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。

榆家梁煤矿大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度研究

以榆家梁煤矿43312大巷煤柱回收工作面为例,采用理论分析计算、数值模拟、工程实践等研究方法,对大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度进行分析研究。结果表明:通过传统极限平衡理论计算得出大巷煤柱回收工作面煤柱合理留设宽度为5.28~10.38 m;煤柱宽度为8~10 m时,煤柱中出现应力集中,表明煤柱结构完整且能够实现有效承载;煤柱宽度为8~10 m时,煤柱承载能力增强,煤柱侧巷道变形量逐渐变大,同时由于应力转移,实体煤侧应力降低,实体煤侧巷帮变形量减小。通过现场工程实践对研究结果进行了验证,确定留设10 m煤柱后工作面矿压在可控范围内,能够确保工作面安全生产。

大巷煤柱回收工作面过空巷工程实践与控顶技术研究

大巷煤柱作为矿山开采的遗留结构,对于资源的充分利用和矿井的高效生产有着重要影响,大巷煤柱回收技术应用成为一项关键挑战。以活鸡兔煤矿12号煤层三盘区大巷煤柱回收为实际工程背景,介绍了工作面过空巷采取的柔模泵送支柱支护技术与人工假顶施工的工程实践和控顶技术,为近似采场条件盘区近距离煤层群大巷煤柱回收技术提供借鉴。

近距离煤层上覆遗留煤柱应力扰动特征研究及应用

为了研究近距离煤层上覆遗留煤柱对下位煤层的应力扰动特征,以大柳塔煤矿活鸡兔井地质条件为工程背景,综合运用理论分析、数值计算、物理相似模拟等方法,研究了1-2煤层10~20 m宽遗留煤柱底板的应力分布规律。结果表明:10 m宽遗留煤柱对下位岩层应力扰动影响角为煤柱左侧10°及右侧19°,并且右侧应力集中程度高于左侧;20 m宽遗留煤柱对下位岩层应力扰动影响角为煤柱左侧14°及右侧11°。应力峰值位于煤柱左侧1/3处正下方,右侧应力集中程度低于左侧。1-2煤层10~20 m宽遗留煤柱对2-2煤层的应力扰动范围为42~47 m。研究结果对近距离煤层中确定下位煤层回采巷道布设位置及巷道补强支护范围具有一定的理论和应用价值,可为类似工况条件下巷道稳定性控制提供借鉴。

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。

特厚煤层小煤柱稳定性及合理护巷宽度分析

针对特厚煤层小煤柱稳定性差的问题,以一煤矿为例,介绍一种特厚煤层小煤柱稳定性及合理护巷宽度分析方法。首先,将煤矿作业面各岩层密度、抗拉强度等参数录入到FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)软件内,由该软件自动构建出煤层三维立体模型,之后以此为基础,根据作业面开采情况分别向模型施加一定应力,由软件自动对模型掘进巷道、回采阶段及小煤柱巷道围岩力学特性进行分析,以寻找出整个巷道内的薄弱点,最后根据力学特征分析结果,设计出最佳的小煤柱巷道支护方案,提升整个特厚煤层的稳定性,防止煤矿开采过程中出现巷道坍塌等问题,具有一定的应用价值。

全煤开拓大巷煤柱宽度优化模拟研究

采用数值模拟方法对煤层开拓大巷进行煤柱宽度优化研究,分析变采动应力、变煤柱宽度下大巷稳定性(应力、变形和塑性区)。结果表明,煤柱宽度小于30 m、采动应力系数≥3.0时,开拓大巷铅直应力远高于煤柱宽度40 m时。相同采动应力系数下,大巷顶板及两帮位移均随着煤柱宽度的增大而逐渐减小,且采动应力系数越大减小量越大。采动应力系数≤2.5时,各煤柱宽度下大巷的顶板及两帮位移变化不大;采动应力系数>2.5时,大巷顶板及两帮位移在煤柱宽度40 m以后变化较小,即大巷间煤柱宽度40 m时相互影响较小。采动应力系数≤1.5时,围岩体的塑性区均处于锚杆锚索支护范围内;采动应力系数≥2.5时,塑性区超过锚杆锚索支护区域(变形量≥120 mm,塑性区分布形态呈“蝶形”)。

