邻近高瓦斯综放工作面围岩支承压力分布模拟研究

为了保证邻近工作面顺利接续回采,高河煤矿在W4301工作面回采期间,应用边采边掘工艺布置W4302工作面回风顺槽.通过MATLAB数值模拟软件,对邻近高瓦斯综放工作面围岩支承压力分布规律进行研究,得出工作面不同区域超前支承压力和侧向支承压力的分布情况,为确定合理的护巷煤柱宽度提供依据,从而保证迎采巷道围岩稳定性,实现工...     

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.     

对采对掘合理煤柱宽度及围岩控制技术研究

针对矿井对采对掘巷道支护难题,以俄霍布拉克煤矿1404工作面及1406材料道为工程背景,应用弹塑性极限平衡理论,得出工作面侧向支承压力分布规律,进而通过数值模拟分析对采对掘条件下不同区段煤柱宽度塑性区分布规律,确定合理区段煤柱宽度为18 m;基于对掘巷道不同阶段差异化的应力环境,将巷道分为侧向动压影响阶段与侧向压力稳定阶段,提出分段让压支护技术,优化支护参数并进行工业性试验。监测结果表明,该煤柱宽度与支护技术有效控制了对掘巷道围岩变形量,保证了矿井安全开采,为类似条件下煤柱宽度留设及支护设计提供了参考。     

李村煤矿大采高工作面区段煤柱合理留设宽度研究

针对李村煤矿大采高工作面分区段开采的特征,为了确定其合理的区段煤柱留设宽度,综合现场实测和数值模拟,对煤柱稳定性进行了分析,模拟不同宽度煤柱下,其围岩垂直应力分布、支承压力分布特征及屈服破坏程度。结果表明:李村煤矿大采高工作面合理的区段煤柱留设宽度应为20 m,较原先设计宽度而言,有效提高了工作面回采效率。     

厚煤层综放工作面煤柱稳定性评价及控制技术

为解决厚煤层综放工作面区段煤柱失稳破坏问题,保障采掘工作正常接续,以韩城矿区桑树坪二号井3304工作面区段煤柱为研究对象,建立力学模型求解确定塑性区宽度,采用FLAC3D数值模拟研究工作面侧向支承压力分布规律,综合分析不同宽度区段煤柱主应力差分布特征,据此针对性提出区段煤柱补强支护方案,并开展工业性试验,试验回采期间巷道围岩收敛量均处于允许范围内。研究结果表明：在工作面前方,现有宽度为10m的区段煤柱稳定性较好,煤体具有一定承载能力,但在工作面推采后,仍不可避免存在大范围片帮问题,根据煤柱帮变形破坏特征,在原有支护参数基础上,提出巷道煤柱帮锚索补强支护,可有效减少巷道两帮收敛变形,实现巷道围岩稳定性及次生灾害的综合控制。研究结果对类似开采条件下综放工作面区段煤柱稳定性控制具有一定参考价值。     

高瓦斯多巷系统回采巷道布置方法研究

为了解决高瓦斯煤层两进两回通风方法中外圈巷道维护困难的问题,综合应用理论分析、数值模拟和现场实测等方法研究分析了：① 巷道群及煤柱在掘巷、一侧采动、两侧采动后围岩应力演化规律和巷道变形特征;② 煤柱宽度对巷道围岩稳定的影响规律。揭示了在两侧采动条件下、煤柱内巷道及煤柱本身变形稳定机理,提出了一种高瓦斯、厚煤层两进两回回采工作面接续的巷道布置新方法,即：第1个工作面外圈巷道作第2个工作面内圈巷道使用,采用宽煤柱护巷;第1个工作面回采稳定后,在区段宽煤柱内沿采空区边缘布置第2个工作面瓦排巷,采用小煤柱护巷;新布置方法缩短了工作面外圈巷道的服务年限,显著改善了巷道围岩应力环境和维护状况,提高了资源回收率和巷道系统可靠性。现场应用效果表明,新的布置方法有效控制了两侧采动支承压力作用下煤柱内巷道围岩变形。     

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。     

屯留煤矿高瓦斯厚煤层巷道布置技术

针对屯留煤矿原有的巷道布置形式,在保证两进两回通风方式的基础上,改变巷道掘进顺序和煤柱宽度,使得煤柱较小的中间巷仅受1个工作面采动支承应力作用,显著改善巷道维护状况.在相邻工作面之间采用合理的煤柱宽度,减少采动支承应力的作用,同时提高采区采出率.通过UDEC软件进行数值模拟,分析巷道围岩在不同煤柱宽度下位移、应力和塑性区的分布与变化规律,确定合理的煤柱宽度,为矿井的安全高效回采提供了依据.     

浅埋大采高工作面顺槽煤柱优化研究

以某矿浅埋大采高14204综采工作面为工程背景,对顺槽预留煤柱合理宽度进行研究。结果表明:当预留煤柱宽度由19.2 m优化到17.2 m时,煤柱的弹性核宽度、煤柱支承压力分布及顺槽变形没有发生太大变化,且能够保证工作面回采过后煤柱及辅运顺槽的安全稳定。     

厚煤层综放沿空掘巷围岩变形机理研究

为了探究东周窑矿宽煤柱巷道围岩变形机理,通过现场观测、理论分析现有宽煤柱条件下下侧向高支承压力对巷道围岩的影响和采动应力叠加的影响,理论计算了合理煤柱宽度为6 m,提出了相应的支护措施,并在现场取得了良好的应用.结果表明:采用窄煤柱沿空掘巷后,相邻工作面开采期间巷道围岩最大变形量为127 mm,围岩控制效果良好.     

