近距离煤层联采巷道交错布置及支护技术研究

为解决近距离煤层联合开采时采出率低、安全性差等问题,探究巷道交错布置方式及下煤层巷道支护技术在近距离煤层联合开采中的应用,以山西晋保煤矿12#、13#煤层地质条件为研究背景,采用理论分析与FLAC3D数值模拟的研究方法,研究了巷道采用交错布置时下煤层巷道的围岩变形与矿压变化,得到巷道交错式布置时上下煤层巷道的水平错距应大于7.98 m。通过数值模拟分析矿方原始支护方案与新支护方案下煤层巷道顶板的垂直位移变化规律,确定对下煤层巷道进行锚网索联合支护的分区支护方案。结合现场实测结果表明:下煤层巷道围岩变形处于可控范围内,交错式巷道布置方式以及巷道分区支护方案较为合理,能够保证工作面的安全生产,可以为类似地质条件下近距离煤层的开挖提供借鉴。

极薄煤层端头支架与巷道围岩数值模拟

根据双阳煤矿极薄煤层巷道地质条件,设计了极薄煤层端头支架,分析并计算该支架主要承受的静载荷、动载荷、冲击载荷;运用3DEC软件分析极薄煤层巷道在有、无极薄煤层端头支架支护条件下围岩应力云图以及支护过程中受力曲线,从而确定合理的工作阻力。数值模拟结果表明:在水平、垂直应力场中巷道围岩应力减少20%;确定极薄煤层端头支架工作阻力为3 000 kN;支架随距离不断增加,受力整体趋势增加。

近距离煤层动压巷道稳定控制技术实践

针对陕西某矿1-3采区上覆3205工作面回采期间下覆3403工作面需要进行掘进的现状,为了确保下覆3403工作面煤岩得到稳定控制,利用数值模拟的方法,分析上覆工作面的采动应力和下覆工作面的掘进应力叠加的影响规律。采用FLAC^(3D)数值模拟软件进行分析,确定了应力叠加的影响范围为水平层位相遇前70 m至相遇后20 m。在此基础上,分区域设计了相应的锚网索支护参数。通过实测巷道离层和变形,发现巷道顶板离层、下沉和两帮移近位移变化均控制在10 mm以内,变形得到了有效控制,验证了支护参数设计较为合理,保证了矿井的安全高效生产。

煤层群上层工作面回采对下层巷道稳定的影响分析

以冯家塔煤矿近距离煤层上下同时开采为工程背景,利用数值模拟的方法,分析在上煤层工作面的采动作用下,下煤层工作面已掘巷道的矿压显现规律,由此确定其超前影响范围、巷道顶板下沉特征以及巷道支护参数。通过实测下煤层巷道离层和变形数据,巷道顶板离层、下沉和两帮移近位移变化量均控制在10 mm以内,巷道变形得到了有效地控制,验证了已有的支护参数设计比较合理,能保障矿井的安全高效生产。

特厚煤层沿顶巷道抗剪锚管索帮角控制技术研究

针对特厚煤层沿顶巷道帮角围岩破碎外挤、锚索自由段受不均匀组合荷载作用导致的端部上翘和帮部变形较大等问题,以同忻矿8204巷道为研究对象,通过现场调研、拉剪试验、FLAC3D数值模拟和现场工业性试验等方法,并利用研发的抗剪锚管索支护结构进行特厚煤层沿顶巷道抗剪锚管索帮角控制技术研究。首先开展拉剪试验,测试锚索组成抗剪锚管索结构前后的承载能力;其次在不考虑原岩应力影响的条件下,通过对巷道围岩内部支护应力场的分布情况,查找原支护方案帮部支护效果较差的原因;最后结合强帮强角支护理念,提出抗剪锚管索帮角控制技术及支护优化方案,利用数值模拟方法险证该优化方案的支护效果,并在现场进行长为300 m的工业性试验。现场监测数据表明,应用所研抗剪锚管索帮角控制技术后,特厚煤层沿顶巷道围岩变形得到了有效控制。

