沿空留巷顶板下沉规律及其影响因素分析

针对沿空留巷顶板下沉量大、控制十分困难的问题,在分析沿空留巷顶板下沉规律的基础上,利用能量守恒原理,建立了沿空留巷顶板下沉力学模型,推导出顶板下沉量的计算公式,并对顶板下沉的影响因素进行了定量分析和灰色关联度敏感性分析。结果表明：某矿沿空留巷顶板下沉量计算值为371.45 mm,较好地吻合现场测量值,理论计算公式是准确的。顶板下沉随巷道宽度、采高的增加而增大,随直接顶厚度、巷内支护阻力、煤帮侧向支护阻力、巷旁充填体宽度和充填体弹性模量的增加而减小;对沿空留巷顶板下沉的敏感度大小的影响因素依次为采高、充填体弹性模量、充填体宽度、直接顶厚度、巷内支护阻力、巷道宽度、煤帮侧向支护阻力,其关联度分别为0.96、0.73、0.68、0.52、0.28、0.13、0.04。研究结果可为有效控制沿空留巷围岩变形提供依据。     

沿空留巷顶板下沉量计算及分析

基于支架-围岩整体力学模型,利用位移变分原理研究了沿空留巷时基本顶在给定变形下直接顶的受力、变形情况,探讨了顶板下沉量与巷内、巷旁支护阻力、直接顶厚度、巷道宽度及充填体宽度之间的相互关系.结果表明:巷内支护阻力对顶板下沉量几乎没有影响;顶板下沉量随巷旁支护阻力的增大而减小;直接顶厚度在2.5 m以内时,顶板下沉量变化不大;而直接顶厚度大于2.5 m时,顶板下沉量随直接顶厚度的增加而显著减少;巷道顶板下沉量随巷道宽度的增加而加大;巷道顶板下沉量随充填体宽度的增大而增大.     

沿空留巷围岩变形机理及控制技术

为控制沿空留巷围岩变形,分析不同阶段巷道围岩结构和应力分布,研究围岩变形机理,结果表明:影响沿空留巷围岩变形的主要因素是巷道顶板的三铰接梁结构.结合影响巷道顶板下沉和巷帮挤出的具体因素,研究下沉量和挤出量的计算方法,并以下沉量和挤出量为依据,确定沿空留巷围岩变形的控制策略.通过研究巷旁支护对控制围岩变形效果的影响,提出根据顶板下沉量判断顶板触矸情况,确定巷旁支护工艺.利用数值模拟软件,计算某矿沿空留巷时巷道围岩与巷旁充填体的应力分布情况,验证该矿沿空留巷围岩变形的控制效果和巷旁支护的合理性.     

变厚煤层沿空留巷变形破坏原因及规律

为揭示变厚煤层沿空留巷变形破坏原因及规律,理论分析了不同开采高度对沿空留巷的影响,并利用数值模拟分析了变厚煤层沿空留巷的围岩变形情况和应力分布规律。研究结果表明:煤层厚度增大,顶板下沉量增大,充填体所需支护阻力、充填宽度和回转角度增加,充填体变形破坏严重并向巷道内移,在巷道实体煤帮和帮角处产生应力集中,应力峰值向深部延伸。厚度较小时,巷道变形不显著,但实体煤帮应力集中,存在变形隐患。     

松软破碎围岩条件下沿空留巷控制对研究策

针对新矿集团赵官煤矿1704东运输巷沿空留巷围岩变形量大、巷道破坏严重的情况,利用围岩变形监测等手段,结合沿空留巷原有支护方案,分析了松软破碎围岩条件下沿空留巷围岩变形特点,提出了相应的围岩控制对策,并通过数值模拟得出了合理的留巷宽度和支护参数。工程实践表明:沿空留巷正常地段顶板下沉量均不超过300 mm;巷道累计卧底深度400 mm,实体煤帮横向变形量控制在240mm以内,充填体一侧变形量控制在140 mm以内,与1704东运输巷沿空留巷相比,围岩变形量减少一倍。     

