冲击地压矿井近距离煤层采空区下回采巷道合理错距研究

针对近距离煤层上层煤为采空区及遗留30 m煤柱情况,以葫芦素煤矿2-1煤层及2-2煤层煤为研究背景,建立上层煤采空区及遗留煤柱受力的力学模型,分析了上层煤区段煤柱下岩层的应力分布状态,研究了近距离煤层采空区下回采巷道布置的合理错距。研究表明:保护层开采后实现充分卸压后,最佳内错距离应为80 m;从上覆遗留煤柱的影响范围来看,最佳内错距离为40~80 m;从对上层煤巷道的影响程度考虑,最佳内错距离宜大于80 m,当内错距离取160m时,下工作面开采对21101回风巷的影响最低,综合4种不同的角度,对影响范围取交集计算,最终确定22103首采工作面的最佳内错距离为80 m。     

基于能量释放法的近距离煤层巷道布置位置优化分析

为保证多煤层工作面安全高效开采,以新柳煤矿下位煤层内错距20 m布置巷道造成煤损较大为契点,采用室内试验对煤块受载其内部能量激增至破坏机制进行分析,并采用能量法对区段煤柱受载其内部能量积聚及其对底板煤岩体形成的破坏进行分析以确定区段煤柱合理的留设尺寸。研究表明:煤体受载(外界输入能量)导致其内部弹性能积聚至最大值,煤体继续受载其内部能量开始释放并用于形成煤体损伤直至煤体完全破坏;通过相似模拟试验对煤层区段煤柱(W区域)内部应变能变化规律进行监测发现内错距15 m布置下位煤层巷道系最小内错距,试验表明此时上位煤层残留煤柱及下位煤层内错距范围内区段煤柱(W)可保持较好稳定性;现场交子里采区1117工作面采用内错距15 m方式试验性布置巷道,巷道围岩保持较好稳定性。     

煤柱下方强冲击特厚煤层防冲开采设计研究

采用数值模拟和理论分析方法对新疆硫磺沟煤矿煤柱下方工作面防冲开采设计进行了研究,得到以下结论:4-5煤层采空区煤层对下方9-15煤层的平均压力影响角分别为54°和80°,通过计算确定(9-15)08工作面上、下顺槽分别内错26m和6m能避开上方采空区遗留煤柱的影响。工程实践表明,(9-15)08工作面掘进期间未发生冲击显现,且巷道围岩最大变形量小于200mm,说明工作面基于防冲的开采设计较合理。     

煤层群开采合理工作面煤柱错距数值计算

为了揭示煤层群开采煤柱集中应力与地表下沉破坏的耦合控制关系,以柠条塔煤矿北翼东区浅埋煤层群为背景,采用UDEC软件计算了不同煤柱错距和工作面走向错距时的覆岩应力场、破坏区和位移场的关系,确定了兼顾减缓地下煤柱集中应力和地表裂隙控制的工作面区段煤柱合理错距和同采工作面合理错距。数值计算表明,柠条塔煤矿1-2煤层与2-2煤层合理区段煤柱错距为40 m,2-2煤层工作面与1-2煤层工作面走向错距应大于80 m。     

窄小煤柱集中应力在下煤层顶底板中的应力分布规律研究

以某矿27301工作面地质条件为背景,通过理论分析,对近距离煤层群开采中,上层煤窄小煤柱对下层煤顶、底板应力分布进行研究得出:下层煤的应力降低区位于距上层煤煤柱边缘4 m以上的位置,下层煤工作面布置时,上下顺槽应与上工作面煤柱内错4 m,最为安全合理。     

近距离煤层开采巷道布置优化研究

基于采场围岩控制理论,通过二维相似模型实验台设计了近距离煤层开采的相似模型实验,研究了近距离煤层开采条件下的采场围岩运移规律,采场应力传递规律、着重分析了煤柱附近的应力分布及演化规律,并运用数值计算的方法,以相同支护条件下的巷道收敛量为考察对象,计算了不同错距时的巷道变形量。结果表明,下部煤层开采时,上层煤遗留煤柱附近会产生较高的应力集中,并随下部煤层的开采,应力集中程度越来越高;下部煤层巷道与煤柱错开距离并非越远越好,错距-巷道变形曲线成V形,即存在最优错距使巷道更易于维护,对于平朔矿区安家岭井工矿,此最优错距为5 m。     

