深井综放沿空掘巷围岩应力特征模型试验研究

以赵楼煤矿深井综放沿空掘巷为工程背景,采用大型地质力学模型试验系统研究深井综放沿空掘巷在上工作面回采、巷道掘进及本工作面回采期间围岩应力演化规律,分析不同煤柱宽度下围岩应力分布特征,并提出相应的工程建议措施。结果表明:掘巷期间不同煤柱宽度条件下煤柱帮围岩应力峰值及分布状态不同,3～6 m煤柱时,竖向应力近似呈三角形分布,8 m煤柱时呈梯形分布,且随煤柱宽度增加,煤柱最大竖向应力增大;不同煤柱宽度下的实体煤帮应力峰值均大于煤柱帮,且随煤柱宽度增加,实体煤帮更加靠近支承压力峰值位置,不利于巷道支护。工作面回采期间,煤柱宽度小于3 m时,随着超载等级的增加,煤柱应力峰值先增大后减小,煤柱宽度大于5 m时,煤柱的应力峰值一直增加但增幅降低,煤柱帮浅部应力逐渐减小;实体煤帮的应力峰值不断增大,且应力峰值位置逐渐向煤体深部转移。工程实践表明,掘采期间的巷道变形均得到有效控制,研究结果可为确定合理的煤柱留设宽度及巷道支护参数和强度提供借鉴和参考。     

大采高综放面采动影响下合理区段煤柱宽度研究

大采高综放工作面由于生产需要,形成了一类超高煤帮、特大断面的巷道,增加量巷道支护的难度。留设合理宽度的区段煤柱,能够使巷道处于应力降低区内,避开残存支承压力顶峰的影响,有效改善巷道围岩的应力环境,降低支护难度、增强巷道的安全可靠性,还能够一定程度提高资源的回收率。本文以塔山矿8105工作面5105回风巷道区段保护煤柱为例,应用极限平衡理论计算得到合理的煤柱尺寸为34m,采用FLAC5.0数值模拟软件模拟分析了不同护巷煤柱宽度煤柱内的垂直应力分布和巷道变形破坏情况。通过理论分析与数值计算相结合,最终确定留设煤柱宽度为34m。     

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。     

豹子沟矿10203工作面运输顺槽小煤柱护巷支护技术

针对豹子沟矿10203工作面小煤柱留设及回采巷道支护问题,现场观测分析了邻近10103回采巷道顶板岩层结构及支承压力规律,得出回采巷道为煤巷,围岩强度较低,工作面存在断层,区段煤柱应取在应力降低区8～10 m处。采用FLAC^3D数值模拟了10203工作面不同小煤柱宽度时掘进及回采期间围岩变形情况,确定10203工作面留设10 m的区段煤柱。优化支护后在10203工作面回采巷道进行了应用,在新支护参数下小煤柱总体比较稳定且回采巷道变形量较小,完全满足矿井安全生产需要。     

中厚煤层区段煤柱合理留设宽度分析

工作面开采过程中区段煤柱合理留设宽度对矿山提高回采率及巷道围岩稳定性具有重要作用。以彬长矿区某矿综采工作面区段煤柱留设为研究背景,通过区段煤柱宽度理论计算,得出煤柱宽度为7.9～9.8 m。利用数值模拟方法分别对8 m、10 m、15 m煤柱宽度条件下工作面开采过程中的煤柱垂直应力、水平应力和位移进行研究,发现从平衡应力场状态出发,留设8～10 m宽度煤柱以确保应对较长时间尺度下煤岩体非塑性状态的蠕变和流变;而从平衡后的位移场出发,选择留设8 m煤柱即可满足其变形很小且有一定有效宽度并处于良好弹性状态,同时能够发挥其对顶底板岩层的支承作用和对巷道的保护作用。综合分析相关结果并应用于工程实践中,得出了区段煤柱合理留设尺寸,为类似条件下区段煤柱的留设提供了依据。     

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。     

急倾斜煤层围岩活动规律及煤柱合理宽度研究

为解决七台河新铁矿煤柱宽度留设不合理的问题,基于对该矿采场围岩变形特征的研究,采用数值模拟方法对急倾斜煤层区段煤柱宽度进行研究。结果表明:工作面下端头是受围岩运动影响的集中区域,影响范围30.5 m,应力峰值23.12 MPa;不同煤柱宽度对巷道支护影响较大,工程实践表明采用15 m护巷煤柱,巷道顶板变形量最大值87 mm,底鼓量最大值231 mm,上帮变形量最大值52mm,15 m宽护巷煤柱能有效控制巷道变形。     

