厚煤层回采工作面区段煤柱的合理宽度

回采工作面区段煤柱宽度的合理性直接影响着采掘工作面的顶板控制及安全生产,是进行工作面布置和支护设计的重要依据.为确定福达煤矿合理的区段煤柱宽度,本文根据矿井的工程地质和开采条件,通过对煤柱内弹塑性区的理论分析,计算出煤柱的留设宽度,并结合数值模拟的方法,分析了不同尺寸煤柱下应力分布和破坏范围.通过煤柱留设后的矿压实测,最终确定了福达煤矿回采工作面合理的区段煤柱宽度为19 m.     

同宝煤业防治水中长期规划探讨

山西兰花同宝煤业于2009年由7个矿重组而成,主采9号、15号煤层,3号煤层已基本采空,井下涌水主要为顶板淋水、采空区渗水,目前矿井存在的水文地质问题主要是局部顶板淋水和3号煤层采空区积水的潜在突水危险。对顶板淋水的防治措施包括彻底查明、预设隔离煤柱;对3号煤层采空区积水,应积极探放,保证排水能力,留设隔离煤柱,并加强监测和防治水规划。     

块段式开采区段煤柱突变失稳机理研究

长壁开采后遗留了大量的不规则块段,回收这部分煤炭资源主要是通过以连续采煤机为主的短壁块段式开采。区段保护煤柱的稳定与否是不规则块段安全开采的关键。根据同煤集团某矿2-2上煤层的地质条件,运用突变理论分析了煤柱失稳机理,推导出区段煤柱发生突变失稳的必要条件为煤柱屈服区宽度大于煤柱总宽度的86%,数值模拟计算结果验证了该结论,并直观地模拟了煤柱与采场变形破坏的动态演化过程。通过在该矿区段煤柱的应用实施,煤柱不发生突变失稳的理论计算结果为其塑性区宽度不得大于12.9 m,现场钻孔窥视实测结果验证了该结论。     

基于偏应力第三不变量的窄煤柱合理宽度确定

为解决王家岭矿20103运输平巷窄煤柱合理宽度留设问题,提出了以偏应力张量第三不变量J_3为指标的研究方法。偏应力张量第三不变量表征了介质点应变行为,通过数值模拟手段进行围岩J_3来确定最优煤柱宽度问题。柱宽方案对比得出,8 m柱宽时,巷道实体煤区顶板围岩为低强度压缩应变状态,煤柱区顶板围岩为平面应变或低强度的拉伸应变状态,最终确定20103运输平巷合理的窄煤柱宽度为8 m。数值模拟和现场应用表明:剧烈综放采动影响下,8 m的窄煤柱仍存在有2~3 m的弹性核;现场未发现窄煤柱失稳现象且巷道服务状况好。     

唐山矿“充-留”协调开采覆岩及煤柱变形规律研究

以唐山矿城镇下采煤为研究背景,基于矿井开采条件和生产实践,提出了"充-留"协调开采,采用数值模拟方法揭示了在不同充填率和采留比条件下覆岩和煤柱变化规律,模拟结果表明:研究区采用"充-留"协调开采技术,充填率不小于80%时,工作面顶板完整性较好,煤壁应力峰值降低,充填体阻止应力集中位置内移,能够满足地表房屋损害不超过Ⅰ级的控制要求;煤柱留宽不小于90m时,满足安全核区率85%的标准,煤柱垂直应力峰值较小,发生破坏的可能性较小。现场实施效果表明,该采区充填率80%、煤柱留宽90m时,支架压力分布平衡,村庄影响程度轻微,应用效果良好。     

煤柱-顶板系统失稳的突变理论模型研究

假设顶板岩层处于弹性工作状态情况下,建立了煤柱-顶板系统的力学模型。根据力学模型,应用突变理论建立了条带煤柱突变破坏失稳的尖点突变模型,导出了条带煤柱破坏失稳的主要条件表达式。分析表明,煤柱失稳与条带煤柱顶板的受破坏程度有关,煤层顶板受开采扰动的影响产生塑性区,塑性区越大,其弹性刚度kd越小,越易发生突变失稳。     

采空区积水影响下合理煤柱尺寸分析

柳湾矿现1303工作面煤柱宽度留设18.6 m,在采空区积水及开采扰动的双重影响下,其煤柱结构发生了明显改变。针对这一问题,为全面反映煤柱稳定性特征,通过力学分析,建立煤柱体力学模型,对煤柱弹性区煤体破坏临界尺寸进行研究。采用数值模拟的方式,模拟煤柱在巷道掘进与工作面回采各阶段的弹塑性区分布情况及应力特征,并结合力学研究与数值计算结果,给出采空区积水影响下煤柱稳定的理论研究值。     