晋南地区煤矿小煤柱开采技术研究与应用

小煤柱开采技术能够有效降低区段煤柱留设宽度,提高采区资源回收率,在一定程度上延长矿井服务年限,逐渐成为山西地区许多濒临资源枯竭矿井首选推广技术。文章以晋能控股集团长治公司福达、微子镇、石窟等7座煤矿为研究背景,通过分析采矿地质条件,结合理论分析结果,得出各煤矿区段煤柱优化方案,并针对各矿不同条件,因地制宜的开展小煤柱巷道切顶卸压工艺参数研究工作,最后基于小煤柱巷道围岩稳定性观测分析结论,各煤矿采用小煤柱护巷技术均达到了预期效果,煤柱宽度得到有效降低,取得了较为显著的成果和经济社会效益,为该技术的大范围推广积累了宝贵经验。

寺河煤矿西三盘区大巷煤柱稳定性分析

以寺河煤矿西三盘区为研究背景,通过数值模拟软件,研究不同工作面在回采推进速度、工作面采高以及工作面长度等因素下,大巷保护煤柱内的超前支撑应力分布特征与塑性区演化规律。结果表明,随着工作面回采推进速度的增加,工作面前方煤体内超前支承压力峰值、应力集中系数逐渐增大,压力峰值距煤壁距离不断减小,但工作面前方煤体塑性区范围减小;随着工作面采高的增加,工作面前方煤体的应力峰值与塑性区范围逐渐增大;工作面长度的增加,会导致工作面前方煤体应力峰值略有增加,但增加幅度较小,而工作面前方煤体的塑性区范围保持不变。

基本顶断裂位置对窄煤柱护巷的影响及应用

针对天煜能源恒昇煤业埋深浅、煤层厚、顶板坚硬地质情况,留设煤柱过宽,则浪费煤炭资源;留设过窄,则采动必定会破坏或损伤煤柱,导致相邻采区采空区和本采区采空区遗煤漏风氧化自燃的问题。在基本顶断裂位置围岩结构力学模型的基础上,分析了基本顶断裂线位置与关键块回转角和煤柱上覆载荷之间的关系,理论计算了煤柱宽度和基本顶断裂位置,研究得到:综放工作面留设窄煤柱时,必须考虑基本顶断裂线的位置,避免巷道于基本顶断裂位置下方掘进;基本顶断裂位置为3~5 m,护巷煤柱宽度最小为4.6~6.3 m,基本顶断裂线位置正处于所留煤柱上方,煤柱此时承受的压力较大,考虑该煤层为易燃煤层,因此需增加煤柱的承载面积,最终确定该矿9205机巷护巷煤柱的合理宽度为8 m,并提出了相应的锚网索支护方案。工业性试验表明,该方法确定的煤柱宽度科学、可靠,采用的支护方案有效减小了巷道变形,增强了窄煤柱稳定性。

超长“孤岛”综放面大煤柱护巷的数值模拟

基于兖矿集团兴隆庄4324超长“孤岛”综放工作面开采条件,采用离散元数值计算程序UDEC3.0,模拟研究了不同宽度煤柱护巷条件下巷道围岩的应力分布和变形特征,分析了不同宽度煤柱的承载状况和应力峰值区的位置.研究表明,采用20 m大煤柱维护巷道,可以改善巷道围岩应力环境;煤柱的承载能力适应超长“孤岛”综放工作面顶板的活动规律;围岩变形量小;能够保障巷道的整体稳定性和有效断面.通过现场实测,讨论了大煤柱维护巷道的矿压显现规律和对巷道的良好维护效果.

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。

浅埋高强度采动巷道围岩松动圈演化规律研究

为研究浅埋采动巷道围岩松动圈演化规律,保证煤矿地下水库的安全运行,以补连塔煤矿典型浅埋高强度综采面为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟、现场实测等方法对采动影响下的矩形巷道受力变形特征进行了分析。研究表明:浅埋高强度采动巷道松动圈主要集中在两帮呈"凸"型发育,受采空区残余支承压力影响程度大于工作面超前支承压力,巷道煤柱侧松动范围较工作面侧严重;巷道在二次采动阶段受一次采动和回采稳定的叠加影响破坏最严重,为保证遗留煤柱长期稳定性提出了锚网喷联合支护方法。研究成果为煤矿地下水库安全运行及类似条件下巷道围岩控制提供了科学依据。

