非对称载荷作用下倾斜区段煤柱稳定性分析及控制技术

为解决工作面回采及巷道掘进影响下倾斜区段煤柱稳定性劣化的复杂问题,运用弹性力学半逆解法及摩尔-库伦准则建立力学模型,结合三维有限元数值模拟,深入分析了倾斜区段煤柱一侧受载结构形态特征,明确了倾斜煤柱失稳致灾力源及载荷的分布特性,探究了采掘扰动下倾斜区段煤柱塑性变形-失稳-破坏的动态演化过程,揭示了非对称载荷作用下倾斜区段煤柱临界失稳致灾机理,以此为基础优化了倾斜煤柱及周围巷道稳定性控制技术。结果表明:区段煤柱因煤层倾角导致的倾斜形态是煤柱所承受载荷呈非对称状的关键诱因,这一特性致使倾斜煤柱最底端区域覆载最大,且当此区域失稳破坏时,呈现由煤柱下端底角塑性区向煤柱上端底角塑性区扩展的运移过程,并因此得出倾斜区段煤柱临界尺寸随煤层倾角增大而增加的演化规律。由此,针对大南湖一矿倾斜区段煤柱及周围巷道变形失稳的问题,采用支护优化及注浆加固等措施,降低了倾斜区段煤柱侧巷道的变形速率,为类似矿井的煤柱稳定性控制提供了借鉴。

区段煤柱下大断面回采巷道不同成巷方式分析研究

为了探究在区段煤柱下大断面巷道在掘进时受到扰动最小的一种成巷方式,以乌兰色太煤矿掘进52202工作面运输顺槽为研究背景,针对该工作面实际地质资料,通过数值模拟分析了大断面巷道在不同成巷方式条件下的塑性区形态、应力场及位移场分布规律。结果表明,先掘进5.4 m宽正常巷道,后扩帮2 m的成巷方式为最优成巷方式,将其应用于工程实践,为同类型区段煤柱下大断面巷道提供参考依据。

综放面“双硬”煤层临空煤柱宽度及承载强度校核

具有“双硬”特征煤层的工作面其护巷煤柱的极限尺寸确定与常规工作面有所不同。以榆树岭煤矿505工作面沿空掘进巷道为背景,首先测试了煤岩样的力学性质和不同高径比煤样的抗压强度,得到了不同高径比煤样峰值强度曲线;其次分析了沿空掘巷覆岩结构模型,建立了沿空掘巷护巷煤柱顶板力学模型,得到了不同宽度煤柱所受的载荷应力;建立了不同高宽比煤柱的数值模型,得到了不同高宽比煤柱的极限强度校核公式;最后通过对比不同宽度煤柱所受的载荷应力和极限强度,得出4m宽度的煤柱即可满足支护要求,并在此基础上提出了沿空掘进巷道支护工艺。现场监测结果表明,煤柱宽度为4m时,巷道整体变形量较小,巷道稳定性得到有效维护。研究结果可为小煤柱护巷宽度的确定提供参考。

上社煤矿双巷掘进巷道布置及支护设计研究

以上社煤矿9217双巷掘进工作面为研究对象,采用UDEC数值模型分析了双巷掘进阶段及首工作面回采过程中不同煤柱尺寸下裂隙扩展演化及围岩变形特征。确定了合理的煤柱宽度为12 m,并设计了9217回风顺槽锚索支护参数。将方案成功应用于上社煤矿的工程实践中,取得了理想的围岩控制效果,显著提高了开采效率,同时缓解了开采接替紧张的问题。

基于关键块破断特征的区段煤柱设计研究

为了快速确定布尔台煤矿42204工作面区段煤柱的宽度,通过数值模拟手段,分析了不同关键块体对煤柱承载特征的影响,结合极限平衡理论,共同确定了区段煤柱宽度为25 m是最佳设计。实际工程应用结果显示,25 m区段煤柱有效维持了巷道的稳定性,煤柱横向位移量在合理范围,保证巷道稳定性的同时,间接提高了矿井的经济效益,符合矿井生产需求。

