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。     

构造复杂煤层工作面煤柱宽度留设研究

复杂构造煤层的煤柱宽度留设不同于普通煤层。复杂构造煤层的合理煤柱宽度是保证巷道围岩稳定和煤炭采出率的关键。本文以鲁西煤矿3_上118综采工作面和3_上116综采工作面之间的煤柱为研究对象,通过数值模拟分析了不同煤柱宽度下3_上118运输巷道垂直受力、垂直位移和煤柱受力特征。根据煤柱垂直应力、不同煤柱宽度下3_上118运输巷道垂直位移和水平位移,确定该复杂构造煤层的最佳煤柱宽度为6m。     

强烈采动影响下沿空掘巷采动环境分析及煤柱宽度的确定

针对受侧方采动工作面影响的先掘后采巷道围岩变形量大和巷道支护困难等难题,对受强烈采动影响的沿空掘进巷道采动环境进行分析。通过数值模拟,分析了留设不同宽度煤柱时巷道围岩变形和应力的分布情况。采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法,确定沿空掘进巷道受强烈采动影响时所留设的合理煤柱宽度。     

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。     

基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱留设方法

针对平顶山一矿31010工作面回采期间顶板丁戊三乘人巷严重变形的问题,通过现场实测和数值模拟研究了巷道变形的原因及保护煤柱留设的问题。结果表明：工作面回采后,上覆顶板岩层中的应力发生改变,将应力值等于1.05倍原岩应力的点构成的曲线定义为采动应力边界线。采动应力边界线由开采煤层向上覆岩层呈外扩式发展,采动应力边界线距开采边界的水平距离随着距开采煤层高度的增大而逐渐增大,但增大趋势逐渐减小。采动应力边界线内侧岩层应力出现增压区和减压区,而外侧岩层仍处于原岩应力状态,采动应力边界线是划定工作面上覆岩层是否受工作面回采影响的边界线。目前顶板巷道保护煤柱宽度是按岩层移动角进行设计的,没有体现内部岩层移动变形及应力特征,导致顶板巷道保护煤柱宽度不合理而出现破坏,为此提出了基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱宽度设计方法。按照此方法设计的平顶山一矿31010工作面顶板乘人巷保护煤柱宽度应为158 m。     

卸压区巷道支护技术研究与应用

为了掌握高瓦斯近距离煤层群煤柱下工作面增压区采场和巷道矿压显现规律,为下个工作面的安全回采做好准备,确定煤柱下25301工作面回采巷道支护参数及煤柱下25301工作面增压区采场顶板管理方案。从而确定回采巷道合理布置方式及区段煤柱留设宽度,归纳总结煤柱下25301工作面的矿压显现规律特征,并提出25301工作面增压区采场顶板管理措施和回采巷道支护体系,保证巷道掘进和工作面回采速度,提高5号煤层采出率,为矿井安全高效生产打下基础。     

大采高综采工作面区段煤柱合理留设应用研究

巷道围岩应力分布和围岩结构的完整性对大采高综采工作面区段煤柱宽度留设有着重要影响。以山西马堡煤业15#煤为研究背景,通过现场实测、实验分析、数值模拟等手段,分析煤柱应力环境、不同宽度煤柱应力变化规律及临空巷道围岩稳定性,并对合理区段煤柱宽度进行研究。研究结果表明:区段煤柱7.0 m深度为应力峰值区域,回采巷道侧煤柱塑性区宽度在5.0～6.0 m;大采高综采工作面合理区段煤柱留设宽度为19 m。     

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。     

临空区煤柱内布置巷道的顶板动压危险分析与控制对策

针对砚北煤矿2502采区250204上工作面回风顺槽与已回采的250205上工作面留设20 m煤柱,将造成250204上工作面回采期间冲击危险性增大和巷道掘进维护困难的现状,通过模拟分析留设不同宽度煤柱及煤柱卸压前后的应力云图和煤体支承压力曲线,确定了250204上工作面安全回采的巷道布置方法和新掘巷道留设煤柱的合理尺寸,实现了巷道的安全施工,为以后采区的布置和煤柱的留设提供了参考。     

大采高工作面煤柱留设宽度影响因素研究

以大采高煤柱的留设宽度为研究对象,在回采巷道应力分析的基础上,对采空区侧塑性区宽度,巷道侧塑性区宽度与弹性区宽度进行研究,确定了煤柱合理的设计宽度,并找出了影响煤柱留设宽度的因素,为大采高工作面的实际生产设计提供了借鉴。     

沿空掘巷窄煤柱合理宽度设计研究

为了研究沿空掘巷窄煤柱合理宽度留设问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,理论计算了窄煤柱的宽度,推导出了窄煤柱留设的合理宽度的计算公式;然后数值模拟了不同宽度的窄煤柱下围岩应力分布规律、窄煤柱水平位移场以及巷道围岩变形量规律,最终确定某煤矿的沿空留巷的窄煤柱留设宽度为5 m。研究为综放开采区段煤柱宽度的确定提供了指导。     

