Numerical simulation and actual research on safety and suitable position of roadway driving along next goaf

In view of the stress concentration problem left by the joint coal seams mining since the reservation of the coal pillar, it was proposed that non-pillar mining technology be used in Dongrong No.2 coal mine. The numerical simulation software FLAG2D was used to draw the relationship between surrounding rock deformation of roadway driving along next goaf and the size of the coal pillar, so the safety and suitable position of roadway was determined. The distribution of lateral abutment pressure was measured by using the ZYJ-30 drilling stress gauge in the coal wall. The conclusions of the numerical simulation were verified.

特厚煤层小煤柱沿空掘巷支护技术研究

小煤柱沿空掘巷过程中易出现巷道围岩变形大、局部鼓出等现象,针对这一问题,采用理论分析、数值模拟、工程类比的方法,对巷道基本顶破断方式进行了判断,并采用数值模拟分析不同宽度下煤柱的应力及位移变化规律,初步确定了煤柱留设宽度为8 m;对比邻近矿井的沿空掘巷案例,采用工程类比法最终确定了煤柱宽度,并对巷道支护方案进行设计,现场应用效果良好。

特厚煤层沿空掘巷围岩支卸协同控制技术

针对特厚煤层小煤柱沿空掘巷大范围塑性全煤巷道锚网索的支护难题,以塔山煤矿8204-2小煤柱工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析等方法,揭示了锚杆、锚索对沿空大范围塑性全煤巷道的支护机理。锚杆支护主要作用于浅部二次破碎区煤体,形成浅部连续承载结构;锚索主要作用于深部处于三向受力状态的稳定煤体,形成更大范围的连续稳定承载结构;进一步明确了锚杆、锚索有效长度的计算方法,形成了以高预紧力、高强“锚-网-索”支护为基础,以坚硬顶板井下磨料水射流切顶卸压、巷帮大直径钻孔卸压、底板卸压槽卸压为辅的“支卸协同”小煤柱沿空巷道围岩控制技术体系。工程应用结果表明,试验巷道围岩最大变形量小于700 mm,能够满足使用要求。

煤矿综采工作面沿空掘巷支护及智能预警技术研究

针对深井综采工作面传统留设宽煤柱方法护巷困难、巷道围岩失稳等问题,以彬县煤炭有限责任公司蒋家河煤矿为工程背景,通过理论分析、数值计算和现场试验的方法研究了原巷道围岩环境以及应力、变形时空演变规律以及巷道应力响应特征,针对性地提出了留设小煤柱沿空掘巷护巷方法,同时对护巷煤柱尺寸进行了适应性分析。现场实践表明,通过对采煤工作面建立监测断面,实现了巷道围岩应力以及支护体的实时监测;通过在地面建立数据分析站对井下各项监测数据进行处理和分析,对超过阈值的数据进行整合评估预警,最终实现沿空巷道围岩智能预警。

老空区瓦斯对小煤柱采面上隅角的影响与治理研究

为消除邻近老空区积存瓦斯对小煤柱回采工作面上隅角的影响,以山西三元煤业股份有限公司下霍煤矿2305回采工作面为原型,基于老空区瓦斯运移规律研究得出的结论,设计选用钻孔、并联现采采空区抽采支管、敷设专用管路3种方法进行抽采对比试验,分析不同抽采形式和抽采流量对老空区瓦斯的治理效果。结果表明:回采工作面进入8m小煤柱区域后,老空区瓦斯通过顶帮裂隙流向现采工作面,上隅角瓦斯体积分数明显上升;抽采前,老空区内瓦斯运移规律为回采工作面附近的瓦斯向现采采空区抽采口附近运移,抽采后,老空区内瓦斯运移规律为回采工作面附近的瓦斯仍有小部分向现采采空区抽采口附近运移,大部分由内侧向外侧抽采口运移;采用专用管路抽采老空区内积存瓦斯效果较好,可以明显改变老空区内瓦斯运移方向,现采埋管抽采瓦斯体积分数随老空区抽采管路瓦斯体积分数的下降而下降,两者具有强相关性,该抽采方式可有效消除小煤柱回采区域上隅角受老空区内积存瓦斯的影响。

浅埋煤层留小煤柱沿空掘巷技术研究与应用

在凤红煤业151302工作面采用沿空掘巷工艺技术,通过理论计算并结合数值模拟,综合分析确定了小煤柱的合理尺寸为5.0 m,同时优化了小煤柱巷道支护参数方案。工程应用结果表明:采用留小煤柱沿空掘巷技术,锚杆索受力远低于破断载荷;巷道顶板下沉位移在200 mm之内,回采帮内位移位小于200 mm,煤柱帮内位移在150 mm之内,巷道围岩和小煤柱皆处于稳定结构状况,整体围岩控制效果良好。

