复杂应力环境煤柱坝体损伤破坏规律研究

煤矿地下水库是实现水资源保护与利用的有效技术途径,其中煤柱坝体稳定性对保障地下水库系统安全具有重要影响。针对地下水库煤柱坝体处于动静载叠加的复杂应力环境,结合补连塔煤矿地下水库工程背景,采用FLAC3D程序构建复杂应力场下煤柱坝体动态损伤数值计算模型,研究多工作面开采侧向支承压力分布及动载荷作用下煤柱坝体动力响应规律,并采用声波探测巷道围岩松动圈范围。研究结果表明:受邻近工作面采动影响,煤柱处于较高的侧向支承压力影响区,塑性区发育范围较大;受矿震等动载荷影响,煤柱围岩塑性区发育面积及发育深度显著增加,竖向应力极值点向纵深方向发展;巷道围岩松动圈发育深度煤柱侧大于工作面侧,在重复采动残余支承压力和动载叠加作用下煤柱损伤破坏程度更严重。研究结果为地下水库建设与长期安全运行提供了科学依据。     

近距离煤层采空区下回采巷道矿压显现规律研究

近距离煤层一般选用下行开采方式,上部工作面回采之后对采空区下回采巷道形成支承压力。通过监测某矿井近距离煤层采空区下回采工作面巷道、围岩结构、围岩变形程度和测量松动圈,结果发现:煤柱帮破碎、裂隙发育,顺槽两帮移近量最大值近0.43 m,顶底板移近量最大值达到0.48 m,巷道松动圈最大为1.1 m。受采动超前支承应力影响后,巷道松动圈增加至2.3 m,30 m范围是整个测试的工作面超前支承压力影响区。     

近距离煤层采空区下回采巷道矿压显现规律研究

为了研究近距离煤层采空区下回采巷道在回采期间矿压显现规律,对回采工作面巷道围岩结构、围岩变形和松动圈大小进行了现场监测。通过监测结果分析得出,煤柱帮主要由煤和少量泥岩组成,裂隙发育,破碎严重。顺槽两帮最大移近量为0.49 m,顶底板最大移近量为0.41 m。未受采动超前支承应力的影响前巷道松动圈最大为1.3 m,受影响后增加至2.2 m,工作面超前支承压力影响范围为30m。     

特厚煤层区段合理煤柱宽度留设研究

肖家洼煤矿211304工作面材料顺槽受邻近综放工作面高强度采动影响,巷道矿压显现剧烈,20 m区段煤柱宽度下动压巷道围岩控制困难,严重制约安全高效开采。利用FLAC3D数值模拟软件分析211304工作面采动周边支承压力分布及5种不同区段保护煤柱的围岩应力和位移演变规律,得出合理煤柱宽度为30 m,并在211305工作面进行工业实践。现场矿压观测211305材料顺槽底鼓量最大为165 mm,顶板下沉量最大为55 mm,两帮移近量最大为110 mm,经受过211304工作面回采影响后,巷道变形量较小,有效地控制了巷道围岩变形。     

重复采动下顶板含水巷道顶底板变形机理及控制

针对内蒙古巴彦高勒煤矿重复采动下影响顶板含水层回风巷道顶底板变形较大的问题,采用现场实测及理论分析方法,通过分析巷道围岩松动圈的成因及影响因素,对巷道顶底板变形较大的机理及控制措施进行了研究。结果表明:初次采动影响时,支承压力主要作用于护巷煤柱,巷道顶板松动圈范围较小,护巷煤柱应力在巷道底板释放导致局部的底鼓现象,但巷道顶底板整体变形不明显;重复采动影响时,巷道顶板承受支承压力较大、两帮应力在底板释放,顶底板松动圈范围扩大,顶板松动圈发育至含水层后,顶板水弱化顶底板煤岩体强度,导致顶底板松动圈进一步增大,巷道顶底板变形较大;提出了相应的巷道变形控制措施,在现场应用效果显著。     

大埋深大采高回采巷道矿压显现规律研究

为研究大埋深大采高工作面两巷在回采期间矿压显现规律,对巷道围岩变形、应力变化和松动圈大小进行了现场监测。分析监测结果得出,工作面超前支承压力影响范围为40～50m。巷道两帮最大移近量为0.35m,底板最大移近量为0.25m,顶板最大离层量为0.32m。煤体内应力集中系数3～4左右。未受采动超前支承应力的影响前巷道松动圈最大为1.8m,受影响后增加至2.6m。     

回采巷道围岩松动圈厚度的确定

采用锚杆支护解决采动支承压力问题,关键是确定出巷道围岩松动圈的厚度。采用U510非金属超声波探测仪监测煤矿回采巷道上顺槽与工作面不同距离时的波形曲线,确定了回采巷道前方不同位置处围岩松动圈的厚度,为确定锚杆支护参数提供依据。     

屯留煤矿高瓦斯厚煤层巷道布置技术

针对屯留煤矿原有的巷道布置形式,在保证两进两回通风方式的基础上,改变巷道掘进顺序和煤柱宽度,使得煤柱较小的中间巷仅受1个工作面采动支承应力作用,显著改善巷道维护状况.在相邻工作面之间采用合理的煤柱宽度,减少采动支承应力的作用,同时提高采区采出率.通过UDEC软件进行数值模拟,分析巷道围岩在不同煤柱宽度下位移、应力和塑性区的分布与变化规律,确定合理的煤柱宽度,为矿井的安全高效回采提供了依据.     