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。     

基于地应力反演的构造应力区沿空巷道窄煤柱宽度优化研究

基于地应力测量和三维建模技术,对黄岩汇15111工作面褶曲构造应力场进行了反演,研究了构造应力区采空区边缘不同位置处煤层顶板垂直应力的分布特征,不同位置处护巷煤柱上垂直应力、巷道顶板水平应力、以及巷道围岩变形量随煤柱宽度增加而变化的规律,并据此探索了一种确定构造应力区沿空巷道合理窄煤柱宽度方法,确定该构造应力区窄煤柱宽度为6.5 m。研究发现:构造应力区采空区边缘应力集中系数减少量在背斜左翼、向斜右翼中部最为明显;处于背斜左翼、向斜右翼中心对称位置煤柱上垂直应力、巷道顶板水平应力曲线呈“分别相似”特征,且该特征随着煤柱宽度增加而变得明显;构造应力区窄煤柱上垂直应力峰值偏向巷道侧,且垂直应力场随着煤柱宽度增加出现明显的内、外应力场;构造应力对沿空巷道顶板水平应力的分布也有影响,煤柱宽度为4.0~8.0 m时,巷道顶板水平应力自褶曲背向斜交界处向背、向斜轴部呈递减趋势,煤柱宽度为9.0~16.0 m时,呈递增趋势;褶曲对巷道围岩变形量的影响在煤柱宽度较窄时较为明显,在煤柱宽度4.0~10.0 m时,褶曲背、向斜中心对称位置巷道围岩变形量呈“分别相似”特征,煤柱宽度大于10.0 m后褶曲背、向斜中心对称位置巷道围岩变形量变化特征趋于一致。     

掘采全过程沿空掘巷小煤柱应力分布研究

基于理论分析、FLAC3D数值模拟及现场工程实践的方法,研究了不同宽护巷煤柱沿空掘巷掘采全过程的应力场分布规律,分析了煤柱宽度对沿空掘巷煤柱和实体帮应力演化的影响。提出确定沿空掘巷合理煤柱宽度时,不仅需考虑掘巷扰动影响,还应将本工作面的超前采动影响作为一个重要影响因素。研究结果表明:仅考虑掘巷扰动影响时,沿空掘巷煤柱宽度应大于6 m,此时掘巷稳定后围岩变形量较小;当考虑超前采动影响时,煤柱增加到8 m后不仅对控制回采期间沿空掘巷两帮变形量的作用不再显著增加,反而会使顶底板变形量增大,因此合理的护巷煤柱宽度为8 m。     

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。     

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。     

基于条带置换开采方法的煤柱留设与充填技术研究

为了提高资源采出率,缓解煤柱常见的高应力集中现象,降低冲击地压灾害发生概率,并实现矸石不上井直接处理和地面矸石的零排放,以阳城煤矿-650 m水平大巷保护煤柱条带置换开采方法煤柱留设与充填为背景,运用理论分析方法分别对回风巷右侧保护煤柱、1307巷道保护煤柱、充填巷两帮煤柱宽度进行计算;采用FLAC^3D数值软件对不同类型煤柱宽度的多种设计方案进行应力及变形情况模拟,并以4号充填巷为例,对充填后的应力分布、塑性区范围、位移等进行数值模拟与分析。结果表明:回风巷保护煤柱和1307巷道的保护煤柱均为15 m;按照矸石充填巷4.5 m计算,储矸空间两侧煤柱的宽度至少14.8~15.8 m时才能保证有一个稳定的柱核区的存在;与4号巷开挖未充填时相比,充填后的水平应力与垂直应力影响范围减少5 m,峰值应力影响范围减少3~4 m。     

综放工作面区段煤柱合理留设研究

为合理留设某矿综放工作面的区段煤柱,保证回采巷道稳定和提高煤炭资源采出率,采用理论计算、FLAC 3D数值模拟和现场实测等综合研究方法对综放工作面区段煤柱留设进行研究。通过沿空煤体力学状态分析,得出应力极限平衡区宽度为1.77 m,应力降低区位于距巷帮侧8 m范围内,应力峰值影响区位于距巷帮侧8~45 m内,原岩应力区位于距巷帮侧45 m以远;通过理论计算与FLAC 3D数值模拟对不同区段煤柱宽度(3、5、7、10、15、20 m)的应力场和位移场特征进行分析后,确定合理的区段煤柱宽度为5 m;通过现场实际监测对上述研究成果进行了验证。结果表明,当区段煤柱宽度为5 m时,可兼顾煤炭资源回收和巷道优化布置,该区段煤柱留设方法可为类似条件下的工程实践提供依据。     

深部沿空巷道围岩主应力差演化规律与控制

针对千米深井沿空巷道围岩控制难题,以邢东矿2122运输巷为研究对象,采用FLAC3D模拟埋深550～1 250 m时巷道围岩主应力差与塑性区响应特征以及两帮主应力差演化规律。结果表明：① 沿空巷道顶板与实体煤帮主应力差由浅到深均呈先增高后降低至趋稳的趋势,煤柱帮主应力差呈山峰型对称分布;② 在埋深增加过程中,沿空巷道顶板和实体煤帮浅部主应力差敏感性度较小,进入中深部后变化较大;③ 随着埋深增加,两帮剪切、拉伸破坏区逐渐呈扇形分布并向深部扩展,且采空侧范围略大于巷道侧;④ 深部高应力和煤柱帮被主应力差长时间破坏使得实体煤帮主应力差峰值明显高于煤柱帮。基于此提出采用高预应力、强力支护系统进行深部沿空巷道围岩控制,并结合数值模拟研究结果确定了关键参数,现场实践表明,支护效果良好,实现了深部5 m宽煤柱沿空巷道围岩的有效控制。