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。     

近距离煤层开采区段煤柱留设尺寸研究

以寺河矿近距离煤层回采工作面153301为研究对象,分析了煤柱底板应力,采用UDEC~(2D)模拟软件分别模拟留设5 m、10 m、15 m、20 m区段煤柱时,底板应力集中系数和巷道围岩变形量,研究表明:随着留设煤柱宽度的增加,应力增高区影响范围逐渐增大,应力集中系数、巷道围岩变形量也逐渐增大。下煤层巷道应当布置在应力降低区内,在保证煤柱稳定的情况下,区段煤柱宽度应尽量减小,以减小应力增高区的范围和围岩变形量。     

深部煤层合理煤柱留设尺寸理论研究

针对常村矿2105工作面留设煤柱尺寸过大,煤柱内部应力集中严重的问题,基于该矿地质条件进行合理煤柱留设尺寸研究,基于弹塑性力学理论和极限平衡区理论,首先确定煤柱上下两侧极限平衡区合理尺寸为4. 29 m和4. 35 m,然后确定煤柱上下两侧弹性区合理尺寸为2. 46 m和2.67 m,最终确定煤柱合理宽度为13. 87 m.基于理论煤柱尺寸范围,进行煤柱方案数值模拟,确定合理煤柱宽度为14 m,研究结果为矿井实际生产提供了理论指导,效果显著。     

大采高综采面双巷掘进巷间煤柱合理留设研究

为了解决大采高超长距离回采工作面护巷煤柱的合理留设问题,以陕西小保当矿一号井112201工作面运输顺槽与辅助运输顺槽之间留设的煤柱为工程背景,通过理论分析、FLAC3D数值计算和现场实测相结合的方法,对二次采动影响下合理的区段护巷煤柱尺寸展开研究,结果表明:煤柱内部应力集中程度随宽度增加而减小,煤柱宽度超过20m后,集中应力最大值变化不再明显,确定煤柱留设合理尺寸为20m。基于非对称联合支护理论,提出了适用于112201大采高综采面辅助运输顺槽的锚网索联合支护方案,工程实践结果表明,相邻112202接替工作面回采期间112201工作面辅助运输顺槽围岩变形量在可控范围内,煤柱完整性和稳定性良好,证明所留设的煤柱宽度与选择的支护方案能够保障工作面安全高效生产。     

神府矿区浅埋煤层工作面煤柱稳定性评价

煤柱的稳定性是决定老(采)空区安全的重要因素之一。为了评价浅埋煤层工作面区段防水煤柱的稳定性,以郭家湾煤矿51103首采工作面为例,采用室内试验、现场实测、理论分析、数学建模等方法对其煤柱特征、留设尺寸进行综合分析研究。结果表明:煤柱屈服区宽度为4.3m,水压破坏区宽度为6.8m,有效隔水区宽度为8.4m。工作面煤柱高度按照5.0m考虑,根据Bieniawski煤柱强度理论及相关判别指标,所留设的煤柱处于绝对安全稳定状态,由此证明,在51104相邻工作面开采期间51103工作面留设的区段防水煤柱可以保持稳定。     

白芨沟煤矿区段煤柱内沿空掘巷窄煤柱留设尺寸研究

为了解决区段煤柱内沿空布置瓦斯通排巷时合理确定留设煤柱尺寸的问题,以白芨沟煤矿布置010203工作面瓦斯通排巷为工程背景,通过采用内应力场理论计算、现场实测与FLAC3D数值模拟相结合的方法,对区段煤柱内窄煤柱留设尺寸展开研究。研究结果表明:由现场实测及理论分析可知,内应力场分布范围距采空区0～7m,在该范围内煤体处于应力相对较低的状态;由数值模拟结果可知,留设不同尺寸窄煤柱下区段煤柱内应力的分布特征,随窄煤柱宽度增加窄煤柱内垂直应力呈增大趋势,且瓦斯巷受工作面采动影响越显著;根据各采掘阶段内巷道变形规律得出留设不同尺寸煤柱下煤柱内部破坏特征,在留设5m煤柱时,虽然掘巷期间窄煤柱帮可能变形显著,但在各分层回采完毕后巷道变形量远远小于其他情况。最终结合该矿实际情况确定窄煤柱留设合理尺寸应为5m,为相似地质条件下的窄煤柱留设尺寸的选取提供借鉴。     

区段煤柱内沿空掘巷窄煤柱留设尺寸研究

为了解决区段煤柱内沿空布置瓦斯通排巷时合理确定留设煤柱尺寸的问题,以白芨沟煤矿布置010203工作面瓦斯通排巷为工程背景,通过采用理论计算、现场实测与数值模拟相结合的方法,对区段煤柱应力分布特征展开研究。结果表明：引用内应力场理论求得区段煤柱侧内应力场宽度为8.35m;基于现场实测结果分析得出内应力场分布范围约距采空区0-7m;运用FLAC3D软件对留设不同窄煤柱尺寸下区段煤柱内应力分布、巷道围岩变形特征展开深度研究,得出区段煤柱内合理窄煤柱尺寸的确定方法;最终结合该矿实际情况确定窄煤柱留设合理尺寸为5m。     

