厚煤层巷道煤柱留设及沿空巷道围岩控制机理研究

为确定厚煤层煤柱合理宽度问题,通过理论分析得出基本顶断裂线位置,采用数值模拟对比分析常规综放开采和错层位外错式采煤法下沿空巷道周围垂直应力分布规律。同时,在支护形式上对比错层位外错式和以往巷道单一支护。综合考虑采用错层外错式布置方式且相邻巷道错距确定为1 m,"锚网喷+锚索"联合支护下上区段沿顶巷道实体煤帮和接续面沿空掘巷顶板在横纵向对沿空巷道顶煤形成支撑作用。错层位外错式采煤法确定沿空掘巷新形式,为减弱上覆岩层对巷道围岩应力有重要作用。     

三软煤层巷道布置优化与联合支护技术研究

为解决三软煤层回采巷道围岩大变形难支护和区段间留设大煤柱资源浪费的问题,对巷道布置和支护方式进行了优化,采用了厚煤层错层位外错式沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法.首先采用极限平衡区法确定沿空巷道煤柱留设5m,建立了关键块B力学模型,计算分析了关键块B不会发生滑落失稳与回转失稳;其次介绍了相邻巷道联合支护技术;最后采用FL...     

钱家营矿工作面巷道布置模拟研究

采用理论分析、数值模拟和相似模拟方法对传统留煤柱巷道布置和错层位巷道布置进行研究。首先确定传统巷道布置的煤柱宽度,并进行合理性验证,以及错层位巷道采用外切式布置;其次根据钱家营煤矿实际地质条件,模拟研究不同宽度煤柱在煤体开挖后的围岩应力和变形破坏,得出了12-1煤层区段煤柱的合理宽度为6m,弹性核宽度为3.2m,与错层位巷道布置进行对比,最后采用相似实验模拟研究2种巷道布置上覆岩移状态,为12-1煤层后续开采巷道布置提供依据。     

错层位巷道布置防控冲击地压技术研究

为了解决深井强冲击倾向性厚煤层开采过程中冲击地压和巷道大变形灾害控制难的问题,应用窄煤柱沿空掘巷和错层位巷道布置防冲控制理论,在华丰煤矿1411回风平巷进行了试验研究。通过现场围岩变形量和微震监测,得出错层位巷道布置能够解决1411回风平巷冲击地压强烈、次数多和巷道变形量大的问题,其中0.8级以上矿震减少87%,巷道顶板移近量降低132.5mm,两帮变形量减少152mm。试验结果对冲击地压防控具有一定的指导意义。     

错层位沿空巷道围岩结构及其卸让压原理

错层位沿空巷道特殊的围岩卸让压结构能够解决常规沿空掘巷在深部开采、坚硬顶板时存在巷道维护困难的问题。对比分析了留煤柱护巷和沿空留(掘)巷围岩结构特征,阐述了影响沿空巷道围岩稳定性的主控因素——侧向基本顶关键块的运移。通过力学分析和实验室实验,研究了错层位巷道侧向基本顶下方卸让压围岩结构体系卸让压的力学机理。研究表明:错层位布置使巷道远离侧向集中应力,实现了侧向支承压力向煤体深部转移的效果,避免了沿空巷道受深部高地应力的影响,实现了自动卸压的效果;矸石-三角煤柱结构通过松散矸石大变形缓冲顶板显著运动动载,通过高承载限侧矸石、高稳定性三角煤柱承担关键块静载;自由空间-碎胀矸石组合结构使坚硬顶板充分回转、降至低位态,实现结构性让压,避免顶板受侧向关键块剧烈运动的影响。     

无煤柱开采围岩控制技术及应用

我国煤矿无煤柱开采技术研究与应用已有60多年.综合分析了沿空留巷、沿空掘巷、跨巷开采及采空区布置巷道等无煤柱开采方法及适用条件、围岩控制取得的研究成果.在沿空留巷方面的主要内容为:不同开采系统的沿空留巷类型、围岩变形与破坏特征;沿空留巷结构力学模型及围岩与支护作用关系;沿空留巷巷内基本支护、巷内加强支护、巷旁支护形式及...     