固体充填采煤沿空留巷顶板下沉影响因素研究

为研究不同因素对固体充填采煤沿空留巷顶板下沉的影响,分析了固体充填采煤沿空留巷的覆岩移动特征,基于Winkler地基假设,建立沿空留巷顶板力学模型。以济三煤矿63下04(南)-2运矸巷为工程背景,分析探讨巷道宽度、巷旁支护阻力、巷旁支护体宽度、采空区充实率与巷道上覆顶板下沉的关系,结果表明:顶板下沉量随巷道宽度的增加而增加、随巷旁支护阻力增加而减小、随巷旁支护体宽度增加而降低、随充实率的增加而降低。现场实践中,巷道宽度4.2m,巷旁支护体宽度4.5m,采用锚带网联合支护对巷道进行加固,采用垒砌矸石墙加混合充填体的综合支护方式进行沿空留巷的巷旁支护,实测得工作面后方留巷巷道两帮最大移近量230mm,顶板最大下沉量300mm。     

综放沿空留巷顶板下沉规律与控制

针对综放沿空留巷顶板下沉控制困难问题,揭示了综放沿空留巷顶板下沉规律,建立了顶板下沉力学模型,结合损伤力学和能量守恒理论,推导出了顶板下沉量的理论公式,在此基础上对其影响因素进行了分析,提出了综放沿空留巷顶板下沉控制对策,并进行了工程应用。结果表明:顶板下沉量理论计算公式与现场实测值基本一致;各因素对顶板下沉影响程度依次为:巷旁支护体宽度、直接顶有效弹性模量、基本顶给定载荷、关键块破断位置、巷旁支护体有效弹性模量、巷内支护阻力、巷道宽度、顶煤有效弹性模量。顶板下沉控制对策应围绕关键性影响因素进行,据此提出"锚网索+高强度墩柱+木垛"耦合支护方式,即采用锚杆+锚索+高强度钢筋网进行巷内耦合支护,巷旁采用高强度墩柱支护,并用木垛进行巷旁加强支护。工程应用表明,综放沿空留巷围岩变形稳定,顶板下沉得到了有效控制。     

三软煤层复合顶板留小煤柱沿空掘巷锚网带索支护技术

针对三软煤层复合顶板条件下小煤柱沿空掘巷的支护问题,对其围岩的关键块体和支护结构进行稳定性分析,结合许疃矿三软煤层复合顶板的特殊地质条件,应用FLAC2D对7128工作面回风巷掘进前的围岩应力分布情况和不同小煤柱留设宽度下巷道围岩的应力和变形情况进行数值模拟,得出沿空掘巷小煤柱留设宽度对软煤和中硬煤顶板下沉量的影响程度及巷道围岩变形控制的关键因素,确定留小煤柱的合理宽度为5 m,且优化设计了锚网带索支护方案,并在7128工作面回风巷进行了工业性实验,效果良好。     

沿空留巷顶板稳定性分析及其控制

 根据沿空留巷上覆岩层的后期活动规律，将顶板变形视为“给定变形”，建立顶板力学模型，采用变分法，推导顶板下沉量计算公式。依据具体的地质力学参数，验证力学模型的合理可行性，并研究分析顶板下沉量与各影响因素之间的定量关系。通过分析表明，在直接顶弹性模量较大时，巷旁支护阻力的变化对顶板下沉量影响不大；在直接顶弹性模量较小时，巷旁支护阻力对顶板下沉量影响较大。直接顶厚度在3~11.5m范围内变化时，随着直接顶厚度增加，顶板下沉量明显减小。当巷内和巷旁支护阻力较高时，顶板下沉量随着直接顶弹性模量增大而明显增大；当巷内和巷旁支护阻力较小时，直接顶弹性模量的变化对顶板下沉量影响较小。顶板下沉量与巷道宽度、煤层厚度、巷帮塑性区宽度、顶板旋转角度成线性增大的关系，与巷帮煤体残余强度、充填体宽度成线性减小的关系，与巷帮煤体弹性模量成反比例关系。根据各影响因素与顶板下沉量之间的关系，提出巷内支护采用“分期联合支护”，巷旁采用“超前复合加固”等控制沿空留巷顶板稳定性的措施。     

