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。

厚煤层大断面沿空巷道变形破坏机理及控制技术

针对沿空巷道受多次采动叠加影响极易发生变形失稳破坏的难题,以某矿1505W工作面厚煤层综放开采工作面为研究背景,综合采用理论分析、现场实测、数值模拟等多种研究方法探讨分析了沿空巷道围岩失稳破坏机制,并提出了围岩“浅部、深部、表层”控制方案。现场试验结果表明,提出的控制方案能够使巷道浅、深部围岩形成统一的整体,有效抑制了沿空巷道围岩变形,提高了巷道的稳定性。

深部特厚煤层综放沿空掘巷煤柱优化及巷道支护

为研究深部大采高综放工作面窄煤柱沿空掘巷巷道矿压控制问题,以国能宁煤集团枣泉煤矿2^(-2)特厚煤层130203大采高综放工作面回风巷道为背景,基于实用矿山压力理论,建立了巷道围岩内、外应力场动态结构力学模型,运用理论计算和数值计算针对不同尺寸煤柱煤体应力对比分析,将原留设15 m护巷煤柱缩小至5 m进行了煤柱优化。结果表明:在稳定的内应力场掘巷有利于巷道的稳定性,避免了顶板事故及冲击地压相关灾害的发生,现场5 m小煤柱护巷工程应用中,130203回风巷道小煤柱侧变形量为1050 mm,实体煤帮变形量为400 mm,两帮呈现不对称性变形,底板局部底鼓量为1400 mm;深部特厚煤层综放开采沿空掘巷采用5 m小煤柱护巷方案设计正确,极大改善了巷道围岩的应力环境,整体设计满足生产要求,现场应用良好。130203工作面小煤柱沿空掘巷技术成功应用,为矿井开采提供了可靠的科学依据。

倾斜煤层回采巷道断面形状优选及支护研究

为解决香山矿倾斜煤层回采巷道变形复杂、稳定性差、支护难的问题,以香山矿二水平己一采区己_(16-17)倾斜煤层为工程研究背景,通过数值模拟比较分析巷道不同断面形状围岩变形情况,选择合适巷道断面并提出相应的支护方式,结合现场观测以验证选取巷道断面以及支护方式的有效性。结果表明:采用斜顶梯形巷道断面及锚网索支护后巷道顶板最大下沉量与支护前相比降低了19%,两帮最大位移量降低了12.7%,梯形巷道断面支护可以将巷道围岩的变形和破坏控制在较小的范围内,回采巷道变形得到有效控制。研究香山矿倾斜煤层回采巷道稳定性,可为矿井安全生产提供依据。

近距离煤层多次采动影响巷道围岩破坏特征与控制

针对隆德煤矿近距离煤层上下同采工作面巷道围岩稳定性控制问题,采用现场实测和理论分析方法,对多次采动影响下巷道支护体受力特征和煤柱应力演化特征进行研究。结果表明,巷道锚杆/索受力经历7个变化阶段,包括采动影响前初始稳定阶段、单工作面超前影响阶段、双工作面超前影响阶段、采动卸压区快速升高阶段、采动应力恢复区慢速升高阶段、二次稳定阶段和双工作面开采扰动升高阶段;煤柱采动应力演化经历5个阶段,包括采动影响前初始稳定阶段、单工作面超前影响区缓慢上升阶段、采动卸压区快速上升阶段、采空区压实自由演化阶段和双工作面开采扰动升高阶段。随着钻孔应力计安装深度增加,煤柱应力呈现先升高后降低趋势,煤柱浅部3 m左右进入塑性状态,承载能力降低;基于上述观测结果,对新掘巷道支护参数进行优化,在保证围岩长期稳定性的同时还可以降低支护费用,实测结果表明,支护参数优化后巷道表面位移量在工程允许范围内,巷道围岩裂隙发育程度较低。

南阳煤业大断面巷道支护方案设计及应用

针对南阳煤业3#煤层厚度大、回采巷道断面大、支护困难等问题,采用理论分析、数值模拟的方法,确定了合理的巷道支护方案,并在3302轨道巷进行现场试验。对3302轨道巷巷道围岩变形量、顶板离层量及锚杆受力进行实时监测。现场监测数据显示,巷道围岩变形量不大,顶板无离层、失稳风险,锚杆受力状态良好,可有效约束巷道围岩变形。