特厚煤层动压巷道护巷煤柱合理宽度研究

针对某矿9#煤特厚煤层9-704综放工作面动压巷道在本工作面回采过程中,出现变形量过大难以控制的问题,采用理论分析、数值模拟及现场变形实测等手段对特厚煤层综放工作面区段动压煤柱应力分布和动压巷道变形进行研究。极限平衡法表明在该条件下动压巷道护巷煤柱宽度不应小于24.5 m.数值分析表明,煤柱宽度大于26 m时能够较好地控制煤柱的应力及变形,最终确定该动压巷道护巷煤柱宽度为26 m.现场实测表明,动压巷道变形过大的原因在于护巷煤柱留设宽度过窄。动压巷道护巷煤柱宽度的计算必须考虑煤柱沿相邻工作面采空区方向及本工作面方向塑性区的宽度。该研究对类似条件下动压巷道护巷煤柱的留设宽度具有一定借鉴意义。     

深埋强冲击煤层工作面区段煤柱宽度确定

为了确定冲击地压矿井合理区段煤柱尺寸,以葫芦素煤矿21103工作面为研究背景,采用理论方法对煤柱极限平衡区宽度进行了计算,从煤柱应力和围岩变形两方面入手构建了不同煤柱宽度下的数值模拟运算,并对21103辅运巷煤柱宽度分4m、6m、8m、10m、12m、14m、16m、18m、20m、22m、24m进行监测,得出：理论计算得到区段煤柱宽度为9.1～10.7m|数值模拟结果显示煤柱应力随宽度增大呈先增大后减小的趋势,5m时应力最低,15m时应力最高。巷道顶、底板及实体煤帮变形量与煤柱宽度成反比,煤柱侧帮位移量先增大后减小,煤柱为10m时位移量最大,综合应力与围岩变形模拟结果建议区段煤柱5～10m为宜|实测数据分析结果显示合理煤柱宽度在10～12m。最终得出葫芦素煤矿区段煤柱最优宽度为10m。     

常村煤矿区段煤柱尺寸数值模拟研究

针对常村煤矿区段煤柱尺寸优化问题,采用FLAC3D建立考虑上、下工作面采动影响的数值模型,对煤柱及回采巷道围岩进行分析。结果表明:现场煤柱宽度27m条件下,回采巷道在报废时煤柱两侧塑性破坏范围及应力峰值不对称,弹性核宽度减小至13m;考虑安全系数1.3,则煤柱宽度增加至35m较为合理;工作面距测站50m~60m时煤柱应力及塑性破坏范围开始快速增大,巷道变形量也开始快速增大,因此超前支护距离应大于60m。     

深井动压巷道围岩控制研究

以深井受2次回采动压影响14103辅运巷为研究背景,通过围岩地质力学测试及2次工作面回采动压影响下煤柱内部应力观测,得出巷道受上区段工作面采后及本工作面超前采动应力影响较大;留设55m煤柱,并采取适当支护方式,可有效控制巷道围岩变形,保证矿井安全生产。     

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。     

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。     

中厚煤层沿空掘巷煤柱合理宽度数值模拟分析

针对中厚煤层沿空掘巷条件下煤柱宽度合理留设的问题,应用FLAC3D数值模拟技术对不同煤柱宽度留设展开研究,对比分析了8种不同方案情况下煤柱宽度内应力分布规律及巷道围岩变化规律。模拟结果显示,不同宽度的煤柱具有不同的垂直应力场分布,巷道底鼓量、煤柱帮变形量和实体煤帮变形量受煤柱留设宽度影响较大,影响较小的为顶板下沉量。因此,综合分析煤柱内应力分布及巷道围岩变形量,确定寺家庄煤矿合理的区段煤柱留设宽度为3～4 m。     

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。     

不同护巷煤柱宽度采空侧巷道支承应力分布规律

护巷煤柱宽度的不同,将引起采空侧巷道围岩侧向支承应力分布重新分布,对于回采巷道稳定性有着极大的影响。以常村矿3~#煤S6-1工作面的地质条件及工程为背景,采用UDEC数值模拟并且结合现场实际进行研究,揭示了不同护巷煤柱宽度对采空侧巷道围岩侧向支承应力分布的影响。研究表明,随着煤柱宽度的增加,支承应力峰值为先增大后减小最后趋于稳定。煤柱宽度小于20 m时,垂直应力呈三角形分布,煤柱宽度大于20 m时,垂直应力分布由三角形向梯形过渡;巷道围岩破坏情况随煤柱宽度的变化而变化。     