近距离煤层下层巷道变形影响因素的研究

以某矿井近距离煤层开采为工程实例,建立FLAC3D数值模型,分别模拟:当煤柱宽度一定时,巷道变形与巷道布置错距之间的关系;当巷道布置的错距不变时,留设的区段煤柱的宽度对本煤层回采巷道变形的影响。模拟结果得出了当煤柱宽度为15 m时,巷道顶底板移近量在错距为4 m时达到最大;综合考虑巷道维护与资源采出率,最佳的巷道布置错距为6 m～8 m;当巷道布置错距为6 m时,巷道变形随着煤柱宽度的增加而减小,根据煤柱内的垂直应力分布得出煤柱的留设宽度不应小于16 m。     

倾斜中厚煤层错层位外错式巷道布置及相邻巷道联合支护技术

基于倾斜中厚煤层沿空掘巷与支护技术展开研究。首先通过构建力学模型,依据基本顶最大弯矩确定基本顶的断裂位置及断裂形式,计算得在距离煤柱帮17.57 m处基本顶达到弯矩最大值23.02 MN·m,并进一步确定断裂线位于实体煤上方;结合"内外应力场"理论,确定在当前覆岩力学环境下"内应力场"范围为15.89 m;综合考虑煤柱的空间关系,分析巷道围岩煤柱尺寸,确定窄煤柱水平错距为7.37 m,竖直错距为2.40 m;综合以上分析确定区段煤柱留设尺寸范围为7～12 m,通过FLAC~(3D)数值模拟软件对不同煤柱尺寸的应力场、塑性区分布进行计算分析,对掘进和回采两个阶段下不同煤柱尺寸条件下稳定性进行研究和验证,最终确定窄煤柱的合理宽度为8 m。然后根据倾斜中厚煤层错层位外错式巷道布置形式所具有的立体化空间形式,提出错层位外错式区段间相邻巷道联合支护技术并对其技术特点进行理论分析;基于围岩松动圈支护理论,通过计算确定区段间相邻巷道联合支护参数并利用FLAC~(3D)数值模拟软件对区段间相邻巷道联合支护方案和矿方原支护方案进行模拟,分别从支护应力场、塑性区分布和围岩相对变形率3方面对掘巷和回采阶段下两支护方案的效果进行验证,最终结果表明区段间相邻巷道联合支护方案相对于矿方原始支护方案,更有利于巷道围岩的变形控制。     

同一铅垂面不同层位沿空掘巷矿压特征研究及应用

华丰煤矿采深超过1 km,煤层倾角32°。此矿采用传统留小煤柱进行沿空掘巷,巷道变形严重,影响安全生产;如采用沿空留巷的无煤柱开采技术,由于受千米埋深的高地应力影响,沿空留巷会产生大变形,并且围岩不稳定。为解决以上难题,提高煤炭回收率,采用错层位沿空掘巷方法。通过建立沿空掘巷基本顶的力学模型,分析推导巷道围岩冲击地压发生机理,据此采取煤层超前注水和危险区爆破卸压等防冲措施。     

基于大范围岩层控制技术的大倾角煤层区段煤柱失稳机理

为了实现大范围岩层控制技术，提高大倾角煤层长壁工作面“R-S-F”系统稳定性，在分析区段采空区围岩失稳机制的基础上，建立区段间围岩失稳模型，研究了区段煤柱的应力分布规律和失稳破坏准则，确定了区段煤柱的合理尺寸。结果表明:大倾角煤层区段围岩联通运移可总结为“挤压-弯垮”与“压垮-倾倒”两种模式。而要实现大范围岩层控制技术，应使区段采空区围岩以“压垮-倾倒”模式进行失稳联通。覆岩结构以“梁-拱组合梁”形式存在时，区段煤柱强度决定了区段采空区的联通运移模式，以“双拱连续梁”形式存在时，区段煤柱尺寸决定了“压垮-倾倒”联通运移模式的矿压显现特征及变形破坏后的采空区三维空间形态。因而大范围岩层控制技术的关键在于区段煤柱的设计。结合区段煤柱自身强度及失稳破坏准则，确定其宽度k须在满足k>kZH条件的同时尽量满足k相似文献   