深部煤层沿空掘巷小煤柱合理尺寸留设研究

采用实验室实验、数值模拟、现场实验等方式进行研究,确定深部煤层的沿空掘巷小煤柱合理尺寸。通过物理力学实验,获得了淮南矿区丁集矿1121(3)工作面煤岩的密度、单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等参数。测量了该区域的地应力,为后续的理论计算、数值模拟提供了可靠的数据。采用数值模拟的方法研究,综合考虑沿空留巷煤柱的应力、竖向位移、塑性区分布特征情况,兼顾煤炭采出率及预防冲击现象,初步确定煤柱宽度为5 m较为合适。工业性实验监测数据显示顶板的位移范围最大值为86 mm,两帮最大范围为145 mm。在一定程度上达到了巷道围岩的控制要求,5 m煤柱尺寸具有一定的科学性与合理性。

综放工作面小煤柱沿空掘巷煤柱尺寸留设研究

为合理留设综放工作面沿空掘巷煤柱,以山西某矿E4102-1工作面运输顺槽煤柱留设工程概况为例,通过进行调研分析与进行数值模拟分析,并结合工业性试验,得出窄煤柱沿空掘巷技术目前已相对较成熟,可把煤柱尺寸留设为5 m至8 m之间;通过对几种煤柱尺寸下的巷道围岩破坏状况进行数值模拟分析,得出该工作面巷道留设5 m宽的煤柱时,该巷道矿压不会出现明显显现,巷道变形量相对较小,巷道顶板也相对较稳定,能很好的满足矿井安全生产需求,更好地保障矿井安全生产。

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。

永红煤矿小煤柱工作面瓦斯治理的实践应用

永红煤矿在过去的掘进工作中采用“以岩保煤+水力造穴”的瓦斯防治措施,这种方式存在钻孔施工时间长、作业成本高、瓦斯抽放时间不达标等问题。以永红煤矿3512工作面为研究对象,对“小煤柱掘进+穿层预抽钻孔”分阶段瓦斯治理措施进行了创新设计。应用结果表明,巷道单进月均进尺在161 m,防突效果有效,抽采效果明显,掘进期间瓦斯涌出得到有效控制,经济效益显著提高。

大采高工作面小煤柱沿空掘巷煤柱宽度优化及围岩控制技术研究

以马泰壕矿3103辅运顺槽为研究对象,采用现场监测、内外应力场和极限平衡区理论、数值模拟等相结合方法,对大采高工作面小煤柱沿空掘巷煤柱宽度进行研究。研究表明:现场监测煤柱支承压力分布规律,最终初步设计沿空掘巷留设小煤柱宽度为6~10 m;理论计算显示,小煤柱宽度合理范围为6.0~8.1 m;数值模拟表明,煤柱宽度大于6 m时,煤柱具有一定承载能力,煤柱上方和巷道顶板出现核心弹性区,有利于发挥锚固作用,煤柱宽度越大,应力集中现象越明显,综合考虑小煤柱宽度为6 m。基于此,提出了“锚网索支护+卸压+滞后沿空侧注浆加固+回采期间周期来压附近补强支护”围岩控制技术,现场应用效果良好。

厚煤层小煤柱沿空掘巷围岩控制技术研究

程庄煤矿15#煤层原采用25~30 m大煤柱护巷,导致临空巷道动压大、维护困难,且资源浪费较严重。以15308综放工作面为工程背景,通过使用理论计算、工程类比等手段,确定了最佳小煤柱护巷尺寸为6 m,同时采用爆破切顶、优化巷道支护参数,并配合注浆加固、喷浆、卸压槽等诸多措施,实现了小煤柱的沿空掘巷,既降低了临空巷道动压对巷道的影响,又减少了煤炭资源的浪费,延长了矿井服务年限。

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。

永红煤矿小煤柱沿空掘巷围岩控制技术应用研究

针对永红煤矿工作面之间留设较宽煤柱时巷道因应力集中而破坏严重及资源浪费的问题,通过理论分析和数值模拟等方法,研究了沿空掘巷覆岩结构特征,提出小煤柱巷道围岩非对称耦合支护技术。研究表明,3306运输顺槽合理煤柱宽度为9 m,采用高强加长锚杆索对顶板和煤柱帮进行强力支护,有效控制巷道底鼓和非对称变形难题;掘进期间巷道变形不明显,回采期间顶底板收缩最大586 mm、两帮收缩最大972 mm,巷道围岩变形可控,说明强力支护技术对小煤柱巷道的控制有效,确保了工作面安全回采,也为相似条件下工程实践提供技术参考。