小保当矿大采高工作面动压巷道稳定性研究

针对小保当矿大采高工作面巷道受二次采动影响变形量大现状,探究了大采高工作面回采前后基本顶侧向破断形式,分析了大采高工作面巷道受一次采动及二次采动影响顶板稳定性,结果表明受侧向悬臂梁结构与采动应力叠加影响,动压巷道侧方基本顶进一步破断回转,煤柱所受顶板垂直压力及水平推力增大,煤柱侧帮部变形量明显大于回采侧,顶板下沉量加剧,提出了大采高动压巷道强帮护顶支护原理,制定了动压巷道围岩控制方案,保证了动压巷道稳定。     

综放面单侧采空煤柱稳定性研究及实测

在使用留煤柱护巷的长壁采煤工作面中,单侧采空煤柱的稳定是后采工作面安全顺利回采的保障.近年来随着煤矿开采强度加大,对采对掘情况比较普遍,形成的护巷煤柱将经历两次工作面回采动压影响,对煤柱的稳定产生较大影响,对巷道围岩控制带来困难,特别是在综放开采的矿井尤为明显.因此,对厚煤层放顶煤工作面及相邻巷道对采对掘形成的区段煤柱在单侧采空状态下煤柱内支承压力分布规律进行了理论计算和现场实测分析.以东坡煤矿922和923综放工作面间20m护巷煤柱为例,分析和研究了煤柱形成后各阶段支承压力演变过程,得到了单侧采空煤柱采空区侧和巷道侧极限平衡区范围计算公式、煤柱最小宽度公式;通过钻孔应力计对现场煤柱内支承压力进行实测,得到了本工作面回采超前压力的影响范围和峰值,并说明现场20m宽煤柱内存在稳定弹性核区,煤柱可进一步优化以提高采出率.     

迎采动面沿空掘巷合理煤柱宽度研究

迎采动工作面沿空掘巷受超前采动支承压力和侧向支承压力叠加的影响,巷道围岩应力增加,巷道产生大变形。结合下梨园矿工程地质条件,采用数值模拟计算的方法,对迎采工作面沿空掘巷煤柱的合理宽度进行研究。     

工作面超前支护段强动压巷道围岩应力优化技术研究

以芦子沟矿3107特厚煤层综放工作面为工程背景,应用数值模拟分析了3107工作面采动阶段煤柱侧帮围岩应力动态变化特征,巷道煤柱侧帮围岩受采动影响强烈。理论分析了回采巷道强动压显现机理,基于此,提出强动压巷道顶板大深度预切缝卸压技术,并阐述了其技术原理。预切缝后,沿空巷道超前支护段围岩应力降低,侧向支承压力峰值位置向工作面中部移动,沿空巷道超前支承压力峰值位置向工作面推进方向前移,能够有效改善超前支护段巷道围岩应力状态。数值模拟及现场实测结果表明预切缝后超前支护段巷道围岩稳定,巷道变形量减小,矿山压力显现缓和。     

山西上榆泉煤矿浅埋近距离下伏煤层煤柱尺寸优化

以山西上榆泉煤矿二采区1008工作面主运输巷煤柱为工程背景,采用数值模拟和现场实测的综合研究方法,分析了未受采动影响时4,6,8,10 m宽度煤柱和采动影响下10,15,20 m宽度煤柱的应力演化规律,得出未受采动影响时煤柱的合理尺寸为6 m,受采动影响时煤柱的合理尺寸为15 m。在上述分析的基础上,通过现场应力监测和钻孔窥视,得出采动影响下煤柱垂直应力最大值位于工作面前方20 m,煤柱应力分布曲线呈单峰趋势;运用钻孔窥视仪对1008工作面主运输巷进行了巷道围岩松动圈测定,得出两帮松动圈范围为1.21~2.12 m,顶板松动圈范围为0.84~1.03 m,松动圈范围较小,可以进行煤柱宽度优化。分析结果可为相似开采条件下巷间煤柱留设提供有益参考。     

浅埋特厚煤层综放开采区段煤柱合理宽度的确定

针对串草圪旦煤矿浅埋特厚煤层综放开采区段煤柱合理宽度的确定问题,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合,研究了浅埋特厚煤层开采采动支承压力分布规律,区段煤柱的受力分布特征,以及煤柱塑弹性区域分布状态,得出了工作面合理区段煤柱宽度范围。保证了工作面的安全生产,提高了煤炭资源的回收率。     

