顺序开采工作面小煤柱巷道布置方法研究

为减小顺序开采条件下小煤柱巷道布置面临的相邻工作面回采扰动及采空区覆岩运动影响,以巴彦高勒煤矿为例,提出1种“窄煤柱反掘+宽煤柱正掘”的小煤柱巷道布置方式,并分3个阶段分析了巷道布置的过程及相关影响因素;通过地表岩移观测分析,得出了采空区覆岩运动特征及稳沉距离。结果表明:盘区内工作面开采顺序的不同导致采空区覆岩运动特征存在差异性;采空区稳沉距离约为900~1000 m;23104工作面回风巷布置过程中严格遵循反掘巷道滞后采空区的稳沉距离和正掘巷道长度的设置要求,完成了巷道的合理布置,保证了工作面平稳接续。

特厚煤层综放面区段煤柱合理宽度研究

区段煤柱留设宽度与回采巷道围岩稳定性密切相关。文章以招贤煤矿一采区1303工作面为工程背景,基于护巷煤柱的极限平衡理论,得出区段煤柱理论留设宽度,采用数值模拟的方法,研究了工作面回采期间区段煤柱内垂直应力分布特征及回采巷道变形规律。现场工业性试验结果表明,综放工作面区段煤柱的宽度为34.5 m时,回风巷道围岩在支护范围内基本稳定。

深部宽煤柱开采的煤柱安全性与地表变形特征

煤柱安全性与地表变形特征是煤矿开采过程中亟需关注的问题,基于深部煤矿煤柱的流变特性和大变形特征,以山西省某矿煤矿宽条带煤柱开采为工程背景,采用现场实测、三维相似材料模拟试验和理论分析相结合的方法,研究了深井宽条带煤柱开采的煤柱安全和地表变形特征。结果表明,在深井条件下,煤柱塑性区宽度明显变大,煤柱垂直应力呈马鞍形分布;煤柱侧向变形主要集中在距离煤柱边缘9.5 m的区域,呈不连续、阶梯状、突变状。此外,若只开采一个条带煤柱工作面,则煤层开采造成的影响程度更弱,地表沉陷和曲率更小。若多工作面条带煤柱开采,则地表沉陷明显。

基于微震分布特征的覆岩结构演化规律研究

红庆河煤矿邻空宽煤柱402工作面上方存在多层层厚较大的关键层,关键层的存在会使支承压力的峰值以及影响范围显著增加,基于微震监测数据分析了邻空宽煤柱工作面回采的微震分布特征。发现:邻空宽煤柱工作面回采期间微震分布情况主要受超前支承压力、采空区侧向支承压力以及回采各阶段地质因素引起的构造应力、开采技术因素引起的应力集中共同影响;工作面侧向支承压力的影响范围为180 m左右,同时采空区以里120 m区域顶板结构的稳定性较差,容易诱发大能量微震事件;工作面超前支承压力的影响范围大致为240 m,工作面前方煤岩体受采空区侧向支承压力与超前支承压力叠加影响更容易达到极限状态,煤岩体的破裂、失稳容易诱发大量的微震事件;临空宽煤柱工作面回采受顶板岩层结构影响较大,工作面间覆岩产生协同运动后,采空区上覆岩层再次发生运动与失稳,增加了覆岩破坏高度;并且区段煤柱具有发生压缩变形的趋势,整体表现出煤柱破坏诱发失稳的特征。

沿空缺陷型宽煤柱承载特征及诱冲机理研究

针对部分矿区区段煤柱宽度超过60 m仍发生较为严重冲击地压的情况,分析相关案例发现,当煤柱内部存在开挖巷道,且巷道的存在造成煤柱应力分布产生显著变化时,则存在空巷的宽煤柱是诱发冲击地压灾害的主要原因。以红庆河煤矿3-1103工作面65 m宽煤柱为工程背景,通过理论分析、数值模拟及现场监测等方法,分析了缺陷型宽煤柱的整体应力分布特征以及不同空巷位置对应力演化的影响,研究了采空区侧向顶板垮断形成的结构特征和煤柱塑性破坏对其垮落状态的影响,并通过数值模拟和现场微震监测对分析结果进行了验证。据此揭示了缺陷型宽煤柱条件下冲击地压的发生机理:宽煤柱在空巷影响下靠近采空区的Ⅰ段煤柱易发生塑性破坏,使得应力向外侧的Ⅱ段煤柱转移,增加煤柱内集中静载荷,同时Ⅰ段煤柱的变形破坏和空巷的存在造成侧向顶板悬顶长度迅速增加,促使其在发生断裂时产生更为强烈的动载,区段煤柱在动静载荷叠加作用下,沿空巷道更易发生冲击地压。根据此类型冲击地压的关键影响因素,提出了煤柱物理改性、顶板整体弱化和煤柱应力调控3种冲击地压防治技术途径。