近距离煤层开采底板应力演化规律及围岩稳定性研究

为了研究近距离煤层开采诱发围岩失稳问题,以贵州林东煤业龙凤煤矿5#、9#煤层回采巷道为工程背景,采用数值模拟的方法分析了上位煤层开采过程中底板应力演化规律及周围回采巷道变形破坏特征。研究结果表明:距底板不同法向距离的垂直应力在横向上呈对称分布且变化规律基本一致,纵向上的分布随着深度的增加呈线性增长趋势;当工作面分别推进不同距离时,巷道呈现不同的变形破坏特征;相邻区段回风巷与下位9#煤层回风巷围岩应力增加,且围岩应力呈非对称性分布,9#煤层运输巷处于卸荷区,但围岩力学性质劣化程度高,围岩承载力降低;处于应力增高区的巷道围岩以剪切破坏为主,处于卸荷区的巷道围岩以拉伸破坏为主。

大倾角放顶煤采场围岩应力分布模拟及其特征分析

为研究大倾角放顶煤采场围岩应力分布特征,以唐山矿0291工作面为背景,基于弹塑性极限平衡理论分析了大倾角放顶煤采场围岩应力分布特征;根据工作面赋存条件,采用FLAC3D软件模拟了工作面推进至不同位置处的围岩应力变化。研究结果表明:大倾角放顶煤采场围岩应力分布特征理论表现为塑性区支承压力与其距煤壁距离成正相关,峰值为KγH,0291工作面应力峰值点位于工作面煤壁前方10 m左右位置处;工作面顶煤与顶板会发生较大范围的塑性破坏,上覆岩层破坏范围约为60 m,期间顶煤会发生多次压剪破坏,使得顶煤破坏程度升高,粒度减小,具有较好的冒放性。

煤层群错位工作面煤柱应力集中区巷道围岩控制技术研究

为获取煤层群错位布置工作面煤柱应力集中区巷道发生大变形的机制,采用数值计算及现场实测的方法对巷道围岩受力特征及破坏规律进行了研究。研究结果表明,煤层群上组煤层煤柱集中应力与下组煤层31112工作面回采后的侧向支承压力叠加导致巷道受力大幅增加,原有支护强度不足导致巷道发生大变形;分析了叠加应力大幅增加的主要原因是错位工作面上组煤层传递的集中应力来源于采区边界煤柱,而边界煤柱向下传导应力影响范围较区段间煤柱大,且衰减慢,同时侧向支承压力叠加下加剧了巷道围岩受力的不平衡性,巷道围岩在邻近采空区的副帮侧及副帮顶板破坏范围较大,造成了巷道的局部失稳进而形成大变形。依据实测的破坏范围对原有支护方案进行修正,设计了补强支护方案,现场实测表明补强支护后巷道变形显著减小。

急倾斜水平分段放顶煤开采应力分布规律及冲击地压防治

为了揭示急倾斜煤层水平分段放顶煤开采应力场分布特征及冲击地压显现规律,以王家山煤矿东一采区为工程背景;理论分析了急倾斜水平分段开采冲击地压显现特征,数值模拟分析了急倾斜煤层水平分段开采应力场演化规律;揭示了急倾斜煤层水平分段开采矿震动载扰动诱发底煤冲击地压显现的规律。结果表明:随着开采分段数增加,工作面采动应力持续增大,顶板巷应力集中程度高于底板巷,最大主应力由原水平方向分布转为沿垂直煤层倾向分布,导致顶板巷周围煤体水平应力集中程度高;工作面煤体水平应力场倾向方向呈现先增大再减小的趋势,且顶板侧水平应力明显高于底板侧水平应力,应力峰值与开采深度呈线性正相关关系,顶板巷冲击危险性明显较高。根据冲击地压发生规律,针对性制定了急倾斜水平分段开采冲击地压防治方案并进行了防治实践,监测表明防冲效果显著。