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。

浅埋工作面区段煤柱留设尺寸优化研究

为了掌握浅埋煤层矿压变化规律,同时解决因煤柱留设不合理而造成的煤炭资源浪费问题,以榆林双山煤矿308工作面与306工作面为工程背景,通过理论计算、数值模拟及工业性试验等方法,对306工作面区段煤柱合理留设尺寸展开研究。研究结果表明:极限平衡理论分析得出,煤柱内部弹性核区的宽度为3.8 m,区段煤柱极限宽度为11.4 m;数值模拟结果与现场实测数据相吻合。结合工作面实际生产地质条件,确定306工作面合理煤柱留设尺寸为11.5 m,并提出相应的巷道围岩支护方案。研究成果为浅埋煤层区段煤柱的尺寸留设提供了理论支持和技术指导,有助于有效提高煤炭回采率。

麻家梁煤矿特厚煤层回采巷道小煤柱护巷技术研究

针对麻家梁煤矿4号煤层厚度大,留设大尺寸煤柱浪费大量煤炭资源的问题,采用理论分析、数值模拟的方法,确定采用分层支护的方法支护巷道顶板,采用卸压支护的方法支护巷帮,将区段保护煤柱宽度缩小为8 m。通过在14502轨道巷进行现场试验,现场监测数据显示巷道整体变形量不大,且顶板并无明显离层现象,可满足现场的安全生产需求,节约了煤炭资源。

近距离煤层遗留区段煤柱下巷道合理布置研究

汪家寨煤矿7号煤已回采完毕,为确定7号遗留区段煤柱下影响下8号回采巷道的布置位置,通过数值模拟分析了不同内错距离时巷道的应力与位移分布特征,结论如下:(1)8号煤在遗留煤柱正下方垂直应力达到峰值,约为原岩应力的4.4倍,影响范围为距煤柱中心水平13 m;(2)随着巷道内错距离的增加,巷道受上方遗留区段煤柱的影响逐渐减小,当内错距离大于6 m后,巷道位于卸压区,确定了巷道合理的内错距离为6 m;(3)分析了现场实测的巷道围岩变形量,巷道围岩变形量整体较小,均在可控范围内,验证了巷道内错距离选择的合理性。该技术可为类似矿井提供参考。

申南凹煤矿沿空掘巷区段煤柱宽度留设探讨

针对申南凹煤矿2#煤层区段煤柱留设过大造成煤炭资源浪费严重的问题,拟提出采用留小煤柱沿空掘巷的方式提升煤炭资源回收率;采用理论分析、工程类比及数值模拟的方法,确定合理的区段煤柱宽度为15 m;通过现场试验,对巷道掘进及工作面回采期间巷道围岩变形进行了监测;应用表明,巷道掘进及工作面回采期间巷道围岩变形量不大,变形速率也在可控范围内,可以满足安全生产需求。

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。

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。

孤岛煤柱下破碎软岩巷道支护技术研究

为解决孤岛煤柱下破碎软岩巷道支护困难的问题,针对许疃煤矿82联络巷地质条件和巷道变形破坏特征,分析巷道失稳破坏的原因,提出了棚-索协同支护+全断面注浆加固+底板高强锚网索支护的全断面联合支护技术。结果表明:该支护技术能减小巷道围岩塑性区和低应力区,并能改善U型钢支架受力状况。82联络巷围岩变形在25 d后趋于稳定,两帮移近量最大为58 mm,顶底板移近量最大为35 mm,有效控制了巷道围岩变形,保证了巷道长期正常使用。

极近距离煤层群开采区段煤柱合理宽度的研究

极近距离煤层群开采,上下两层煤区段煤柱留设宽度问题,一直是百良旭升煤矿安全生产所关注的焦点之一。基于理论计算得出,上煤层区段煤柱的最小宽度为11.88m,下煤层回采巷道的内错最小距离为2.33m。同时借助于UDEC数值模拟软件,分析上煤层在不同区段煤柱宽度条件下的区段煤柱的应力分布、塑性区分布规律,得出上煤层区段煤柱的最小宽度为12m;上煤层采空区残留的区段煤柱宽度为12m时,下煤层回采巷道在采用内错式布置时,下煤层回采巷道内错距离为3m。综合分析以上结果表明:上煤层合理区段煤柱留设为12m,下煤层区段煤柱宽度为18m比较合理。研究结果为缓解该矿的采掘关系紧张、提高煤炭资源回采率、回采巷道围岩的稳定性提供了理论支持。