复合顶板切顶沿空留巷围岩变形分区及耦合支护技术

为解决复合顶板切顶沿空留巷围岩存在顶板易破碎、下沉量大等问题,以龙滩煤矿3124S工作面风巷为工程背景,基于复合顶板切顶沿空留巷顶板变形监测结果,研究了复合顶板切顶沿空留巷围岩变形特征,揭示了留巷巷道复合顶板变形破坏机理,同时,根据围岩变形特征提出了分区域多介质耦合支护技术。结果表明,分区域多介质耦合支护技术可有效控制顶板变形,顶板最大下沉量约为62mm,降低了60%～75%,留巷效率提升了15%～40%,保障了工作面的快速推进。     

余吾煤业N1105工作面沿空留巷支护应用研究

为解决余吾煤业N1105工作面胶带顺槽沿空留巷围岩变形严重的问题,特提出在此巷道进行沿空留巷加强支护,超前在巷道原有支护的基础上铺设两层菱形金属网和一层钢筋网片、补打锚索补强支护,运用柔模混凝土墙体在巷道回采侧进行永久加强支护,对巷道超前30 m、滞后200 m范围内进行临时加强支护。实践表明,沿空留巷支护能有效解决围岩变形严重问题,尤其是对顶板下沉有很好的支护效果,全巷道顶板基本无明显变化,个别地段顶板稍有下沉。矿压监测显示,留巷顶板最大下沉量为235 mm,底鼓最大值为1 080 mm,帮鼓最大值为432 mm,除底鼓变化量较大以外,顶板下沉和帮鼓得到有效控制。     

小煤柱沿空留巷围岩控制应用研究

为保证小煤柱沿空留巷的顺利进行,通过分析掘巷和工作面回采时顶板的应力分布特征,结合巷道实际地质条件,设计了小煤柱和沿空留巷支护方案。小煤柱的宽度为12 m时,留巷后巷道围岩稳定,顶底板最大变形量210 mm,两帮移近量270 mm。     

复合顶板综采面沿空留巷技术研究与应用

矸石带巷旁支护的优点是节省支护材料、稳定性较好,缺点是矸石带的可缩量大、前期支护阻力小、顶板下沉量大、构筑矸石带的劳动强度大。对于复合顶板薄煤层综采工作面,有效控制巷道围岩状况,尤其是对巷旁充填段复合顶板的控制是沿空留巷技术能否成功的关键。通过结合数值模拟软件及现场留巷情况分析巷旁充填矸石带后巷道围岩应力及变形状况,模拟不同充填矸石带宽度对留巷效果的影响,得出在此条件下成功应用巷旁充填3 m宽矸石带沿空留巷的技术。     

高瓦斯综采工作面沿空留巷充填体宽度优化

针对潞安余吾矿区巷旁充填体的沿空留巷现场充填宽度不足,导致巷道稳定性得不到保证且巷道变形较大的问题,理论分析了综放尾巷留巷巷旁充填体的受力特点和变形特征,并利用FLAC~(3D)对沿空留巷期内围岩变形特征进行数值模拟,确定了巷旁充填体的最优充填宽度。结果表明:巷旁充填体对巷道围岩的作用具有在短时间内可达到高强度、高阻力状态,并具备上佳的变形性能,从而实现非采煤帮、充填体和冒落矸石共同承但围岩压力;巷旁充填体宽度取值为1.5 m时,此时充填体宽度无应力集中向少应力集中的过度,峰值应力变化最为明显从8.3MPa增加到12.6 MPa,在此情况下,巷道围岩变形量较小,观测点实测结果显示,顶底板移近量分别为331.3 mm和280.7 mm,两帮移近量分别为225.4 mm和171.7 mm,巷道围岩变形主要以顶板下沉为主,沿空留巷段巷旁支护基本满足围岩控制要求。     

综采工作面沿充留巷围岩稳定性研究

采用理论分析方法对沿充留巷与沿空留巷二者巷道顶板压力进行计算对比分析。结果表明:沿充留巷与沿空留巷相比,在具有沿空留巷优势的同时,对采空区顶板有减压降沉的特点。计算沿空留巷顶板压力为P=212.94~358.54 MPa,沿充留巷顶板压力为P=161.98~256.62 MPa。可以看出充填体对采空区覆岩产生支撑力,有效减缓顶板下沉量,降低顶板压力。以金谷煤矿为工程背景,基于沿充留巷顶板压力理论计算值以及矸石充填开采技术特点,对巷道进行组合支架留巷、辅助支护以及巷旁注浆加固综合设计有效控制11101工作面矸石充填过程中巷道围岩变形量,确保巷道围岩稳定性。     