深井厚煤层沿空巷道掘采全过程应力分布及支护技术

为解决反复加卸载作用下深井厚煤层沿空巷道围岩控制难题,以袁店一井煤矿1037工作面回风巷为工程背景,通过FLAC3D数值模拟,对反复加卸载沿空巷道全过程应力分布特征及演化规律进行了系统研究,提出了“锚带网索+帮部喷注浆+顶板非对称锚索梁补强+煤柱肩底角锚索梁补强”联合支护方案。研究结果表明:(1)上工作面采空区侧向支承压力峰值距煤壁12~13 m,其值约27.5 MPa,影响范围为60~70 m;(2)1037工作面风巷掘进后,垂直应力峰值向实体煤深部转移,距采空区煤壁约17 m处,约30.7 MPa,相比掘巷前,增大11.6%,小煤柱上垂直应力相比掘巷前,降低了约62.6%;(3)随着1037工作面的推进,工作面前方20 m处形成超前支承压力峰值,达到45.9 MPa,约为2.8倍原岩应力。现场观测结果表明,控制方案取得较好控制效果。

近距离孤岛工作面动压影响巷道围岩控制

近距离煤层孤岛工作面上部煤层与下部煤层回采巷道为楼上楼形式时,下部煤层回采巷道的维护十分困难.结合付村矿209孤岛工作面工程地质实际条件,运用三维数值模拟软件FLAC3D,分析了此种情况下,影响下部煤层回采巷道围岩稳定性的主要因素.通过对3上煤层开采影响下3下巷道围岩的位移与应力分析研究,指出孤岛工作面楼上楼巷道围岩极不稳定,在动压影响下极易产生形变,其中水平应力对巷道围岩的影响比垂直应力更大.在此基础上提出了控制巷道围岩的空间斜拉锚索的支护方案.

大倾角煤层开采顶板垮落特征及矿压显现规律

为了研究大倾角条件下的综合机械化采煤工作面矿压显现规律,采用FLAC5.02D数值模拟软件建立相应的分析模型,模拟了煤层开采过程中的顶板垮落和围岩应力分布特征,重点分析了工作面上下端头的围岩应力分布规律及变形特点;结合具体生产矿井的综采工作面现场情况,得出了综采工作面推进过程中的周期来压、采动影响范围和煤壁片帮等矿压显现特征,并针对开采中出现的问题提出了相应的安全防范措施.

浅埋煤层长壁开采围岩应力场特征研究

利用数值模拟及现场观测,研究了浅埋深长壁工作面围岩应力场特征,得出上覆岩层中可形成承压拱结构,该结构能否稳定存在直接关系到工作面矿压显现,并提出将承压拱结构能否稳定存在作为判别某一煤层是否为浅埋煤层的方法。分析了采高和工作面长度对承压拱结构稳定性的影响程度,结果表明:采高对承压拱结构的临界高度及结构稳定性影响十分显著,当采高达到一定值后,上覆岩层中不能形成稳定的承压拱结构;工作面长度对于承压拱结构的稳定性具有很大影响,但当工作面达到一定临界长度时,再加长工作面对覆岩结构稳定性影响程度降低。

海鸿煤矿5~#煤层下分层工作面回采巷道布置研究

针对厚煤层下分层回采巷道面临压力大、维护难的问题,选取海鸿煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,对该煤矿5#煤层下分层52102工作面回采巷道布置方式进行研究。对比分析了厚煤层下分层回采巷道3种常见的布置方式(垂直式、内错式、外错式),结合这3种巷道布置方式下围岩力学响应的数值模拟结果,确定52102工作面回采巷道最优布置方式为内错式,并基于此构建顶板力学简化模型,推导出巷道受力、弯矩数学表达式。分析了巷道围岩稳定性,并开展现场实测试验,结果表明:52102工作面回采巷道采用内错式布置效果良好,巷道围岩不均匀应力是影响其稳定性的主要因素,在内错距为9 m时巷道围岩变形能够得到有效控制。研究结果对于厚煤层下分层回采巷道合理布置具有一定的指导意义。

