采区巷道合理煤柱留设与模拟研究

采区巷道合理煤柱的留设关系到巷道稳定性以及巷道的维护和正常使用,通过理论计算和数值模拟,分析了不同宽度煤柱条件下3条采区大巷的围岩变形规律以及应力分布规律,得出了布置39采区工作面的合理位置以及距离采区巷道煤柱尺寸的合理宽度,为具有类似条件的巷道掘进和布置提供参考。     

区段煤柱回采沿空留巷巷道布置技术

分析了现阶段区段平巷布置方式,提出了回收煤柱沿空留巷区段平巷布置方式。此种巷道布置方式融合了双巷布置和沿空留巷的优点,通过沿空留巷保留上区段的运输平巷作为本工作面的回风平巷,区段间留设50~60 m的大煤柱,回采期间将工作面和大煤柱联合布置回采,实现回收采区内全部的煤炭资源。根据现场经验,对留巷费用进行分析并与传统的区段平巷布置方式进行比较,留巷所需费用不及所留煤柱产生利润的1/3,而且煤价愈高、工作面平巷愈长产生的经济效益愈显著。     

察哈素煤矿厚煤层综采工作面煤柱合理宽度模拟研究及实践分析

煤柱宽度的合理留设是确保厚煤层双巷布置综采工作面安全回采的关键。针对察哈素煤矿因煤柱留设不当而导致回采巷道大范围破坏的问题,采用数值模拟的方法研究了巷道失稳的原因和煤柱的合理宽度。结果表明:工作面煤柱宽度不足导致巷道两侧支承压力叠加是巷道维护困难的主因。通过对比不同煤柱留设条件下采场应力、收敛变形和塑性区分布情况,得出该矿合理的煤柱宽度为35 m。现场实践表明,该方案的技术及经济效益显著。     

无煤柱沿空掘巷在高瓦斯突出煤层的应用

平煤股份十一矿主采的己组煤层为高瓦斯突出煤层,目前已进入深部开采的己二采区情况更为严重.回采巷道布置原采用跳采,现为顺序开采.工作面回风巷采用留4～5 m宽的小煤柱沿空掘巷,但在掘进过程中仍有煤与瓦斯突出征兆,需要进行防突,采掘接替紧张.通过对小煤柱和无煤柱沿空掘巷巷道的矿压分析,提出采空区下无煤柱掘巷布置方式,并成功实施,实现了回采巷道快速、安全、高效掘进.     

金达煤业10402工作面回风顺槽区段煤柱留设研究

本文以金达煤业10102综放工作面合理的区段煤柱宽度留设为背景,通过理论计算和Fl AC3D软件建立模型,研究在10402工作面回风顺槽留设不同区段煤柱宽度下煤柱的应力分布及塑形区情况,综合理论技术和数值模拟结果,最终确定综放工作面的区段煤柱宽度为6.5 m。现场10402工作面的顺槽内布置的多点位移计数据显示,在留设6.5 m宽煤柱的情况下,10402综放工作面回采过程中巷道变形在可允许范围内,能够保证该综放面的安全回采。     

综放工作面布置与煤柱留设应用实践

通过介绍王坡煤矿在回采3101工作面的同时又掘进相邻3102工作面巷道,造成其共用瓦斯尾巷及3202回风巷巷道严重变形和冒顶,进而对3102工作面回采期煤柱护巷应力分布进行研究,为同类煤矿在开采布置和回采煤柱留设上提供借鉴和帮助。     

寺河矿西采区大采高工作面合理煤柱尺寸留设研究

主要以晋城寺河矿西采区首采面巷道间的煤柱留设为工程背景,深入分析大采高工作面煤柱尺寸对巷道围岩稳定性的影响,数值模拟工作面动压影响的范围和时空演化规律,进而确定西采区首采面巷道间的煤柱宽度为35m。在井下进行煤柱留设试验,监测从掘进到回采结束全过程的煤柱受力,评价煤柱留设效果。井下试验表明,寺河矿W1301工作面采用宽度35m的煤柱时巷道锚杆支护效果良好,围岩完整、稳定。煤柱应力监测工作验证了数值模拟的合理性,进一步提高了煤柱设计的可靠性。     

隆安煤矿邻近煤层开采工作面煤柱尺寸确定

为降低工作面掘进及回采期间巷道支护难度,减少巷道后期维护成本,提高工作面回采安全性,同时为了提高矿井煤炭资源回收率,结合隆安煤矿四采区11#煤层地质情况,通过数值模拟分析和煤柱尺寸宽度理论计算相结合的方法,确定了11#煤层开采留设煤柱的合理宽度为20 m.现场应用结果表明,工作面在开采过程中,巷道围岩受采动影响产生的变形量在可控范围之内,留设煤柱也处于较为稳定状态,达到了设计要求.     