基于震波CT探测的宽煤柱冲击地压防控技术

针对深井区段煤柱冲击地压易发、多发、难防治的难题,以某矿1301工作面80 m区段宽煤柱冲击地压为例,利用数值模拟及微震数据分析,研究了宽煤柱冲击地压致灾机制,采用震波CT原位探测技术评估了宽煤柱区域内冲击危险性,并提出针对性防治方案。结果表明:3号煤层具有弱冲击倾向性,顶板岩层具有强冲击倾向性,已具备发生冲击地压的内在条件,高自重应力、强构造应力提供了基础静载荷,采空区侧向支承压力提供了增量静载荷,当两者叠加导致垂直应力超过冲击临界支承压力时,为宽煤柱静载荷冲击地压的发生提供了力源条件;震波CT原位探测技术以穿透煤岩体的实际震动波射线进行波速反演,反映煤岩体静载荷分布特征及结构特性,建立了以波速异常系数CA和波速梯度系数CG为主要因子的冲击地压危险性评估模型;鉴于宽煤柱冲击区域采掘空间实际条件,设计布置近完全观测系统观测方式,采用震波CT原位探测技术反演评估得到宽煤柱测区内冲击危险指数C=0.5~0.7,表明冲击发生后,宽煤柱仍然存在静载荷集中区域,具有中等冲击危险,并且运输巷侧冲击危险指数较采空区侧高,表明煤柱应力由采空区侧向运输巷侧转移,局部区域煤体破碎易冒顶片帮;制定了基于静载荷疏导的多层次防冲技术:大直径钻孔预卸压转移巷帮集中应力,耗散弹性应变能,确定合理日进尺为2.4 m,降低开采扰动,巷道全断面补强支护,提高围岩抗冲击能力;通过上述措施,现场监测宽煤柱煤体应力未发生突增,微震能量及频次变化平缓,1301工作面已安全回采宽煤柱区,防治效果显著。     

复杂条件边角煤开采冲击地压防治技术研究

本文以兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿B4328工作面为研究对象,对复杂条件边角煤开采冲击地压防治技术进行研究总结。针对采空区、沿空煤柱、巷道切割等冲击地压影响因素,制定了有针对性的支护、监测、卸压等防治措施,确保了回采安全。     

深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定

针对深部煤层群沿空掘巷具体生产地质条件,采用理论分析、数值计算及现场试验相结合的方法,得出深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定方法,即从上区段采空区侧向支承应力分布规律和煤柱应力分布、巷道围岩应力分布、巷道围岩变形与煤柱宽度的关系及护巷煤柱宽度的理论计算5个方面综合考虑护巷煤柱的宽度,尤其充分考虑了下层煤回采对上层煤沿空掘巷护巷煤柱宽度大小留设的影响。现场试验结果表明：该方法确定的煤柱宽度科学、可靠,为深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定提供了科学依据,改善了深部巷道维护困难的局面和提高了煤炭资源采出率。     

深井区段煤柱冲击地压静载荷探测及综合防控技术

针对郓城煤矿1301工作面临空80m区段煤柱冲击地压防控难题,分析了区段煤柱冲击地压发生的主导因素,采用震波CT原位探测技术评价区段煤柱冲击危险性,制定了综合防治方案并进行现场应用。结果表明：80m区段煤柱冲击地压载荷源为高自重应力、强构造应力与采空区侧向支承压力叠加而成的静载荷|基于静载荷探测的震波CT原位评价技术揭示区段煤柱测区内冲击危险指数C=0.5～0.7,具有中等冲击危险|巷帮大直径钻孔强预卸压可转移高应力、改变煤层积聚弹性能的条件,巷道全断面支护加固来增强围岩的整体抗冲能力,确定合理推进度降低开采扰动,综合监测预警确定动态冲击危险区并及时卸压解危,现场应用表明防治效果明显。     