综放开采合理护巷煤柱宽度研究

根据新柏矿"两软一硬"复合顶板的5#煤赋存状况,通过理论分析和数值模拟,对不同煤柱宽度时沿空掘巷系统围岩应力分布和破坏特征进行了研究,对不同煤柱宽度时的巷道系统进行了综合分析和评价,确定了相邻工作面区段沿空掘巷留设煤柱的合理宽度,对类似综放沿空掘巷煤柱合理宽度的确定具有参考价值。

基本顶断裂形式对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性影响研究及工程应用

倾斜煤层沿空半煤岩巷由于围岩结构的非对称性和非均质性,受采掘扰动影响,巷道围岩呈现更严重的变形破坏。为揭示不同基本顶断裂形式对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性的影响规律,采用数值模拟方法针对该类巷道4种基本顶断裂形式下巷道围岩变形特征进行了研究。结果表明:基本顶断裂线位置对该类巷道围岩稳定性的影响程度由小到大依次为:采空区侧、煤柱上方、实体煤侧、巷道上方;基本顶断裂线位于采空区侧时,煤柱轴向、横向应力增速均小于其他情况,垂直位移也最小,煤柱变形在允许范围内,可保持后期对顶板的支承能力,对巷道维护最有利。在此基础上,以贵州某矿1511工作面回风巷为工程背景进行了工业试验,通过理论计算和现场钻孔探测综合分析得出,为避免基本顶断裂线位于煤柱上方靠巷道侧,下一步掘进时煤柱宽度应由3 m改为5 m。掘采期间断面检测结果显示,断面最大收缩率为23.3%,最大非对称变形率为5.2%,巷道整体均匀协调变形,进一步验证了研究成果的可靠性。

综放沿空异形煤柱留巷系统力学场演化规律

研究了不同煤柱宽度时综放沿空异形煤柱锚网支护留巷系统围岩应力分布和破坏特征.揭示了煤体边缘水平应力和垂直应力峰值不耦合的规律以及巷道顶板应力峰值随煤柱宽度不同而演化的轨迹.深入探讨了综放沿空留巷岩石力学系统的控制变量,并根据控制变量的取值对系统稳定性区域进行了划分,对不同煤柱宽度时的巷道系统稳定性进行了综合分析和评价,对综放沿空留巷合理护巷煤柱宽度提出了建议.提出并实施了“以加固沿空异形煤柱为主、悬承锚网支护留巷圈为辅”的综合控制技术.

沿空巷道基本顶断裂结构影响窄煤柱稳定性分析

为掌握基本顶断裂结构对窄煤柱稳定性的影响规律,通过理论分析和数值模拟分析建立了沿空掘巷围岩结构力学模型,可知沿空巷道基本顶存在3种断裂结构形式,基本顶断裂线位于不同位置时,巷道围岩应力、煤柱应力及变形差异较大;断裂线位于巷道正上方时对巷道维护不利,断裂线位于窄煤柱外侧时对巷道维护有利。结果表明:燕家河煤矿8105运输巷中心线距采空区边界8.5 m,护巷煤柱宽6.5 m时,巷道顶底板、两帮最大移近量分别为420、600 mm,有效保证了沿空巷道稳定性。

软岩大巷合理保护煤柱留设宽度的探讨

为了确定卧龙湖煤矿南翼大巷的合理保护煤柱宽度,基于满足保护煤柱稳定性及采场端部岩体破坏区理论,探讨了保护煤柱的合理宽度,并采用数值模拟对不同的留设煤柱宽度进行了应力场的比较分析。结果表明:保护煤柱宽度留设100m时,对于保持大巷的稳定性较为合适,另外,在工作面收作前,南翼轨道大巷还应该加固其帮部和底板。

浅埋煤层群中煤柱稳定性及巷道布置优化研究

为解决浅埋煤层群开采时应力区范围划分困难及巷道布置难题,根据补连塔矿的实际开采情况,利用理论计算、现场实测和数值模拟结合的手段,对上部煤柱底部应力及下部巷道围岩变形情况进行了分析,并对浅埋煤层下行联合开采过程中煤柱尺寸、回采巷道错距等问题进行了研究。结果表明:由于应力区域范围划分不精确,巷道无法完全避开高应力区,使下部煤层巷道压力急剧增大而产生变形。通过数值模拟比较,下部煤层护巷煤柱宽取26 m,比原实际施工宽度大44%,巷道错开距离取32 m,巷道底板及两帮变形明显减小。

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。