特厚煤层综放面沿空掘巷小煤柱合理宽度留设研究

以同忻矿5305巷为研究对象,通过理论分析、数值模拟分析了特厚煤层综放面沿空掘巷小煤柱的合理留设宽度。研究结果表明:同忻矿8307采空区稳定后侧向支承应力降低区为0～12 m;随着煤柱宽度的增加,煤柱内部应力集中程度也在逐渐增加,当煤柱宽度小于7 m时,煤柱内部应力低于原岩应力,巷道处于应力降低区内;随着煤柱宽度的增加,煤柱内部弹性区宽度也在逐渐增加,当煤柱宽度小于等于6 m时,煤柱内部全部塑性破坏,当煤柱宽度大于等于7 m时,煤柱内部开始出现弹性区。通过理论分析及现场实测,最终确定留设6 m小煤柱可完全保证同忻矿安全生产。     

基于FLAC~(3D)模拟的沿空掘巷煤柱留设尺寸研究

针对某矿在倾斜中厚煤层条件下煤柱留设尺寸过宽、煤柱内部应力集中严重的问题,采用理论分析和数值模拟两种方法进行巷道窄煤柱留设尺寸的研究。首先对覆岩关键块结构参数进行分析,确定了基本顶沿工作面推进方向断裂长度L1=6. 12m,沿侧向断裂跨度L2=7. 05m,基本顶断裂位置L0=20. 16m,并进一步确定了断裂线位于实体煤上方;然后对窄煤柱留设尺寸进行理论分析,获得窄煤柱留设理论宽度范围6. 1～7. 4m;再制定煤柱模拟方案,利用FLAC~(3D)软件基于垂直应力、位移和塑性区等因素进行窄煤柱尺寸方案的模拟;综合研究结果确定合理窄煤柱宽度为7m;最后确定在巷道实际支护阻力条件下,覆岩关键块大结构能保持较好的稳定。通过窄煤柱留设尺寸研究,不仅改善了巷道围岩应力环境,而且提高了矿井资源回收率,增加了经济效益。     

红一煤矿主采煤层区段煤柱宽度因素分析

红一煤矿主采煤层4煤是缓倾斜煤层,采用双巷布置。区段煤柱的合理宽度对于煤矿安全生产和经济效益至关重要。根据红一煤矿的地质条件,对煤层强度(黏聚力和内摩擦角)、开采厚度、煤层埋深以及应力集中系数等因素进行分析,结果表明:影响煤柱宽度与煤层强度呈多项式函数关系,与煤层开采厚度呈多项式一元三次函数关系,与煤层埋深呈线性关系,而与应力集中系数呈指数函数关系。煤柱留设宽度对应力集中系数变化最敏感,应力集中系数是煤柱留设宽度最关键的指标。     

特厚煤层综放工作面防冲煤柱宽度优化

为研究强冲击倾向性特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度，对华亭煤矿250102工作面频发的冲击地压现象进行分析，发现250102工作面20m区段煤柱内存在着极易诱发冲击地压的应力条件，具有典型的煤柱型冲击地压特征。采用数值模拟和理论计算的方法对2501采区工作面区段煤柱合理宽度进行模拟计算。研究表明：当煤柱宽度为5m时，应力集中系数最低，为1.14，冲击危险程度较低|当煤柱宽度为20m时，应力集中系数达到最高，为3.40，冲击危险程度达到最大|当煤柱宽度为25m以上时，应力曲线由单峰转化为双峰，煤柱由小煤柱的屈服阶段进入到大煤柱的承载阶段，冲击危险程度在不断降低|理论计算得出适合2501采区工作面区段煤柱宽度为5.64m，与数值模拟结果较为吻合。2501采区后续工作面均采用6m宽的区段煤柱，经实践验证，该宽度的区段煤柱对华亭煤矿冲击地压的防治效果较好。     

双侧采空不规则煤柱稳定性分析

为确定某矿3303工作面不规则煤柱处于两侧采空状态时的稳定程度,通过数学模型对不规则煤柱最小安全尺寸及煤柱稳定性系数进行计算,在此基础上,以数值模拟对不规则煤柱两侧采空状态下的应力变化规律展开分析。结果表明:煤柱最小安全尺寸为31.2 m,大于3303工作面推进36.5 m范围内不规则煤柱尺寸;煤柱稳定性系数为1.14,根据煤柱稳定性判别指标判定煤柱为稳定状态;不规则煤柱应力随工作面推进距离增大呈上升趋势,最大应力值与理论计算煤柱承载强度最小值基本一致;综合评定双侧采空状态下,不规则煤柱能够保持稳定。     

厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设研究

针对厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设合理宽度的问题,以沙曲一矿4305工作面为工程背景,采用理论推导、数值模拟以及现场监测等方法研究分析煤柱的合理宽度、不同煤柱宽度下围岩变形特征以及现场监测煤柱应力。研究结果表明,根据极限平衡理论计算煤柱破坏塑性区宽度并结合煤柱稳定条件确定煤柱宽度至少为7.8 m.运用FLAC3D数值模拟软件,分析4305工作面与4306采空区留设5 m、8 m、15 m煤柱对应工作面巷道掘进及回采期间的变形及破坏规律可得,煤柱应力集中程度随着煤柱宽度逐渐减小而增大。确定选用8 m煤柱。现场压力监测表明,选用8 m煤柱并采用合理支护形式的条件下可以有效控制巷道围岩变形保障安全回采。     