临空宽煤柱超高压水力割缝卸压防冲技术研究

为解决葫芦素煤矿21105工作面临空宽煤柱冲击地压治理难题,提出了超高压水力割缝卸压防冲技术。采用理论分析研究了高压水射流对煤层的切割深度,以及煤柱切割后的应力转移规律,提出了基于卸荷减载、增加塑性屏障区的超高压水力割缝卸压防冲机制。通过FLAC 3D模拟了临空煤柱在不同割缝工艺条件下的煤岩体应力分布规律,获得了煤柱区域割缝工艺参数。在葫芦素煤矿21105工作面进行了工业性应用,试验区域内微震事件、应力水平及钻屑量较相邻对比区域均得到明显降低。研究结果表明:采用超高压水力割缝技术切割煤层能有效改变煤岩体应力分布状态,使高应力区向深部煤岩体转移,增大采掘空间附近的塑性屏障区范围,有效防治煤矿冲击地压事故。

沿空工作面终采线外错诱冲机理及防治技术研究

为掌握终采线外错开采时沿空巷道围岩应力的分布规律和冲击危险,基于崔木煤矿22307工作面工程背景,通过数值模拟分析了终采线内错、外错和平齐3种情况下的应力变化特征,提出采空区顶板联动是造成沿空巷道冲击地压的主要原因,并对顶板联动条件进行了研究。研究结果表明:工作面终采线外错后与侧向采空区发生的顶板联动会带来更高的冲击危险,而顶板联动同时受厚层坚硬顶板、区段煤柱和双工作面开采宽度的影响。通过对终采线外错区域采取顶板预裂爆破措施后,微震事件能量和频次得到了明显降低,保障了末采期的安全生产。

深部综放工作面冲击危险性分析及防冲技术研究

为了保障文家坡矿冲击地压工作面回采期间的安全性,以4106工作面为工程背景,采用理论分析、现场监测的方法对工作面回采期间的冲击危险性进行了分析。结果表明:工作面大埋深提供高静载环境,开采4煤层具有弱冲击倾向性,45 m宽煤柱提供载荷承载位置,工作面后方及侧向采空区顶板悬而不垮提供超高基础静载荷,突然破断提供增量动载荷,动静载荷叠加,易诱发冲击地压。依据诱发冲击地压的动静载荷来源,提出分源防治技术:针对厚硬顶板采取深孔爆破预裂技术,整体实现顶板分层分块,降低因顶板悬露引起的动静载升高风险;针对帮部及底板采用大直径钻孔技术,降低承载区域静载水平,增加阻抗,提高冲击地压发生门槛。采用分源防治技术后,微震、地音活动大幅降低,煤层应力水平明显下降,保障了工作面安全回采。

厚煤层综放工作面外错区冲击危险分析与防治

为保证厚煤层综放工作面切眼外错区域的安全回采,以郭家河1310工作面为工程背景,采用数值模拟研究了切眼外错区域工作面前方以及区段宽煤柱中的应力分布规律。研究结果表明,1310工作面回采至1308切眼前后,外错区域及1308采空侧的宽煤柱中应力水平较高,煤柱中垂直应力呈“双峰”分布状态,煤柱中存在稳定的弹性区,能够满足护巷与防冲要求。基于冲击危险的应力判别法,对切眼外错区域进行了冲击危险预测,据此提出了大直径卸压钻孔、煤体注水、煤体爆破等卸压防冲措施,为工作面外错区域安全回采提供技术支撑。

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.