煤层群遗留煤柱回采巷道布置方案研究

针对西曲矿煤层群遗留煤柱回采巷道布置问题,采用理论分析和数值模拟手段分别研究了上部煤层开采后对底板的最大破坏深度、遗留煤柱在中部煤层影响区域;下部煤层开采垮落煤柱影响区域,下沉变形裂隙区域;最后通过UDEC数值模拟分别研究了外错、重叠、内错6个巷道布置方案的围岩变形情况,最终通过多因素分析确定西曲矿14308工作面巷道内错11 m布置。     

上覆近距离遗留煤柱影响下采掘工作面应力场分析

为研究近距离上层遗留煤柱对下伏煤层工作面开采的影响,现以73_下29工作面为研究对象,根据近距离煤层的实际开采条件,采用理论分析和数值模拟方法研究上层遗留煤柱对下伏煤层工作面采场应力的影响。研究表明：近距离煤层在开采过程中,上层遗留煤柱下方会产生较大的应力集中现象,通过对遗留煤柱影响区域进行数值模拟可知,上层遗留煤柱对回采工作面的巷道围岩应力分布有较大影响。因此,在开采下层工作面时要选择合理的巷道布置参数,加强煤柱影响区的支护强度和矿压监测力度,同时加强人员的安全管理,以保证近距离煤层下伏煤层开采时的有效管理和安全回采。     

近距离煤柱下巷道围岩裂隙演化规律研究

针对近距离煤层斜穿遗留煤柱巷道围岩大变形难题,基于登茂通矿地质条件,构建UDEC-Trigon数值模型,分析了距2~#煤层区段煤柱中心0、10、20、30 m处巷道围岩变形破坏特征及裂隙演化规律;结果发现:掘进期间,距煤柱中心0 m,两帮变形破坏严重,两帮移近量达602 mm,呈对称分布,距煤柱中心10 m,两帮变形呈不对称分布;回采期间,巷道变形破坏程度显著加剧,距煤柱中心10 m,顶板结构易失稳破坏,变形具有不对称性,距煤柱中心20 m处,巷道顶底板变形严重,距煤柱中心30 m处变形破坏相对较小。研究表明:距2~#煤层区段煤柱中心不同位置处巷道结构变形破坏呈显著差异性,围岩变形与裂隙发育呈正相关,小变形时以剪切裂隙发育为主,围岩失稳破坏伴随张拉裂隙快速增加。     

近距离煤层下位煤层巷道内外错布置及应力分布规律研究

针对近距离煤层开采过程中下位煤层回采巷道受上位煤层开采影响煤柱应力集中、巷道支护困难等问题,以山西焦煤集团西铭矿８＃ 煤和９＃ 煤两层近距离煤层为研究对象,通过对比内错布置与外错布置的优缺点,提出了一种内外错相结合的回采巷道布置方式,并分析了煤柱宽度和巷道偏移距离对煤柱下巷道围岩变形的影响.研究结果表明:内外错相结合的巷道布置方式减小了巷道变形量,保证下位煤层安全高效开采;随上位煤层煤柱宽度增加,煤柱下巷道围岩变形量逐渐减小,结合现场工况计算得到煤柱宽度以４０m 为宜;位于上位煤层煤柱下方的巷道围岩应力呈不对称分布,巷道的合理位置位于煤柱正下方左偏２m 处,此时巷道顶板及两帮的应力分布基本对称.研究结果能够为近距离煤层下位煤层的巷道布置提供参考依据.     