瑞能煤矿区段煤柱中巷支护技术

在瑞能煤业有限责任公司采空区留下的相临的2条块区段煤柱中间试掘运输巷和回风巷(简称区段煤柱中巷)。由于2条巷道均出现压力大,造成巷道难以支护,影响正常掘进。以该矿区段煤柱中巷支护为工程背景,采用三维有限差分法数值计算软件(FLAC3D)分析巷道掘出后围岩的应力场和位移场并对不同支护方式巷道的变形破坏机理进行对比性模拟,并根据模拟实验结果制定支护方案,为区段煤柱中巷支护方案的优化确定提供科学依据。

厚层砂岩顶板小煤柱沿空掘巷围岩变形规律研究

从分析小煤柱沿空掘巷特殊应力坏境和围岩力学结构入手,理论计算了弧形三角块的变形失稳情况,强调应立足于高强预应力锚杆(索)的支护路线,改善岩体自身的力学性能,从而控制围岩失稳变形。以谢桥煤矿13318E厚层砂岩顶板留小煤柱沿空掘巷工作面为工程背景,分析了留小煤柱沿空掘巷围岩在掘进、回采阶段的变形规律,说明工作面回采时超前应力集中是围岩变形的主要因素,同时得到了沿空掘巷围岩变形的几点有益结论,为类似工程的支护和分析提供借鉴。

深井大断面双巷布置回采巷道破坏机制及控制技术

为解决深井大断面双巷布置回采巷道二次采动期间围岩控制问题,以刘庄矿6203工作面回风巷为工程背景,根据现场实际观测情况分析了巷道变形特征,即回采期间巷道变形表现为底鼓量大于顶板下沉,煤柱帮变形远大于实体煤帮的非对称形态,巷道底板及煤柱帮围岩变形最严重。在此基础上分析了护巷煤柱、围岩应力、围岩强度、支护形式对巷道底鼓的影响,认为护巷煤柱尺寸过小,支护参数不合理是导致巷道破坏变形的主要原因。提出了改变护巷煤柱尺寸、优化巷道支护参数、局部注浆和留设卸压槽的底鼓控制技术。通过工程实践表明,新的支护方案使巷道围岩得到了有效控制,具有良好的安全技术经济效益。

特厚煤层区段煤柱合理宽度研究及巷道支护优化

合理宽度的留设是特厚煤层区段煤柱能否安全高效开采的关键。为了提高资源回采率,以韩家洼煤矿特厚煤层综放开采面为工程背景,对区段煤柱合理留设宽度进行了研究。通过现场观测调研,揭示了巷道在原支护方案下的变形特征和机理,运用稳定核区理论和极限平衡理论对特厚煤层综放面区段煤柱合理宽度进行了计算;并通过FLAC^(3D)软件分别构建了三种区段煤柱宽度方案,从应力演化与塑性区扩展的角度进行数值模拟综合对比分析,从而优化确定合理区段煤柱尺寸为12 m;根据22401工作面的地质和生产条件,以提高煤炭的资源回收率为首要经济需求,以控制围岩变形、位移和裂隙发展为主要工程内涵,以积极主动地保持围岩的整体性为主要技术目标,基于工程类比的方法,采用非对称"锚杆+钢带+钢筋带+锚索"的联合支护技术。该研究成果可为类似条件煤矿区段煤柱留设提供参考和借鉴。

大断面沿空掘巷煤柱宽度确定数值模拟研究

针对大断面沿空掘巷煤柱宽度确定的难题,采用FLAC3D数值模拟方法研究不同宽度煤柱的屈服破坏特征与应力分布规律,研究结果表明:①掘进阶段,煤柱宽度为3 m和4 m时,煤柱全部被压坏,煤柱应力近似呈三角形分布;煤柱宽度超过5 m后,未屈服破坏的煤柱宽度随煤柱宽度增加而呈二次多项式规律增加,煤柱应力近似呈梯形分布。②回采阶段,随着工作面推进,煤柱围岩屈服破坏范围逐渐增加,垂直应力峰值较掘进阶段升高且由梯形分布逐渐向三角形分布演化,超前20 m应加强支护。③工程实践表明,所选受力状态良好、宽5 m的煤柱,回采时采取必要的支护措施可以实现高效安全开采。

火石咀煤矿综放工作面提高回采率技术

由于综采放顶煤特点,煤炭资源损失量较大.通过分析火石咀煤矿综放工作面的资源损失构成,得出:该矿综放面的煤炭损失主要集中在放煤损失、区段煤柱损失、端头损失、初末采损失.并从小煤柱开采、回收采空区浮煤、提高管理水平、改善放煤工艺等方面对综放开采工作面回采率提高技术进行分析研究.