区段大煤柱水力压裂切顶护巷技术研究

针对工作面回采过程中沿空留巷围岩应力高、蠕变变形大的难题,以赵庄矿井1309工作面为研究背景,用理论计算的方法开展了沿空留巷区域围岩结构力学分析,并提出了适用于该矿井的顶板双向水力压裂护巷工艺和效果检测方法。研究结果表明:13092巷道变形程度由煤体单轴抗压强度、煤层埋深、顶板岩梁强度共同决定,在以上因素的叠加作用下采空区侧向顶板挤压煤柱,煤柱塑性区范围扩大,侧向应力向煤柱深部转移,顶板断裂前煤柱内弹塑性过渡区域垂直应力达到最大值,受侧向应力峰值影响13092巷道发生强烈蠕变变形,巷道断面维护困难;通过在13091巷道布置双向水力压裂孔,提前弱化顶板,破坏其应力传递和能量积聚的条件,有效地进行了人为断裂线的预制,并改善断裂线在煤柱上方的倾向位置,减缓了煤柱受挤压程度;在巷道上方施工的水力压裂孔能够有效促使关键岩块B回转下沉,减小了1309工作面侧向悬顶的长度,垮落的关键岩块B能够较好地对高位岩层形成支承作用;在施工水力压裂孔后相应区域巷道变形量缩小40%,煤柱边界区域微震事件数和微震能量值均有大幅度减小,保证了沿空巷道在回采期间的围岩稳定性。该研究成果探索了顶板水力压裂护巷在晋煤矿区应用的可行性,并为类似矿井条件下开展压裂工艺提供了工程指导。

宽厚煤柱煤岩体流变力学特性试验研究

煤柱煤岩体的流变试验是确定煤柱长期强度的基础 ,也是评价煤柱长期稳定性的重要依据。本次试验以兴隆庄煤矿的深部宽厚煤柱为研究对象 ,详细分析了煤岩体的蠕变特征、长期强度、破坏特征 。

采动影响下接续面巷道围岩变形机理与控制研究

老公营子矿Ⅲ16-1(2)工作面运输巷道在I06-2(2)1工作面回采过程中受采动影响较大,顶底板与两帮发生变形,严重影响到Ⅲ16-1(2)工作面之后的生产工作。结合该矿地质条件,采用理论分析、数值模拟等研究方法确定接续面受采动影响的范围,并优化支护方案,增加巷道围岩稳定性,减少接续面的扩帮、拉底等工作。研究表明:22m宽煤柱下,首采面回采工作对接续面的影响范围是超前工作面50m到滞后工作面30m;根据数值模拟效果观察确定优化方案,对塑性破坏集中区域设置增强锚索进行加强支护;通过现场应用,验证了优化方案的有效性。

宽煤柱沿空巷道顶板侧向预裂防冲技术

部分冲击地压矿井由于受水、火、瓦斯等灾害影响,均留设了较宽的区段煤柱,并由此带来冲击地压威胁。采用顶板侧向预裂能够有效降低煤柱内集中应力,保护沿空巷道的安全。以崔木煤矿留设的35 m区段煤柱为研究对象,分析了采空区侧向顶板悬顶对煤柱应力分布的影响,并利用数值模拟和微震监测对不同顶板预裂位置的预裂效果进行了对比分析。研究表明:当预裂位置向采空区煤壁內错4~5 m时,沿空巷道围岩应力峰值最小,在该位置实施顶板预裂能够充分利用矿山压力,从而达到更好的预裂效果,该预裂方式在崔木矿22305工作面进行了试验,并在下区段22307工作面回采时进行了验证,顶板实施侧向预裂之后的冲击显现情况得到了显著降低。

厚硬顶板宽煤柱临空巷道冲击地压防治技术研究

为研究厚硬顶板宽煤柱临空巷道冲击地压致灾机理,以彬长矿区文家坡矿4104工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究分析了两次回采扰动下宽煤柱垂直压力分布状态及覆岩活动规律,得出了该矿工作面集中动、静载荷的演化机制及冲击地压致灾机理。针对4104工作面临空巷道44.5m宽煤柱及顶板以上20m处厚硬砂岩岩层,设计了基于帮部煤体爆破卸压及顶板深孔爆破预裂卸压的动静载荷分源治理补强方案,通过微震监测结果分析,相比措施调整前临空巷道围岩活动性降低了95%,防治效果显著。