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。     

动压影响下巷道围岩应力及变形规律数值模拟研究

采用地质力学原位快速测试系统,实测巷道围岩地层结构与地质力学参数。并以此数据为基础,建立三维数值模型分析结果表明:5103回风巷在本巷道掘进及本工作面顶回风巷掘进时围岩应力和变形均有所增加,但影响不明显;相邻8101工作面回采导致5103回风巷煤柱垂直应力集中,侧向支承压力升高,对巷道变形及应力影响较大。     

新峪矿采空区下近距离巷道矿压特征研究

为研究采空区下近距离巷道的矿压特征,通过现场围岩变形监测分析了回采期间巷道的围岩变形规律,采用数值模拟的方法研究了巷道围岩应力的变化规律。 结果表明:巷道的竖向收敛量是两帮收敛量的2.02~3.09倍;距工作面10m的范围内,是采动影响的剧烈区,两帮在此区域受到的影响更为显著;巷道靠煤柱一侧围岩,竖向应力均呈现出一直增长的趋势,采空区的出现破坏了其下方围岩应力变化曲线的指数函数分布形式;上层采空导致了下层工作面的顶板不完整,支承压力作用明显减弱,影响范围仅为5~10m,相比常规类型巷道,影响范围大大缩小;由于上层煤柱侧向支承压力的存在,帮部岩体易因受压膨胀而破坏,引起顶板整体下沉,采空区渗水会加剧铝质泥岩的底板隆起。     

综放沿空掘巷护巷窄煤柱留设宽度优化设计研究

护巷窄煤柱的合理留设是综放沿空掘巷技术成功实施的关键问题。基于采空侧煤体倾向支承压力分布特征以及护巷煤柱体的极限平衡理论,确定了护巷窄煤柱合理留设宽度的上、下限值解析表达式,结合山东某矿3309综放工作面的采矿地质条件,认为护巷窄煤柱合理留设宽度范围为4.1~7.2 m。为了进一步优化设计护巷窄煤柱的留设宽度,采用数值模拟方法对合理取值范围内的护巷窄煤柱留设宽度进行对比分析,认为3309综放工作面护巷窄煤柱的最优留设宽度为5m。将上述研究成果成功运用于工程实践,现场实测数据表明,结合理论分析和数值计算综合确定的护巷窄煤柱最优留设宽度可以有效控制沿空巷道围岩变形量,有利于维护综放沿空巷道的整体稳定性。     

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。     

松软煤层宽煤柱沿空巷道高应力显现规律及机理研究

结合藻渡煤矿N2103工作面发生的高应力显现规律,分析了高应力与工作面采动之间的联系;综合钻屑法和数值模拟法,共同分析了采动应力的影响区域,认为巷道经历的实体煤掘进阶段、极限平衡区阶段和采空区阶段3个阶段中,应力集中由超前支承压力和侧向支承压力共同作用;结合工程实践分析,造成高应力显现的力源主要来自于采空区侧向和超前采动应力的叠加影响,还受到工作面上方顶板的运移、垮断影响。基于理论分析及现场实测结论分析可知,藻渡煤矿N2103工作面回风巷动压载荷是由超前开采动应力、采空区侧向应力形成的宽煤柱弹性区的集中静载荷和采空区边缘覆岩活动引发的集中动载荷叠加而成。     

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。     

特厚煤层综放开采沿空掘巷煤柱合理宽度研究

针对特厚煤层综放开采沿空掘巷时宽煤柱护巷效果不佳,煤壁片帮、围岩变形量大、煤炭资源浪费严重等现状。以伊犁潘津工业煤矿2302工作面回风巷为工程背景,基于极限平衡理论探究了侧压系数、采高、埋深及煤柱支护阻力等因素对窄煤柱宽度的影响规律。结果表明,随着前三者逐渐增大,煤柱宽度也随之增大,后者反之|煤柱合理宽度取值范围的上下极限差值也随之增大,而后者几乎不发生变化。此外,结合现场地质条件,确定了窄煤柱宽度为6m,同时采用数值计算验证了其合理性,并在2302工作面回风巷进行了工业性试验。现场结果表明,6m窄煤柱在沿空掘巷期间,巷道断面开拓轮廓无明显变形,围岩控制效果显著。     

深部高应力双巷布置工作面煤柱宽度合理性研究

为确定深部高应力双巷布置工作面合理巷间煤柱宽度,提高巷道煤柱稳定性及资源回收率,以园子沟煤矿1022101工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟的研究方法,掌握巷道巷间煤柱应力分布规律,确定深部高应力巷间煤柱侧向支承压力分布特征,并采用FLAC3D数值模拟分析了工作面多次回采影响下的不同宽度(7m、10m、13m、16m、19m、22m、25m)煤柱应力场分布特征,结合现场试验巷道15m、25m煤柱侧围岩破坏情况分析,最终确定深部高应力条件下合理巷间煤柱宽度。研究表明：当煤柱宽度为16～25m时,多次回采影响下煤柱应力集中,容易引发冲击地压|而宽度7～10m时煤柱整体压垮,巷道变形破坏严重。综合考虑资源回收、巷道围岩稳定性及动力灾害防治问题,确定园子沟煤矿深部高应力巷间煤柱宽度为13～15m时较为合理。