厚煤层回采巷道锚杆支护技术优化研究

为了解决某矿工作面厚煤层回采巷道支护问题,运用了FLAC3D数值模拟的方法,对锚杆支护方案进行了改进设计。改进后,使用高强锚杆、金属网、钢带和锚索相结合的支护形式。现场实验结果表明:采用改机支护形式后,顶板的最大偏移量为70 mm,帮部的最大偏移量为80 mm,较原方案分别增加了2.4%和6%,锚杆和锚索的轴力提升到原来的3倍以上。改进后的锚杆支护方案比原方案稳定性更强,支护效率更高,支护成本也变得更低。

近距离煤层采空区下巷道支护优化设计

针对双马一矿12201运输巷变形破坏严重的问题,结合双马一矿11号和12号近距离煤层实际赋存环境,运用FLAC3D软件分析掘巷、工作面回采围岩应力演化规律。模拟结果显示,在掘巷期间两帮出现不对称应力升高区。工作面回采稳定后,运输巷采空区帮转为应力降低区,而实体煤帮在多重扰动作用下,巷帮侧向支承压力明显升高。根据模拟结果对巷道支护进行优化设计,巷帮采用全锚索支护并且增加锚杆索支护密度。现场实测表明,两帮围岩变形100 d内稳定在300 mm,顶板变形量稳定在200 mm,优化支护方案明显减少了巷道围岩变形量,巷道锚固圈稳定,有效控制围岩变形。

煤矿智能快掘系统成套设备及应用研究

煤矿工作面快速掘进技术的应用是当前我国煤炭产业得以迅速发展的关键,为了提高巷道掘进效率及解决目前掘进工作面临时支护困难等问题,依托斜沟煤矿23104皮带巷掘进工作面,以优化支护方案和升级掘进装备为研究内容,引进了快速掘进与支护装备,并适当降低了巷道支护密度,通过开展工业性试验,不断优化快掘成套设备,实现了掘进工作面的快速掘进。

近距离煤层群支架拆装间支护技术的探索实践

平煤股份四矿己16.17-23160工作面末采回撤期间,回风巷需施工大断面支架拆装间,受近距离煤层群开采影响,己16.17-23160回风巷支架拆装间处于上覆己15-23140机巷、己15-23160瓦斯尾巷下方,通过现场钻探实测上下煤层距离及老巷状况,针对末采期间工作面超前支承应力影响和围岩状况,优化棚索联合支护方式,改进施工方法,实现安全高效生产和精准有效支护。采用数值模拟的方法进行分析验证,为近距离煤层群复杂条件工作面末采回撤期间大断面支架拆装间施工和支护技术提供可靠的技术经验支持。

厚煤层大断面回采巷道支护优化

针对12503回风巷原支护方案支护强度大、支护耗时长以及支护成本高等问题,对回风巷围岩支护参数进行优化,具体通过适当降低锚杆及锚索支护密度、降低围岩支护强度达到降低支护成本、提高支护效率的目的。支护优化后,回风巷围岩变形量较小且在允许范围内,巷道综合支护成本较优化前降低约47.3%,同时支护耗时明显缩短。支护优化设计在降低巷道支护投入、提高巷道掘进效率等方面效果显著。

滨湖煤矿薄煤层巷道支护参数优化研究

随着煤炭资源的日益稀少,薄煤层开采逐渐受到重视。滨湖煤矿作为主采煤层为薄煤层的矿井,企业生产效益较低,需要通过各种合理途径节支降耗、增加效能。基于12131工作面材料巷实际条件,通过锚杆支护参数理论计算得到了巷道支护各参数的合理范围,在原支护方案基础上,以调整锚杆间排距的方式提出了2种巷道支护优化设计方案。通过数值模拟方式,比较了不同支护方案下巷道的围岩变形、应力分布及塑性区分布,最终确定了优选支护方案,并提出了现场加强支护措施。