文家坡矿深部强采动巷道底鼓影响因素及控制对策

针对我国西部深井强采动巷道底鼓控制难题,以陕西文家坡煤矿4106工作面回风巷为工程背景,分析了4106回风巷围岩破坏机制,得出文家坡煤矿强采动巷道底鼓的主要影响因素为岩性差、强度低、地应力高、二次采动影响与支护方案不合理。FLAC~(3D)数值模拟结果表明:一次采动顶底板变形量为1 160 mm,且煤柱侧向支承压力峰值为28.3 MPa;二次采动期间顶底板移近量从工作面前方80 m处的1 737 mm增加到工作面处的2 281 mm,煤柱侧向支承压力峰值为36.7 MPa,同比增加29.7%。基于模拟结果和底鼓主要影响因素,提出了顶板长锚固、巷道帮角锚杆加固、围岩卸压和底板铺设三合土联合控制对策,现场应用效果良好。     

二次采动影响下区段煤柱破坏机制及围岩控制技术

针对二次采动影响下区段煤柱破坏严重巷道难以控制的难题,以小纪汗煤矿11215工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟方法,分析了该工作面面临的二次采动下覆岩空间结构经历"O"形变化为"厂"形的接替过程,揭示了二次采动影响下巷道围岩的破坏机制,提出了差异化巷道围岩支护技术,并采用现场监测方法验证措施的可靠性。研究结果表明:①采动影响下煤柱变形破坏的控制是确保巷道断面快速掘进和安全回采的重要保障;②应力叠加与高强度开采的耦合作用、巷道断面与支护参数匹配不合理及回采推进速度的不协调是导致煤柱失稳的主要因素;③采用长锚索、高预应力锚索+钢带联合差异化控制,有效控制了11213工作面剩余段围岩的强烈变形,基本满足了巷道的使用要求。但由于采动应力的影响,回采过程中回采帮侧顶板下沉0.3 m,煤柱帮侧顶板下沉0.15 m,顶板最大下沉量约0.42 m,但采取措施巷道围岩完整性较好,不会影响运输及工作面回采,该技术也为类似工作面安全开采提供了有益参考。     

特厚煤层回采巷道大变形及采动应力场分析

基于郭家河煤矿特厚煤层回采过程中邻空侧巷道变形严重,以1305工作面回风巷巷道变形为工程背景,开展工作面推进过程中巷道围岩变形观测和采动应力场监测。研究结果表明:随着工作面深入1303采空区,回风巷侧巷道变形速度增大3~5倍;相比于运输巷回风巷侧支承压力峰值深入工作面及巷帮实体煤距离均减小,应力集中系数可达3;1305工作面回风巷巷道大变形是采动应力、采空区侧向支承压力、侧向顶板结构等多重因素耦合作用的结果。针对巷道变形原因提出侧向顶板深孔断顶爆破和小煤柱护巷措施。     

塔山矿综放工作面停采线合理煤柱宽度实测

为了掌握综放工作面停采后超前支承压力分布及影响范围,分析研究既能满足巷道维护需要,又尽可能地减小煤柱损失的停采线煤柱宽度,通过在综采放顶煤工作面中间回风巷布置应力观测区和煤体松动范围观测区,动态监测煤柱内应力变化,同时进行了巷道围岩松动范围观测。结果表明:停采线煤柱应力测试中,最大应力读数为3.90 MPa,最小2.50 MPa,煤柱内50~170 m范围内受超前压力影响较小;停采线煤柱可减少到160 m。     

曲堤煤矿动压砌碹巷道锚注联合加固技术研究

曲堤煤矿所开采煤层为二叠系山西组下部的3#煤层,平均埋深310 m,平均厚5.19 m,采用分层开采方法。胶带上山受多个回采工作面动压影响、大面积采空区造成应力重新分布、保护煤柱集中应力升高,矿井砌碹巷道在临近工作面回采时受到超前支承压力的影响,导致巷道严重变形破坏,影响巷道的正常安全使用。原有的砌碹和架棚支护结构属于被动支护方式,不能适应采动影响带来的应力变化。针对曲堤煤业已失稳的砌碹巷道,开发围岩注浆+锚杆锚索联合支护技术,确保砌碹巷道的长期稳定。研究结果可为同类型矿井开采过程中巷道围岩控制提供借鉴。     

浅埋两硬煤层综放面支承压力分布规律研究

为研究浅埋两硬煤层综放面支承压力的分布特征,用钻孔应力计对安家岭矿4102工作面回采巷道两侧煤体内的应力进行了实测。研究表明:浅埋两硬煤层综放面超前支承压力、后方支承压力及侧向支承压力的影响范围较大,超前支承压力峰值位置到煤壁以及侧方支承压力峰值点到煤柱侧帮的距离都较小(3~4m),这是与普通煤层综放面超前支承压力峰值点前移及侧方支承压力峰值远离巷帮的规律不同之处,侧方支承压力峰值出现在工作面后方,在工作面采动影响稳定后,煤柱侧巷帮煤体内会出现明显的破碎垮落区、塑性区和弹性区。