深部高应力双巷布置工作面煤柱宽度合理性研究

为确定深部高应力双巷布置工作面合理巷间煤柱宽度,提高巷道煤柱稳定性及资源回收率,以园子沟煤矿1022101工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟的研究方法,掌握巷道巷间煤柱应力分布规律,确定深部高应力巷间煤柱侧向支承压力分布特征,并采用FLAC3D数值模拟分析了工作面多次回采影响下的不同宽度(7m、10m、13m、16m、19m、22m、25m)煤柱应力场分布特征,结合现场试验巷道15m、25m煤柱侧围岩破坏情况分析,最终确定深部高应力条件下合理巷间煤柱宽度。研究表明：当煤柱宽度为16～25m时,多次回采影响下煤柱应力集中,容易引发冲击地压|而宽度7～10m时煤柱整体压垮,巷道变形破坏严重。综合考虑资源回收、巷道围岩稳定性及动力灾害防治问题,确定园子沟煤矿深部高应力巷间煤柱宽度为13～15m时较为合理。     

Mechanics analysis on the conditions of rock burst occurrence in the coal mass of roadway rib

According to the rock burst features occurred in the coal mass of roadway rib in one mine, the mechanics model of coal mass and roof structure system along the edge of goaf was founded to analyze the stress of roof rock layer, so the subside curve of roof rock layer was deduced. Furthermore, the stability of coal and rock system were analyzed, the critical load and critical resistance zone were used to judge the danger degree of rock burst occurrence. The influence of coal mass strength, brittleness degree, coal seam thickness, roof thickness, suspending length, equivalent shear module on the critical load, critical resistance zone was confirmed. So the rock burst occurrence conditions of coal mass in roadway rib mainly depend on mining depth, coal seam thickness and hard roof and floor, which are decided by the above studies, and successfully applied in prediction and prevention of rock burst in this mine. Supported by the Natural Science Fund of Liaoning Province(20042176)     

大断面软弱破碎围岩煤巷演化规律与控制技术

随着矿井开采深度与巷道断面尺寸的增加,煤巷围岩松软、破碎程度越来越严重,煤巷顶板冒落的危险性增大,大断面煤巷支护与维护难度随之增加。基于煤巷围岩松动圈测试与分析,揭示了大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征;采用FLAC3D模拟研究了不同巷道布置方式、顶煤厚度、巷道高宽比及侧压系数等条件下大断面软弱破碎围岩煤巷开挖后围岩变形特征、塑性区演化规律及应力分布特征,为煤巷优化布置、合理支护方案与参数的选取提供了理论依据;针对大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征与支护难点,提出了全断面锚网索喷初次支护、高预应力锚索与锚注二次加固组成的"三锚"联合支护技术方案,采用数值模拟分析与相似材料模型试验,验证了该方案的合理性与围岩控制效果,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"三锚"联合支护技术,有效地控制了大断面软弱破碎围岩煤巷的大变形与底臌,维持了煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。     

特厚煤层综放开采沿空掘巷煤柱合理宽度研究

针对特厚煤层综放开采沿空掘巷时宽煤柱护巷效果不佳,煤壁片帮、围岩变形量大、煤炭资源浪费严重等现状。以伊犁潘津工业煤矿2302工作面回风巷为工程背景,基于极限平衡理论探究了侧压系数、采高、埋深及煤柱支护阻力等因素对窄煤柱宽度的影响规律。结果表明,随着前三者逐渐增大,煤柱宽度也随之增大,后者反之|煤柱合理宽度取值范围的上下极限差值也随之增大,而后者几乎不发生变化。此外,结合现场地质条件,确定了窄煤柱宽度为6m,同时采用数值计算验证了其合理性,并在2302工作面回风巷进行了工业性试验。现场结果表明,6m窄煤柱在沿空掘巷期间,巷道断面开拓轮廓无明显变形,围岩控制效果显著。     

南阳坡煤矿8800综放工作面临空小煤柱尺寸研究

针对南阳坡煤矿8800综放工作面沿空掘进巷道临空小煤柱合理尺寸进行了深入、系统研究。基于关键层理论,构建临空煤柱顶板关键岩块铰接结构力学模型,数学推导煤柱承载应力,结合Bieniawski提出的煤柱强度线性计算方法,确定沿空掘巷临空小煤柱宽度为7m。采用相似实验模拟沿空掘巷临空7m小煤柱围岩的稳定性,并开展巷道表面位移现场观测试验,结果均较为理想,验证了8800综放工作面沿空掘巷留设7m临空小煤柱的可行性。为类似开采条件沿空掘巷临空小煤柱尺寸确定提供了参考和借鉴。