浅埋煤层工作面回采巷道支护设计及参数优化

针对浅埋煤层支护强度不合理的问题,以某矿浅埋煤层工作面地质条件为工程背景,通过理论计算获得巷道初步支护方案,进一步运用数值模拟技术进行巷道支护参数优化,并验证了巷道的稳定性。结果表明,锚杆为∅18 mm×2100 mm,间排距1100 mm×1200 mm,锚索为∅15.24 mm×6500 mm,沿巷道中线布置1列,排距为3300 mm时,在保证支护效果的情况下,回采巷道整体上围岩变形和破坏范围较小,更有利于保障矿井生产安全,提高经济效益。研究成果可为合理设计浅埋巷道支护方案提供经验借鉴。

近距离采空区下大断面切眼支护技术应用

以9101采煤工作面为工程实例,该采面切眼跨度为8 m,且上覆为8^(#)煤层采空区及煤柱。切眼拟采用分次掘进方法施工,首先掘进巷道宽度4.5 m,后刷扩3.5 m;在掘进期间,通过探测切眼顶板与上覆8^(#)煤层采空区层间距,再设计切眼顶板支护方案;现场应用后,切眼顶底板、巷帮变形量分别为60 mm、73 mm,实现了近距离采空区下大断面切眼围岩变形有效控制。

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。

某矿工作面厚煤层大断面巷道围岩控制技术研究

2311综放工作面所在煤层平均厚度为9.74 m,巷道断面面积为24 m^(2),巷道断面大且位于厚煤层中,支护难度大。为研究2311综放工作面切眼原支护措施稳定性,运用数值模拟,研究了巷道围岩位移量分布云图,对原支护措施进行优化。结果表明:原支护措施下巷道围岩最大位移量为448 mm,主要变形区域为巷道顶板,支护强度不足;通过增加锚杆、锚索密度,提高锚固强度;通过对优化的支护措施进行了31 d监测,结果显示顶板最大位移量为100 mm,支护强度足够。

急倾斜松软厚煤层智能化综采液压支架优化研究

为解决川煤集团急倾斜松软厚煤层综采存在的问题,在原大倾角、大采高支架可靠防倒、防滑和防飞矸的基础上,对分体运输搬家倒面安装困难导致开采效率不高的问题进行分析研究,优化设计了ZY5400/18/48JD大采高大、伸缩比支架,实现整机安全运输,适应软底开采;依托智能化综采技术,实现急倾斜综采支架防倒、防滑精准控制和支架姿态管理;优化支架适应性,采取伪俯斜开采工艺,减少煤壁片帮和工作面飞煤、飞矸,保障工作面人员及设备安全,实现安全高效开采。

浅埋大断面半煤岩巷道锚网索梁联合支护技术

针对中厚煤层大断面半煤岩巷道围岩破碎严重、易发生冒顶片帮事故的问题,以杨家村煤矿5-1_上煤层工作面顺槽为工程背景,采用工程类比、FLAC3D数值模拟及工业性应用等技术手段,开展了浅埋中厚煤层大断面半煤岩巷道围岩稳定性控制技术研究及应用效果评价。采用围岩松动圈钻孔成像仪对顺槽不同深度处围岩的破裂形态进行了探测,围岩破裂区范围为0~1.8 m,属于中大松动圈范围。采用CMW3.7矿用本安型锚杆无损检测仪开展了锚杆受力无损快速检测,锚杆轴力为设计锚固力的60.47%~88.71%,锚杆受力适中。矿压监测结果表明,锚网索梁支护结构有效地控制了大断面半煤岩巷道的变形,顺槽顶板下沉量为63~76 mm、两帮移近量为41~59 mm,可满足安全使用的要求。

浅埋煤层综采工作面过大断面空巷围岩变形及支护

目的解决浅埋综采工作面过大断面空巷期间易发生顶板切顶压架事故。方法以沙梁煤矿135205工作面过2#切眼为研究背景,采用理论分析、现场实测相结合的方法对工作面过大断面空巷期间矿压显现规律和空巷围岩变形特征进行研究。结果135205工作面超前支承压力影响范围为14 m,空巷采空区侧帮部移近量大,实体煤侧帮部移近量小,围岩变形呈现不对称性;工作面与空巷贯通前20 m,两顺槽超前支护段采取“一梁四柱”的加强支护措施,同时工作面实施调斜推进,控制采高,保证支护质量。结论提出以“锚网索+液压支架(跺架)+单体支柱”相结合的大断面空巷联合支护方式,保证了工作面顺利通过空巷,现场应用具有良好的效果。

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。