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。     

极浅埋煤层条带开采煤柱合理宽度研究

为了解决极浅埋煤层条带开采过程中留设煤柱合理宽度不明确的问题,以某矿为例,采用理论分析与数值模拟的研究方法,根据岩体极限平衡理论计算得到支撑煤柱宽度为1.56~1.83 m;支撑煤柱的宽度增加引起面积增加,总的承载能力增大;支撑煤柱为1.25 m,采深大于150 m后,全部进入塑性区,可能发生失稳;宽度为1.5、1.75、2.0 m时,随着采深的增加,最大垂直应力基本呈线性增加。     

基于煤柱应力实测的沿空掘巷煤柱宽度留设与围岩控制技术

针对复合顶板沿空巷道煤柱合理尺寸难以确定及支护困难等问题,以泊江海子矿3-1煤层一面三巷布置的工作面为工程背景,采用理论分析和现场实测的方法,研究工作面回采后煤柱应力的分布规律。现场实测结果表明,工作面回采后煤柱应力沿侧向可分为低应力区和高应力区,低应力区距采空区边缘距离为14.5m,高应力区距采空区边缘距离为14.5～20m,最大应力峰值为29MPa,考虑到煤层裂隙发育、煤壁片帮等因素,综合确定沿空掘巷煤柱宽度为9m。同时结合具体地质条件进行沿空掘巷支护方案设计及矿压观测,巷道支护实践表明,试验巷道采用所确定的煤柱宽度及锚索网支护参数后,巷道围岩稳定,实现了工作面安全高效开采。     

大海则煤矿顶板富水含水层下开采水害防治研究

为了解决顶板富水含水层下开采过程中所面临的水害问题，以侏罗纪煤田榆横北区大海则煤矿为例，通过分析矿井水文地质条件，确定了主要充水水源和充水通道，计算了防隔水煤（岩）柱留设宽（厚）度，并预测了矿井开采2号煤层时的涌水量，提出了相应的防治措施。结果表明:矿井开采2号煤层时，其主要充水水源为煤层顶板侏罗系延安组、直罗组含水层水，主要充水通道为覆岩导水裂隙带。通过计算防隔水煤（岩）柱留设宽（厚）度，分析判断其在现有2号煤层开采条件下，不会受到顶板白垩系洛河组强含水层影响。采用解析法和数值法进行矿井涌水量预测，取其算术平均值作为参考。结合矿井条件和现场实际，提出井下钻探、地球物探、水文地质监测等综合防治措施，通过预防、探查、疏排、监测等手段，共同解决矿井水害问题。     

河流下浅埋深薄基岩煤层部分开采可行性分析

控制覆岩破坏高度是实现水体下安全开采的关键。针对“浅埋深、薄基岩、坚硬顶板”河流下压覆煤炭资源的问题，采用数值模拟的方法，计算了巷柱式和房柱式等部分开采的覆岩破坏高度，并从防水煤岩柱留设、岩梁极限跨度以及煤柱稳定性3个方面论述河流下部分开采的可行性。研究结果表明，部分开采能够很好地控制覆岩破坏高度，煤岩柱厚度基本满足留设防水安全煤岩柱要求；由于上覆基岩柱中存在厚度大于10 m的粗砂岩，在跨度小于8.53 m的情况下可以支撑上覆岩层；设计煤柱安全系数为1.28～1.81，均满足要求。采用采6 m、留6 m的巷柱（窄条带）式开采是最佳方案，面积采出率为50%，按总采出率45%计算，可解放河流压覆区域约52万t煤炭。     

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。     

厚煤层巷道矿压显现规律研究

针对厚煤层开采时矿压对巷道的影响的问题，从理论和实践上阐述位于厚煤层内的区段集中巷、采区上（下）山及大巷整个服务期间采动影响过程中的矿压显现规律和围岩变形，以及厚煤层巷道的维护技术。利用FLAC^3D数值模拟软件，分别分析了采动条件下厚煤层区段集中平巷顶板压力规律以及采动条件下厚煤层区段集中平巷顶板位移规律。提出要掌握巷道的围岩性质及其对巷道维护的影响，合理确定护巷煤柱宽度，在邻近煤层开采中，采用上部煤层在厚煤层上方跨采，或者厚煤层巷道开掘之前上部煤层预先开采等卸压措施。从而避免了厚煤层开采过程中矿压对巷道的影响，保证了煤矿的安全高效回采。     

