工作面在煤矿生产和安全监察中占有重要地位,但其概念至今尚无准确界定。定义了工作面的孤岛属性,分析了孤岛工作面的概念内涵和外延,提出了工作面孤岛属性的判定流程。以龙家堡煤矿305工作面为例,通过分析工作面西翼和北翼煤柱体的煤柱尺寸效应,对305工作面的孤岛属性进行了判定。结果表明,305工作面不具有孤岛属性,305工作面不属于孤岛工作面,给出了非典型孤岛工作面孤岛属性的判定思路。

深埋厚煤层孤岛煤柱开采冲击危险性评价与治理

对3106孤岛工作面采用综合指数法来评价冲击地压危险性。在对3106孤岛工作面动静载扰动因素进行分析基础上建立冲击地压发生的断裂力学模型,对回采巷道支护体系防冲能力进行分析,为3106工作面冲击地压防治提出可行的安全技术措施,对该矿孤岛工作面安全高效生产具有重要意义。

应用能位测定法和SF_6示踪技术检测孤岛工作面小煤柱漏风状态

为防止和抑制小煤柱以及采空区煤炭自燃,应用能位测定法和SF6示踪技术研究了谢桥煤矿11煤1222(1)孤岛工作面小煤柱及相邻采空区的漏风状态。通过能位测定研究了谢桥煤矿11煤1222(1)工作面存在的可能漏风路径,在此基础上,利用SF6示踪技术确定了工作面采空区的漏风状况。测定结果表明:1222(1)回风巷段7 m宽小煤柱整体状态较好,漏风情况不明显,漏风主要由1222(1)工作面采空区流向1212(1)工作面采空区。该研究结果可为防止和抑制小煤柱及采空区煤炭自燃提供参考。

孤岛煤柱卸压开采对下伏大巷围岩稳定性的影响研究

为了保证孤岛工作面回采过程中下伏大巷围岩的稳定,结合孤岛煤柱的防冲和下伏大巷围岩控制技术,探讨采用超前钻孔卸压的方法对开滦集团东欢坨矿孤岛煤体进行回收。并运用FLAC3D进行数值模拟研究,分析了不同钻孔深度对工作面卸压效果以及卸压前后下伏大巷围岩状态的变化。结果表明,当卸压钻孔长度为30m时,工作面卸压效果最为理想,下伏大巷围岩状态最佳。

回坡底煤矿回采巷道非对称底鼓机理及防治措施

以回坡底煤矿为工程背景,通过理论分析、数值模拟及现场实测研究了孤岛煤柱下回采巷道的非对称变形机理,提出了相应的底鼓防治措施。研究结果表明:孤岛煤柱下方岩体存在分区破坏特征且以剪切破坏为主,而采空区下方岩体以拉伸破坏为主,岩体破坏形态呈倒梯形;11-1021巷道位于剪切破坏和拉破坏岩体的交界处,导致巷道两侧围岩的破坏程度和破坏特征不同,从而巷道表现出非对称变形特征,1021巷道靠近煤柱侧围岩内应力较大,变形量较小,而靠近采空侧围岩的应力小,底鼓量大。基于巷道两侧围岩的应力和变形分布特征,提出了一种基于让抗结合的底鼓防治技术并进行现场验证,结果表明:当巷道不受采动影响时,经底鼓防治措施处理的区域底鼓量大幅减小,并且随时间增长底鼓速度趋于稳定;当巷道受采动影响时,经防治措施处理区域底鼓量减小近1/2,满足生产要求。

开采孤岛煤柱的冲击危险性区预测

为了确保"孤岛"煤柱资源回采过程中的安全生产,预测其冲击危险性,通过Flac3D实现对矿井4、6煤层采空区和煤柱支承应力分布与塑性变形区域分布模拟,详细分析了两煤层中的7个应力集中点在走向、倾向上的应力分布和塑性变形区域分布,并按照分析结果,在4煤层划分了5个高危冲击危险区,在6煤层划分了2个高危冲击危险区。该研究为制定防冲、防突等措施提供参数数据,对于指导现场生产具有重要的应用价值。

浅埋煤层孤岛工作面区段煤柱宽度优化

针对浅埋煤层孤岛工作面区段煤柱宽度优化问题,以南梁煤矿3^(-1)煤层30101-1孤岛工作面区段煤柱为工程背景,建立了孤岛工作面区段煤柱上方覆岩结构在采掘活动影响下的演化特征模型;利用两区约束理论、极限平衡理论计算得出了该地质条件下孤岛工作面区段煤柱塑性区宽度不小于3 m,区段煤柱宽度不小于10 m;采用Flac^(3D)数值模拟软件分析了该工作面区段煤柱宽度为15,12,10,8 m时的应力演化规律、塑性区分布规律以及巷道变形规律,结果表明:该区段煤柱宽度小于12 m时,巷道变形量骤然增大,煤柱弹性区急剧缩小,塑性区占比增大,且超过区段煤柱宽度的60%;同时结合相邻工作面区段煤柱留设情况,最终确定南梁煤矿30101-1孤岛工作面区段煤柱优化后的宽度为12 m时,满足安全生产要求。

孤岛煤柱下沿空掘巷底鼓机理及控制技术

针对孤岛煤柱下沿空掘巷围岩应力大、巷道底鼓严重的问题,分析了巷道围岩性质、工作面动压、沿空掘巷窄煤柱宽度、孤岛煤柱集中应力等对巷道底鼓的影响,通过数值计算得到该类巷道具有围岩塑性区分布大、最大主应力等值线远离底板、底板岩层易挤压流动造成巷道剧烈底鼓等特点。在分析平沟煤矿1603轨道平巷底板浅部围岩位移特点的基础上,提出采用2根底角锚杆、2根底板锚杆的加固法控制巷道底鼓,现场观测表明,该支护方案加固后巷道底鼓量减小65%,取得了良好的控制效果。

孤岛型边角煤柱工作面反弧形覆岩结构诱冲机理及其控制

为有效控制边角煤柱回收过程的冲击矿压灾害,根据三侧采空的孤岛型边角煤柱特点,采用理论分析和数值模拟方法,分析了上覆岩层结构特征及诱冲机理及其控制措施。研究得出:三侧采空的孤岛型边角煤柱工作面具有"T"形与"г"形结构组成的反弧形覆岩结构,该结构使煤柱形成一环绕工作面的反弧形高应力和弹性能积聚区;回采过程中,"г"形悬顶的周期性运动导致反弧形覆岩结构处于动态变化过程,动静应力综合作用对煤体稳定状态造成影响,是诱发冲击矿压的主要原因;提出了对沿空巷道实体煤侧实施卸压弱化、对窄煤柱侧实施支护强化的非对称控制对策,降低反弧形覆岩结构的影响,控制冲击危险。