大采高沿空留设小煤柱宽度优选

为减少井下因留设区段煤柱造成煤炭资源的丢失,以内蒙某矿大采高沿空掘巷留设小煤柱为研究背景,通过对地质资料勘察、有限元数值模拟方法对留设不同小煤柱宽度尺寸进行研究,研究结果表明:当煤柱宽度为3 m、4 m时,巷道处于煤柱支承应力升高区域内;煤柱宽度为5m、6m、7m时,巷道处于煤柱应力降低区域,留5 m时的煤柱应力峰值依然较高,峰值为23 MPa,留7m小煤柱时煤柱的应力降低幅度不大,留设7m煤柱浪费煤柱资源,不符合现场生产效益的要求。所以,从煤柱承载稳定性和煤炭的采出率角度,留设6m小煤柱最为经济合理,现场工业性试验表明该条件下沿空掘巷巷道控制效果良好。     

大采高煤层采动状态下小煤柱留巷矿压显现规律

合理缩减采区保护煤柱的留设尺寸是提高资源回采率的有效措施。为探究采动状态下缩小煤柱的采区巷道围岩的矿压显现规律,以黄陵二号煤矿原综采工作面35 m保护煤柱优化为17.5 m小煤柱的技术工程为例,通过对工作面推进过程中的辅运巷道顶底板与两帮的移进量、锚索的外露长度与载荷变化情况、煤柱内部的支承压力演化趋势进行全方位、多尺度的监测,对巷道围岩变形与采动应力进行了实测分析与研究。结果表明,工作面进入小煤柱区域1 300 m区段,除底鼓外未出现大的变形和强矿压显现;辅运巷受采动影响区域为超前工作面220 m至工作面推进后的350 m;辅运巷煤柱帮部深度13 m的位置为煤柱围岩应力最大集中区域;围岩变形与应力变化随着工作面的推进趋于稳定,初步判断辅运巷应力场与位移场的扩展达到相对均衡的稳定阶段。该研究为缩小煤柱留设宽度和优化巷道支护参数提供了理论依据。     

工作面超前支护段强动压巷道围岩应力优化技术研究

以芦子沟矿3107特厚煤层综放工作面为工程背景,应用数值模拟分析了3107工作面采动阶段煤柱侧帮围岩应力动态变化特征,巷道煤柱侧帮围岩受采动影响强烈。理论分析了回采巷道强动压显现机理,基于此,提出强动压巷道顶板大深度预切缝卸压技术,并阐述了其技术原理。预切缝后,沿空巷道超前支护段围岩应力降低,侧向支承压力峰值位置向工作面中部移动,沿空巷道超前支承压力峰值位置向工作面推进方向前移,能够有效改善超前支护段巷道围岩应力状态。数值模拟及现场实测结果表明预切缝后超前支护段巷道围岩稳定,巷道变形量减小,矿山压力显现缓和。     

特厚顶煤大断面强采动煤巷围岩变形机理及支护对策

以酸刺沟煤矿6上特厚煤层大采高综放回采巷道支护为工程背景,基于井下地质力学实测结果,采用数值模拟方法,对比分析了酸刺沟煤矿6上煤层不同煤柱宽度和不同巷道断面尺寸下煤岩体的受力、变形及破坏特征。研究结果表明:6上煤层顶板结构较为单一,以粗砂岩为主,不同位置强度不同,大多在40~80MPa之间,巷帮煤体平均抗压强度为19.80MPa,所测测站中最大水平主应力为7.94MPa,总体处于较低的应力水平;煤柱宽度由15m增加到20m时,巷道变形减小最为显著;煤柱宽度由25m增大到30m时,巷道变形减小趋势变得不明显;巷道掘进与工作面回采阶段巷道围岩应力随宽度增加的变化趋势相同,随着巷道宽度的增加,巷帮垂直应力呈线性增加,巷道顶板的水平应力呈线性减小。基于上述结论,对酸刺沟煤矿6上煤层1109胶运巷进行了支护设计与井下试验,工作面回采后巷道断面收缩率小于15%,实现了特厚顶煤大断面强采动围岩变形的有效控制。