厚硬顶板宽煤柱工作面过老巷冲击地压防治技术研究

针对厚硬顶板宽煤柱过老巷冲击地压易发生、难防治问题,以文家坡煤矿4105工作面为例,利用数值模拟,研究分析了工作面在厚硬顶板以及宽煤柱条件下过老巷期间的围岩应力分布特征,分析其冲击危险性,并提出针对性防治技术方案。结果表明:在推进过程中临界煤柱容易聚集大量弹性能,增加冲击危险性,且由于原切眼的存在,使工作面在过老巷期间应力分布更为复杂,原切眼区域更容易诱发冲击地压事故,原有冲击地压防治技术方案强度明显不足。因此,针对工作面过老巷期间由于应力集中、原卸压方案强度不足问题,在原有卸压方案基础上,针对性地提出过老巷冲击地压防治技术。经实践,在工作面过老巷期间,工作面来压步距明显缩短,支架工阻下降明显,防治效果显著。

厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压机理及防治

针对呼吉尔特矿区厚硬冲击煤层宽煤柱诱发冲击地压现象,通过现场实测和数值模拟,分析了宽煤柱垂直应力分布特征,通过理论分析,揭示了宽煤柱发生冲击的结构条件;基于冲击地压"三因素"机理,研究了宽煤柱诱发冲击地压机理:在侧向支承压力和工作面采动应力叠加影响下,具有冲击倾向性的宽煤柱应力高度集中,当其达到极限强度发生卸载时,由于煤柱体刚度与顶板岩层刚度相近,造成煤体运动速率很大,呈现冲击地压显现。在此基础上,提出了小煤柱护巷和断顶爆破等措施降低煤柱应力、采用大直径钻孔卸压和煤层注水等措施改变煤体刚度的防治策略,针对311103工作面提出了采取断顶爆破和大直径钻孔的组合防治方法,宽煤柱应力集中程度出现明显降低,防治效果较为显著。

龙固矿井巨厚表土层高应力工作面无煤柱开采技术研究

龙固井田地质条件复杂,采深大,表土层厚,以至于巷帮煤体侧向支承压力分布特征及沿空巷道变形机理不同于一般条件下的矿井。本文通过对沿空侧巷道煤柱留设布置方案进行研究,提高工作面开采安全性,提高回采效率,为合理开发煤炭资源,提高煤炭资源回采率奠定基础。

双巷布置工作面外围巷道冲击地压启动机理

以山西某高瓦斯双巷布置工作面外围巷道冲击地压案例为研究背景,采用理论分析、现场实测等方法,建立了侧向采空区顶板断裂诱发时滞性冲击启动力学模型,揭示了冲击启动原理,并发现了褶曲导致动载型冲击地压发生的案例。结果表明:工作面开采后,外U留巷煤柱因采空区顶板侧向回转,产生偏移的弹性核;进风平巷通过背斜轴部带,因水平构造应力导致顶板垮断极度滞后,其断裂产生的动载源加载并扰动煤柱弹性核静载致其突破极限诱发时滞性冲击启动;静载荷积聚的弹性核在外U留巷煤柱中普遍存在,不足以诱发静载荷型冲击,背斜轴部顶板滞后垮断提供了动载荷源,因此判断其冲击类型为集中动载荷型,后期防治应针对动、静载荷源同时采取解危措施。

深井宽条带开采煤柱稳定性及地表移动特征研究

采用现场实测、三维相似材料模拟、数值模拟和理论分析,对深井宽条带法开采煤柱稳定性及地表移动特征进行研究。研究表明:深井开采其煤柱塑性区的宽度明显增大,条带煤柱承载应力分布为明显马鞍形;煤柱横向变形主要集中在边缘9.5 m内,且呈现非连续、阶跃式、突变形态。随着煤柱留设宽度的变小,煤柱塑性区宽度显著增加,条带群开采地表下沉达到了该地质采矿条件的极值,下沉系数为0.22,下沉盆地面积大,但平缓且较均匀,移动变形连续且周期长,在下沉盆地外边缘出现了地表反弹轻微抬高的现象。针对深井宽条带法开采的特点,提出了深井宽条带法开采煤柱尺寸的计算设计方法。