顾北煤矿半孤岛工作面矿压显现规律研究

孤岛工作面沿空巷道矿压显现剧烈,支护难度大。文章以顾北煤矿1212(1)综采工作面为研究对象,首先分析了煤层的地质条件与顶底板的情况,并制定了矿压观测的内容与方法,进而对综采支架工作阻力、巷道围岩变形进行实测分析,得到矿压显现的规律,从而为工作面的高产、高效、安全、低耗创造良好的技术条件。

深部巷道围岩变形的数值模拟和模型试验

为研究煤柱宽度和煤层倾角对深部沿空巷道围岩的变形影响规律,采用数值模拟对沿空巷道煤柱宽度和煤层倾角的变化对围岩的变形影响规律进行分析,结果表明,煤柱宽度的变化对巷道围岩变形的影响十分明显。随着煤层倾角的增大,巷道围岩变形曲线呈现凹槽形状,表现出在煤层倾角中间值的巷道围岩变形值小于煤层小倾角和大倾角对应的巷道围岩变形值。然后,用模型试验验证数值模拟结果。验证结果表明,煤柱宽度和煤层倾角对应的巷道围岩变形较敏感期发生在开采深度600 m和900 m左右,开采深度在600～900 m之间时,巷道围岩变形与煤柱宽度和煤层倾角的大小基本上呈线性增长关系,而当开采深度超过900 m后,应适当加宽护巷煤柱宽度,以确保深部巷道围岩的稳定。

深部近距离煤层上行开采覆岩运动及应力分布试验研究

为深入研究深部近距离煤层上行开采过程中岩层应力分布、断裂破坏及下沉变形特征,根据深部煤层开采的具体工程地质条件,建立了深部近距离煤层上行开采相似材料试验模型,对上行开采中围岩应力变化、覆岩运动及裂隙演化过程进行了模拟分析。获得了下煤层和上煤层开采过程中,围岩应力分布变化特点及分区特征、岩层裂隙富集区主要分布区域及其演化规律,煤层开采过程中切眼和煤壁附近岩层断裂角的变化特征,并得到了两煤层工作面相对位置不同情况下,岩层裂隙富集区演化特点、断裂角变化及下沉变形规律。研究成果为类似条件下煤层上行开采、瓦斯抽采提供参考。

大倾角煤层开采矿压规律数值模拟

基于目前大倾角煤层开采研究成果和工程实践,采用FLAC3D数值模拟软件建立相应的分析模型,模拟了煤层开采过程中的顶板垮落和围岩应力分布特征,从工作面倾向方向和工作面长度重点分析了工作面上下端头的围岩应力分布规律及变形特点,采动影响范围,从而得出了大倾角工作面力学特性。

厚煤层综放开采窄煤柱沿空巷道支护技术

运用Mohr-Coulomb准则分析巷道围岩应力,并采用数值模拟软件FLAC3D模拟井下实际工作条件,总结巷道围岩变形规律并验证支护技术的有效性。通过井下监测,得出掘进影响下巷道最大变形量为38 mm,下区段回采工作面采动作用下巷道最大变形量为500 mm。数值模拟及工程实践表明窄煤柱沿空巷道围岩非对称性变形破坏得到了有效控制。

昌汉沟矿回采巷道应力分布与锚杆支护数值分析

神东煤炭集团昌汉沟煤矿15104工作面的开采深度约150 m,埋深浅、基岩厚、上覆松散沙层薄是该矿区煤层的典型赋存特征。采用理论分析并利用FLAC3D软件建立了数值计算模型,分析了采动影响下回采巷道应力分布情况和变形特征,预测了围岩的稳定性。