小煤柱沿空掘巷支护技术实践

针对小煤柱沿空掘巷巷道支护困难的问题,以大方绿塘煤矿26_中06工作面小煤柱沿空掘巷为工程背景,通过现场观测和理论分析,探明了煤层赋存情况及围岩结构,明确了巷道变形破坏的原因为煤岩体强度低、完整性差、支护参数不合理以及动压影响。结合26_中06工作面的地质条件,提出了优化的支护设计方案和补强支护设计,并进行了现场工业性应用。现场监测结果表明,采用优化的支护设计方案后,巷道顶底板移近量最大为130 mm,相较于原始支护方案下,巷道变形量降低54%左右,巷道变形均在可控范围内,达到预期支护效果,验证了优化设计的可行性和有效性。

小煤柱沿空掘巷围岩控制技术在成庄矿大断面巷道条件下的应用

针对晋能控股装备制造集团成庄矿护巷煤柱尺寸过大、资源回收率低等诸多问题,以4317工作面为工程背景,采用理论计算与工程类比相结合的方式,确定最优煤柱尺寸,提出巷道锚网索支护方案,并对巷道破碎段预注浆加固技术、临近硐室充填技术进行研究。现场应用表明:43172巷顶底板移近量不超过90 mm,两帮移近量不超过160 mm,巷道围岩变形控制效果良好。

4310工作面沿空掘巷围岩变形控制技术研究

针对彭庄煤矿4310工作面沿空掘巷矿压显现剧烈、围岩变形严重,沿空巷道维护困难,严重影响高效安全工作面的建设问题,采用FLAC^(3D)数值模拟软件,结合理论分析和现场试验,对小煤柱合理宽度进行确定,优化沿空掘巷支护参数。研究结果表明:通过调整小煤柱宽度为15 m,能有效降低围岩应力集中,减少巷道围岩变形量,能有效保障巷道整体稳定性;支护方案优化后,采用Φ20 mm×2500 mm锚杆和Φ21.8 mm×9600 mm锚索,能够显著提高巷道围岩的稳定性。4310运输顺槽沿空掘巷采用15 m小煤柱及以上支护方案进行工业性试验,巷道表面位移和锚杆受力监测结果表明巷道围岩变形量控制在较小范围,支护系统能充分发挥作用。

厚煤层小煤柱护巷耦合支护技术的优化与应用

长平矿原采用25~30m大尺寸煤柱护巷,为提高煤炭资源回收率,以4309工作面小煤柱沿空掘巷为工程背景,综合运用理论分析与工程类比等方法,确定小煤柱最佳尺寸为6m。沿空巷道采用综掘工艺,浅掘进、轻扰动的掘进方式,配合邻近巷道爆破切顶卸压工艺,选用锚网索耦合支护方式,及时对裸露围岩进行喷浆封闭,滞后注浆加固,有效提高煤柱抗压强度。现场矿压监测表明,巷道变形均在可控范围内,满足4309工作面安全生产需求。

矿山巷道矿压数值模拟推演及监测技术研究

为进一步掌握矿山窄矿柱沿空掘巷成巷技术,提高资源采出率。针对具体的生产地质条件,通过矿压监测、数值模拟等手段分析了窄矿柱巷道掘进、工作面推进和二次采动窄矿柱支承应力分布特征及影响。结果表明:1)巷道掘进期间,巷道前50 m压力较大,尤其是巷道两帮移近较为明显,两帮最大移近量约200 mm;2)巷道掘进阶段、采动影响时期,回风顺槽与上运输顺槽之间留设5 m矿柱,形成较大的应力集中,矿柱内最大垂直应力为21.38 MPa,工作面前后方矿壁内的垂直应力约为30 MPa,应力集中系数约为3,影响范围约为84 m,矿柱最大垂直应力为41 MPa;3)受二次采动影响,矿柱内的应力约为40 MPa,与一次采动相比变化不大,而应力峰值出现在工作面前方的三角区域,最大可达57.4 MPa,表明该区域是工作面回采期间的防治重点。矿压监测与数值模拟结果较为一致,进一步证明了研究结果的可靠性。

相邻工作面采动影响下小煤柱巷道围岩应力时空演化特征研究

采动工作面小煤柱沿空掘巷受自身掘进和相邻工作面回采的双重扰动影响,巷道应力环境复杂,常规支护方式不能维持巷道围岩的稳定。以山西经坊煤矿3-5092回风顺槽为工程背景,采用分段支护的方法对巷道围岩的支护方式进行优化,并基于锚杆无损检测系统对巷道围岩的支护效果进行评价。结果表明:实体煤掘进阶段受掘进扰动的影响,稳定期内巷道围岩应力将重新分布,在巷道变形过程中锚杆能发挥主动支护的效果;在相邻采动工作面沿空掘巷相遇阶段,巷道围岩发生结构性应力调整,帮部锚杆的工作载荷整体高于顶部锚杆,需对煤柱侧巷道帮部进行加强支护;沿空掘巷阶段受掘进扰动的影响,锚杆轴力增大但增幅较小,此阶段巷道稳定性较好。通过现场工业性试验与锚杆轴力监测,揭示了不同阶段巷道围岩的时空应力演化特征,验证了分段支护设计方案的合理性。