综放工作面护巷煤柱的留设研究与控制技术

针对综放工作面厚煤层,过大的护巷煤柱造成煤炭资源浪问题,以串草圪旦煤矿6 102工作面为工程背景。结合运用理论分析、数值模拟与现场试验等方法,分析了不同宽度的护巷煤柱的应力及弹塑性区的分布规律,研究表明：（1）掘巷期间,随着护巷煤柱宽度的增大,6 103采空区侧的应力分布基本无明显变化,而6 102辅运巷道侧的应力分布为降低趋势,护巷煤柱中部应力叠加现象为降低趋势。（2）当护巷煤柱宽度大于15 m时,护巷煤柱两侧的塑性区范围基本无明显变化,护巷煤柱内的弹性区宽度随着护巷煤柱宽度的增大而增大。（3）回采期间,留设的护巷煤柱宽度大于14 m时,回采工作面附近的护巷煤柱存在弹性区,综合考虑合理的护巷煤柱的宽度为14 m。（4）现场实践证明巷道围岩得到了很好的控制。     

复采煤层末采煤柱合理留设宽度研究

为优化煤柱留设宽度,提高采区煤炭采出率,确保工作面的回采推进速度,结合薛虎沟煤矿2-106工作面实际开采条件,运用理论分析与数值模拟相结合的方法对2-106B工作面停采护巷煤柱尺寸进行研究,通过对护巷煤柱进行极限平衡计算,确定留设合理煤柱尺寸应不小于20.32 m;通过FLAC3D数值模拟分析保护煤柱宽度为25,22,20,15,10 m条件下巷道围岩变形情况,得出留设保护煤柱宽度为22 m时,煤柱内集中垂直应力逐渐向稳定非对称拱形分布形态过渡,煤柱两侧产生一定剪破坏和拉破坏,但煤柱中部未破坏区域范围扩大,煤柱稳定性较好;煤柱留设宽度为22 m时,对2-106B工作面液压支架拆除的时间段护巷煤柱应力进行监测,结果表明,巷道围岩得到有效维护,并处于稳定状态。     

倾斜厚煤层沿空掘巷窄煤柱合理宽度数值模拟研究

为了确定倾斜厚煤层沿空掘巷窄煤柱合理宽度,以兖矿新疆矿业硫磺沟煤矿为研究对象,分析了倾斜煤层条件下沿空掘巷围岩应力分布及变形特征,不同煤柱宽度的垂直应力分布规律。结果表明:煤柱宽度大于4m时,煤柱内稳定区域增势比较明显,随着煤柱宽度的不断增大,煤柱内稳定核心承载区域不断增大;根据巷道掘进期间垂直应力大小,应力分布规律及围岩巷道稳定性分析确定煤柱合理宽度为4m;现场实测数据表明,窄煤柱宽度为4m时可以有效满足巷道围岩稳定性要求。     

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。     

含硬煤分层综放工作面合理区段煤柱宽度数值模拟

为了确定合理的区段煤柱宽度,采用FLAC3D数值模拟软件,结合某矿的具体地质条件,模拟分析不同区段煤柱宽度下的煤柱应力大小及塑性破坏情况。结果表明,煤柱的宽度由20 m减小到13 m时,煤柱内仍具有较好的承载能力,小于13 m时煤柱出现塑性破坏而失去承载能力,最后确定煤柱的宽度为13 m。     

青洼煤业沿空掘巷小煤柱宽度研究及应用

为了提高沿空掘巷的稳定性,采用FLAC3D分别模拟2203与2205工作面3m、5m、6m、8m煤柱宽度时的沿空巷道垂直应力和塑性区分布规律。当煤柱宽度为5m时,煤柱为垂直应力主要承载,且中间部位将出现小范围的弹性区,此时的煤柱变形最为稳定。采用“十字布点”监测沿空巷道围岩变形量可知,5m煤柱能保证巷道稳定性。     

极近距离采空区下部煤层窄煤柱宽度的确定

采用数值模拟的方法,研究了极近距离煤层群下煤层工作面沿空掘巷留设不同宽度煤柱时巷道的塑性破坏、煤柱和实体煤侧垂直应力、巷道围岩变形情况。结果表明:随着煤柱宽度增加,煤柱中央的垂直应力呈现先增大、后减小趋势,其中5~7 m宽度煤柱中央的垂直应力相对较大,3~5 m宽度煤柱边缘垂直应力最小。随着煤柱宽度增加煤柱边缘垂直应力不断增大,在煤柱宽度达到7 m时最大,而实体煤侧的垂直应力相对变化不大。进一步的数值模拟研究表明,巷道的塑性破坏程度、围岩变形量在留设7~9 m煤柱时效果最佳。综合考虑得出了下煤层开采护巷窄煤柱的合理留设宽度为8 m。