大断面切眼支护解除对围巷稳定性影响分析

 大断面切眼锚网支护在综放工作面开切眼的应用效果良好,但由于锚杆锚索的悬吊作用造成老顶不能及时垮落,对邻近巷道稳定造成了一定的影响,本文针对这个问题运用理论分析和数值模拟的方法并结合现场观测,研究了综放开切眼锚网索联合支护解除对围岩支承压力和巷道变形的影响,结果表明：切眼锚网支护解除能使切眼顶板随工作面推进而垮落,缩短采场老顶初垮步距,使得分配到排水巷与切眼间煤柱上的支承压力明显下降,切眼后排水巷围岩变形明显减小,有利于切眼后排水巷围岩稳定。本文研究结论对指导采空区周围巷道围岩变形控制有重要的参考意义。     

复合顶板沿空切眼窄煤柱留设与锚杆支护技术

 某矿Ⅱ6119工作面开切眼为沿空掘巷,留设窄煤柱隔离采空区;窄煤柱受相邻工作面采动支承压力作用,煤岩体比较破碎;开切眼直接顶为复合顶板,老顶含有裂隙水。受以上综合因素影响,切眼围岩变形剧烈,顶板极易离层,容易发生冒顶事故。通过对开切眼矿压规律进行观测,在分析切眼围岩破坏原因的基础上,确定了窄煤柱的合理宽度,提出了极易离层复合顶板条件下沿空切眼高强度锚杆支护的设计方法和支护参数,并对其支护效果进行了分析。     

浅埋近距离煤层开采房式煤柱群动态失稳致灾机制

针对我国西部矿区浅埋近距离煤层房采煤柱下开采时易发生工作面压架、地表台阶塌陷以及矿震灾害的现象，采用物理模拟及数值模拟方法对下煤层工作面采动时上覆房采煤柱群的动态失稳过程及工作面压架机理开展研究。实测统计榆阳区部分矿井本煤层房式开采后，只有当房采煤柱的弹性核区比例大于31%时，房采煤柱才能处于长期稳定。下煤层采后的模拟结果表明:上覆房采煤柱的破坏形式及其失稳次序同其与下煤层工作面相对位置密切相关，房采煤柱依次从工作面开切眼位置、工作面位置、采空区中部位置发生破坏及失稳，且工作面开切眼和工作面位置处煤柱多发生顺向采空区的斜切破坏，而采空区中部煤柱则发生垂向压裂破坏。根据石圪台煤矿数值模拟结果显示，上部2-2煤层房采后煤柱支承应力峰值由原岩应力2.8 MPa增大至12 MPa，应力集中系数为4.28;当下部3-1煤层工作面采后，上覆2-2煤层房采煤柱的支承应力峰值增大至30 MPa，应力集中系数达10.71;下煤层工作面开切眼侧与工作面正上方的房采煤柱呈现垂向不均匀承载特征以及受水平拉伸变形影响，是导致边界处房采煤柱易出现对角斜切破坏模式的主因。两侧边界煤柱失稳后，其顶板岩层瞬间发生整体拉剪破断从而引发矿震，顶板多层岩层以“整体运动”的形式急剧快速下沉并撞击底板，将采空区中部上方的房采煤柱压垮压塌，同时巨大的冲击力进而导致上下煤层间的岩层发生全厚切落，造成下煤层工作面发生切顶压架。实验发现从上覆房采煤柱群首个煤柱发生破坏至整体失稳运动并达到稳定，历时仅约为0.45 s，其中，上下煤层之间的岩层发生全厚切落历时仅约为0.05 s。     

露天矿端帮煤柱回收井工开采工作面推进方向的优化

为科学优化井工开采工作面的推进方向,保证边坡稳定的同时进一步提高煤炭采出率,以平朔矿区平面露井协采工程实践为背景,采用相似材料模拟实验的方法,研究了露天矿端帮煤柱回收过程中顺坡开采和逆坡开采对边坡变形破坏影响的差异性,构建力学模型分析了引起工作面煤壁侧垮落角小于开切眼侧垮落角的根本原因。研究结果表明,平朔矿区类似地质与采矿条件下,上覆岩层破断机制的不同,导致开切眼侧垮落角与煤壁侧的垮落角相差约7°,且顺坡开采有利于边坡稳定。基于以上结论,若采用顺坡开采方式,不但可以减小井工开采对边坡稳定的影响,还可以进一步缩小露井协采边界参数,采出更多的端帮压煤。     