无煤柱开采巷道围岩稳定性分析

综合考虑沿空留巷围岩变形、采场覆岩运动规律及巷旁支护结构的特点,将沿空留巷顶板结构简化为采空区矸石、巷旁充填体及巷帮煤体共同作用的弹性力学模型,计算了该条件下的支护反力,利用控制变量的方法分析了影响支护反力的主要因素是充填体宽度和充填体弹性模量,得出了巷旁充填体压缩量计算公式。在此基础上,通过UDEC数值模拟方法,模拟了沿空留巷顶板关键岩块在弹性支撑条件下的应力状态,分别得出了充填体宽度及弹性模量与顶板下沉量的关系。综合以上分析,确定了赵官煤矿1705工作面沿空留巷巷道围岩控制方案。     

高水材料充填沿空留巷应力控制与围岩强化机理及应用

高水材料被广泛应用于不同条件下的薄及中厚煤层沿空留巷、部分条件较好的厚煤层沿空留巷,形成了丰富的高水材料充填沿空留巷围岩控制实践。基于高水材料充填沿空留巷理论研究和现场实践,以应力控制与围岩强化为主线,分析了充填留巷围岩在巷道掘进、工作面超前采动影响、留巷围岩调整稳定和邻近工作面复用4个阶段的应力与变形特征,提出了“基本顶二次破断”的覆岩顶板运动特征。以青龙同昌煤矿15102工作面沿空留巷为背景,数值模拟研究了留巷过程中围岩应力和塑性区分布特征,揭示了充填留巷覆岩基本顶的旋转下沉是留巷巷道所受外力的主要来源;在此基础上,提出了充填留巷围岩控制的关键区域,根据高水材料固结体的较强塑性变形特性,提出了高水材料充填沿空留巷围岩分时分区强化机理,确定了合理的高水材料充填体支护阻力计算式、留巷顶板离层计算式和实体煤帮的支护强度计算式,给出了高水材料充填沿空留巷围岩控制关键参数设计方法,关键参数包括充填体支护阻力(充填体宽度和强度)、顶板支护强度(巷内支护和临时支护)、实体煤帮支护强度。介绍了山西高平青龙同昌煤业15号煤层和赵庄煤业9号煤层高水充填沿空留巷围岩控制2个应用实例,留巷围岩变形控制效果...     

混凝土填充墙支护下沿空留巷稳定性分析

为揭示混凝土填充墙支护下综采沿空回采巷道矿压显现规律,有效控制围岩变形,根据某矿综采面地质与开采条件,应用数值计算方法研究采后留巷的稳定性。数据分析显示:混凝土墙支护下沿空留巷围岩应力随采煤工作面推进呈周期性变化,采后20 m范围的巷道围岩来压较剧烈,是重点支护区域;巷道围岩位移量随采煤工作面的推进而增大,其中巷帮移近量较小,而顶板下沉量较大,表明采用混凝土墙支护沿空留巷有利于巷帮的稳定,但不利于顶板稳定。     

综采工作面沿空掘巷巷道合理布置研究

为了确保沿空留巷巷道稳定性,研究了综采工作面沿空掘巷巷道合理布置,理论分析了沿空掘巷煤柱荷载,介绍了沿空留巷巷道布置原则,采用数值模拟软件,研究了沿空留巷煤柱宽度留设对巷道稳定性影响及巷道沿不同层位掘进时巷道垂直应力、塑性区分布以及巷道围岩变形。研究得出,沿空留巷煤柱宽度留设宽度为20 m,巷道沿顶板掘进更容易支护。     

深井沿空留巷巷旁支护阻力分析及围岩控制技术研究

为保证6118工作面运输顺槽沿空留巷时巷道围岩的稳定,运用理论分析结合现场实测的方法,对深井沿空留巷巷旁支护阻力进行具体分析,并结合6118工作面地质条件对沿空留巷的支护方案进行具体设计,并通过矿压监测对沿空留巷的支护方案进行验证分析。结果表明:支护方案实施后,6118运输顺槽顶板的最大下沉量为600mm,两帮的移进量为340mm,保证了沿空留巷围岩的稳定。