软煤层大采高工作面巷道煤柱尺寸优化

针对长平矿大采高工作面巷道留设合理煤柱宽度问题,通过煤柱稳定性理论计算、应力实测、有效支撑面积分析,对大采高综采工作面巷道煤柱尺寸进行了合理优化。采用煤柱稳定性理论计算得出护巷煤柱宽度为64m,实践结果表明留设煤柱尺寸较保守。经综合分析认为留设煤柱宽度约为50m时,既能保证巷道回采的稳定性,又可减少煤柱资源浪费。     

回收采区保护煤柱工作面设计及回采实践

百善煤矿64北部采区煤柱为设计回采完毕的第一个采区保护煤柱工作面,通过优化巷道布置、合理选定回采工艺及方法,成功回收约12万t煤炭资源,并为以后类似条件工作面回采提供了技术经验。     

矿山巷道矿压数值模拟推演及监测技术研究

为进一步掌握矿山窄矿柱沿空掘巷成巷技术,提高资源采出率。针对具体的生产地质条件,通过矿压监测、数值模拟等手段分析了窄矿柱巷道掘进、工作面推进和二次采动窄矿柱支承应力分布特征及影响。结果表明：1)巷道掘进期间,巷道前50 m压力较大,尤其是巷道两帮移近较为明显,两帮最大移近量约200 mm; 2)巷道掘进阶段、采动影响时期,回风顺槽与上运输顺槽之间留设5 m矿柱,形成较大的应力集中,矿柱内最大垂直应力为21.38 MPa,工作面前后方矿壁内的垂直应力约为30 MPa,应力集中系数约为3,影响范围约为84 m,矿柱最大垂直应力为41 MPa; 3)受二次采动影响,矿柱内的应力约为40 MPa,与一次采动相比变化不大,而应力峰值出现在工作面前方的三角区域,最大可达57.4 MPa,表明该区域是工作面回采期间的防治重点。矿压监测与数值模拟结果较为一致,进一步证明了研究结果的可靠性。     

采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制

采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面13311回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。研究表明,13311回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。为改善13313回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式,将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于20 m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到20 m以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。据此,在13313回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻13311工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250～300 kN,约为其破断力的50%,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形;13313回风巷顶底板移近量为400 mm左右,两帮移近量为300 mm左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层13号煤层13313工作面回采时,因工作面上方11号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。     

留底煤掘进双巷布置大采高工作面巷间煤柱尺寸优化研究

确定巷间煤柱合理尺寸是保证留底煤掘进双巷布置大采高工作面安全、高产与高效的关键所在。以某矿122106大采高工作面沿底掘进胶运巷和辅运巷之间的护巷煤柱为工程背景,对工作面生产地质条件展开现场调研,同时原位测试巷道围岩地质力学参数。基于上述原始数据理论,估算出煤柱极限强度与合理的煤柱宽度范围,通过数值试验研究手段,分析初步选定宽度煤柱条件下,二次回采阶段巷道围岩及煤柱内部应力、位移和塑性破坏特征。结果表明:煤柱的极限强度为50.48 MPa,合理的煤柱宽度为19.24~29.28 m。煤柱宽度20 m时,煤柱内塑性区是2个独立的区域;当煤柱宽度达到一定程度后,接续面回采对上个工作面侧煤柱应力影响较小,主要是对本侧煤柱影响较大;靠近煤柱侧顶板和帮部变形较大,垂直位移最大值集中在巷道肩角位置,顶板出现不均匀下沉;煤柱核区内垂直应力均小于其极限强度,能保证稳定;煤柱最大垂直应力集中在两侧,靠近采空区的位置,煤柱中部存在较明显的应力下降区域。     

基于应变软化模型的煤柱采动应力分布精细化数值模拟

以山西经坊煤业08综放工作面工程地质条件为背景,开展了工作面护巷煤柱采动应力的现场钻孔应力实测;同时,分别建立了基于摩尔-库伦(MC)本构模型以及应变软化(SS)本构模型的数值计算模型,精细研究了综放工作面煤柱采动应力空间分布及演化规律。现场钻孔应力监测及数值模拟结果表明：与传统的MC模型相比,基于SS模型的精细化数值模拟能够准确地获得综放工作面煤柱采动应力空时分布规律,其结果更接近于现场钻孔应力监测结果;基于SS模型的煤柱上的支承压力峰值位置滞后工作面40-50m,而基于MC模型煤柱采动应力峰值位置始终处于采空区中部,不能反映采空区顶板垮落破断对采动应力分布规律的影响;基于SS模型的煤柱上的侧向支承压力与工作面前方的超前支承压力分别相比基于MC模型的结果小43.3%与26.2%。研究成果对于指导综放工作面护巷煤柱尺寸留设以及巷道布置与支护设计具有一定的理论与工程指导意义。     