综采工作面巷道护巷煤柱留设尺寸研究

以西河煤矿3号煤层工作面护巷煤柱留设为背景,通过建立力学模型分析了煤柱的整体受力状态并计算出了煤柱的合理尺寸,运用数值模拟分析了工作面回采过程中煤柱受力情况及围岩破坏情况,得出煤柱留设的合理宽度为15 m。并在现场得到成功的应用。为类似条件下工作面顺槽煤柱留设提供科学依据。     

倾角变化对回采工作面区段煤柱应力分布的影响

依据平煤集团十三矿二 1 煤层的具体条件,分别对煤层埋深300,500,800 m和倾角0,25°,30°情况下运输巷下帮侧向压力分布规律和不同宽度区段煤柱受力情况进行了数值分析,并对该矿12020采煤工作面下巷实体煤侧的应力、围岩变形及锚杆受力的情况进行了现场监测。结果表明：随煤层倾角增大下区段运输巷与上区段回风巷两侧应力呈非对称分布,采场顶板应力分布也是高度不均匀、不对称的,侧向水平应力峰值随煤层倾角增大而增大,且工作面后方增加幅度大于工作面前方;峰值位置随煤层倾角增大而逐渐靠近煤壁。煤层倾角加大时,应力明显偏向下区段运输巷,使得下区段运输巷顶部出现明显应力集中,并且随着煤层倾角的增大,应力集中程度更加显著。     

大断面切眼桁架锚索支护技术研究

综采工作面大采高支架的应用迫使切眼必须满足大跨度条件,针对切眼断面大、跨度大,煤层埋藏深,围岩压力大,总结2-101掘进工作面锚索支护经验,积极采用桁架锚索新技术,合理选择参数,最大限度增大主动支护强度,取得了良好的技术经济效益。     

区段小煤柱破坏规律及合理尺寸研究

为了防止煤柱冲击地压现象、改善工作环境并提高回采率,采用现场观测法,分析了沿空掘巷小煤柱以及工作面煤体内应力变化、超前支承压力的影响范围,以及小煤柱煤巷变形破坏规律,并通过数值模拟分析了4种不同宽度煤柱的塑性区变化范围．结果表明,煤柱的破坏情况受煤柱宽度影响较大．小煤柱外边缘,即临近上区段采空区部分受回采影响已基本呈塑性状态;内边缘即靠近本区段煤体部分,在距工作面4m左右开始进入塑性破坏状态;煤柱宽度在6～8m之间时中部存在一定范围弹性核．适合崔庄煤矿条件合理区段煤柱宽度应为6～8m．     

遗留煤柱下近距离特厚煤层临空掘巷合理煤柱尺寸北大核心

选择合理的护巷煤柱尺寸是临空掘巷成功和安全的前提;以某矿30503工作面为背景,采用理论分析、数值模拟和现场实践相结合的方法,对上覆遗留煤柱和本煤层相邻采空区条件下临空掘巷区段煤柱的合理尺寸进行了研究。结果表明:通过理论分析遗留煤柱沿底板应力变化规律,确定区段煤柱留设尺寸范围应在7~10 m之间;运用数值模拟分析了不同煤柱宽度条件下临空巷道煤柱应力和变形破坏规律,综合理论分析和数值模拟得出留8 m煤柱合适。现场监测结果表明,留8 m煤柱时,临空巷道顶板最大变形量为359 mm,两帮变形量为66 mm,巷道围岩变形稳定,能够满足现场实际生产要求。     

变形局部化对引发冲击矿压的分析

针对某矿高冲击危险工作面,采用三维数值模拟方法,详细分析了近距离煤层开采条件下,上煤层残留煤柱对下煤层工作面开采冲击危险性的影响,揭示了在上部煤柱作用下,开采过程中垂直应力和剪应力的发展变化规律.研究结果表明,由于受煤柱影响,工作面前方产生了10倍于原岩应力以上的集中应力,随着工作面的推进,其前方产生了错动变化的剪切应力峰值,在高支承压力和变化的剪切应力作用下,脆性岩体容易发生剪切破坏,造成变形局部化,引起煤岩体弹性能的突然释放,形成冲击矿压.