综放工作面区段煤柱合理宽度的数值模拟研究

为了有效测定厚煤层工作面的煤柱合理宽度，针对1208工作面生产地质条件，采用理论计算和数值模拟相结合的方法，对合理的煤柱宽度进行了研究。通过理论计算，初步确定了区段煤柱留设25 m，运用数值模拟分析了区段煤柱内应力分布规律，在煤柱宽度在15~22 m时，应力值处于“谷底”，且处于弹性区。现场应用表明，巷道顶底板移近量最大为169 mm，两帮移近量最大为383 mm，巷道维护效果好，煤柱稳定。研究成果可为该矿后续的工作面区段煤柱尺寸留设提供借鉴。     

小保当井田2-2煤潜水采动影响分区研究

针对小保当井田在未来开采过程中造成的地下水资源大量漏失的问题，以小保当井田开采的2^-2煤层为研究对象对潜水资源受煤层采动影响分区进行研究。采用富水指数法通过AHP-熵值法建立评价模型划定了萨拉乌苏组潜水含水层富水性分区，根据相邻煤矿导水裂隙带现场实测类比确定了井田2^-2煤层导水裂隙带发育高度及层位，采用信息融合理论方法综合松散潜水含水层富水性分区和2^-2煤层导水裂隙带发育层位划分小保当井田内潜水资源受采动影响分区，得出结论：井田未来开采2^-2煤层时对松散潜水含水层的采动影响较小，仅存在一般失水区，位于井田南部且范围较小。由于在研究过程中采用了相邻矿井的资料，因此对相邻矿井未来进行相关研究和煤炭开采有一定的指导意义。     

灵新煤矿地下水库煤柱坝体合理尺寸研究

近年来,煤矿地下水库技术已成为西部地区保护和利用矿区水资源的重要手段,地下水库矿井水已成为西部地表生态灌溉的重要水源之一。以西部矿区灵新煤矿近距离倾斜煤层群采掘地质条件为工程背景,针对该矿首座煤矿地下水库建设过程中遇到的煤柱坝体留设问题,采用数值模拟的方法,分析了六采区工作面开采和水库储水压力两大因素对煤矿地下水库煤柱坝体的影响。研究表明:相关工作面回采后,会在煤柱坝体及邻近围岩中产生塑性区,随着煤柱坝体宽度的增加,煤柱坝体及附近围岩中塑性区相互贯通的趋势逐渐减弱。当煤柱坝体宽度增至50 m时,塑性区相互贯通的现象消失;当煤柱坝体宽度增加到60 m时,煤柱坝体及邻近围岩中的塑性区间距(塑性区未贯通区域)扩大至40 m左右。在储水压力作用下,煤柱坝体及邻近围岩中的塑性区裂隙将发生二次扩展,随着水压的增大,裂隙扩展长度逐步增大,在3 MPa水压(储水高度300 m)作用下塑性区裂隙扩展长度达到5 m左右。因此,为防止水力作用下煤矿地下水库透水灾害的发生,认为煤柱坝体合理尺寸应取60 m。     

厚煤层预采顶分层综放工作面区段煤柱合理宽度留设研究

针对厚煤层预采顶分层综放工作面区段煤柱合理宽度留设的问题,以山东金桥煤矿1308工作面为工程背景,运用理论分析、公式计算、数值模拟的方法研究了煤柱的合理宽度范围、应力分布规律、塑性区分布特征,从而确定合理宽度值。研究表明:为确保煤柱中部没有过高应力叠加现象,煤柱宽度应大于21.9 m;煤柱宽度在14~22 m之间时,中部逐渐形成弹性区,两侧采空区在煤柱中应力叠加较强,应力峰值较高,煤柱的稳定性较差;煤柱宽度在22~32 m之间时,煤柱中部有足够弹性区宽度,两侧采空区的应力在煤柱上叠加程度较弱,稳定性高。因此,合理的区段煤柱宽度是22 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。     

近距离煤层群综放开采区段煤柱稳定性研究

为解决龟兹矿业5号与3号近距离煤层重复采动影响下区段煤柱失稳难题，利用模拟试验结合工业性试验的研究手段，探究了区段煤柱在重复采动作用下的应力演化规律和区段煤柱尺寸因素作用下的围岩应力分布情况，阐释了区段煤柱宽度因素作用下巷道围岩损坏及位移规律。结果表明:近距离煤层重复采动作用下，设计煤柱宽度超过6 m有利于提高区段煤柱稳定性。研究成果在龟兹矿业进行了工程应用，对A502运输巷围岩变形情况进行了实测，实测结果验证了研究成果的有效性。