王洼煤矿无煤柱开采的采区设计方案确定

窄煤柱或无煤柱开采技术,不仅可以提高资源回采率、增加矿井的服务年限,缓解矿井采掘接替的矛盾,更有利于巷道围岩应力的重分布,逐步被矿井实施推广。根据王洼煤矿11采区北翼剩余工作面的开采情况,采用优化煤柱尺寸的方法,设计煤柱尺寸为5 m、2 m和无煤柱开采3种方案,分别与原有方案进行经济技术评价分析和成本核算,综合得出11采区北翼剩余综放工作面采取无煤柱采区设计方案。在保证矿井安全回采的前提下,该方案可节约生产成本,提高矿井经济效益。     

高压水射流钻割一体化防冲机理分析及其数值模拟研究

为了研究高压水射流钻割一体化技术对煤层巷道的卸压防冲效果,以甘肃华亭砚北煤矿2502采区工程地质条件为背景,采用理论分析、数值模拟和现场工业性试验相结合的研究方法,对250203运输巷道受邻近250204工作面回采扰动影响进行了研究.结果表明:对巷帮煤体采取高压水射流冲孔措施后,煤体内的高集中静载将会转移和释放,并形成...     

倾向煤柱边界超前失稳对工作面出煤柱动载矿压的影响

针对近距离煤层工作面出上覆倾向煤柱时的动载矿压问题,采用理论分析、数值模拟以及工程验证的方法,从煤柱边界超前工作面失稳的角度阐述了其对动载矿压灾害的抑制机理,并就煤柱埋深、煤层间有无关键层以及煤柱边界有无空巷等因素对煤柱边界超前失稳的影响规律进行了研究。结果表明：工作面临近推出上覆倾向煤柱时,煤柱边界的超前失稳会造成上部关键块体提前发生反向回转,从而能在工作面出煤柱时削弱关键块体结构回转运动对煤层间岩层作用的能量,最终减弱动载矿压灾害发生的几率和强度。上覆倾向煤柱埋深大、煤层间无关键层以及煤柱边界存在空巷均易导致煤柱边界发生超前失稳,从而可对动载矿压灾害的发生发挥明显的抑制作用。对于煤层埋深较浅或煤层间仅存在一层关键层等动载矿压灾害易发生的开采条件,可在处于下煤层工作面出煤柱一侧边界内开掘空巷,或对此区域实施人工预爆破,促使煤柱边界在工作面临近出煤柱时发生超前失稳,从而达到防治动载矿压灾害的目的。研究结果得到了神东矿区活鸡兔井和补连塔煤矿4个工作面出煤柱开采工程实例的验证。     

下位特厚煤层回采巷道合理布置分析

近距离煤层群开采中,由于下位煤层受上位煤层采动影响致使煤层开采中呈现特殊的矿山压力显现.如何安全有效地布置下位煤层巷道不仅是确保工作面安全高效开采的关键,更是提高煤矿效益的核心.针对国投塔山煤矿上位煤层开采残留煤柱下特厚煤层回采巷道合理布置难题,本文采用理论分析、实验室试验及数值模拟等综合研究方法对下位煤层巷道合理布置位置进行分析,得到以下结论:通过力学测试得到巷道顶底板煤岩体物理力学参数,为理论分析及数值模拟提供了强有力的数据支持;通过理论分析及数值模拟计算,研究了残留煤柱载荷作用下底板煤岩体中的非均匀应力分布规律;通过分析下位煤层回采巷道合理布置方案,确定下位3—5号特厚煤层巷道布置采用内错距25m的方式为最佳布置方式.     

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.     

串草圪旦煤矿末采煤柱宽度合理留设

工作面开采的情况下停采煤柱的宽度的合理留设是保持巷道稳定的关键因素,合理的煤柱留设不仅可以有效的提高煤炭资源的回收率,也可以维护大巷的稳定性。本文以串草圪旦煤矿6102工作面为研究对象,运用数值模拟和理论分析相结合的手段,对停采煤柱的留设尺寸进行研究,通过对煤柱进行极限平衡的计算,确定合理的煤柱尺寸的上下限15 m～32.54 m之间,并结合数值模拟对保护煤柱宽度30 m、25 m、22.5 m、20 m和15 m等5种方案的巷道围岩的应力及塑性区分布状态,得出了保护煤柱的宽度为23 m,此时工作面的超前支撑压力对联络巷的影响较小,且煤柱内有宽度10 m左右的弹性核区,可保证煤柱的稳定性和阻止采空区内的瓦斯涌入联络巷内。研究成果成功应用于工程实践,为类似条件下煤柱留设提供了有益借鉴。