沿空留巷围岩变形特征及加固支护技术研究

为研究沿空留巷巷道在掘、采全过程中围岩变形规律及留巷巷道支护技术,以色连二号矿12205采煤工作面辅运顺槽为工程背景,运用现场实测的方法,以围岩变形量和围岩应力为指标,直接衡量沿空留巷巷道的变形规律,并在采煤过程中对留巷巷道进行了不同方式的加固支护。研究表明:12205辅运顺槽围岩变形受工作面采动影响主要为滞后影响,其中围岩变形剧烈影响区为工作面采后30~220 m区段;不同区段、不同围岩条件、不同加固方法,巷道围岩变形差异均较大;在工作面采动支承压力影响前主动加固留巷巷道顶板,能大幅降低巷道围岩变形量。     

不连沟煤矿综采放顶煤工作面矿压治理

不连沟煤矿采空区侧煤柱和巷道受上区段回采工作面的采动影响,矿压显现,帮部移近量大,底鼓严重,巷道变形量较大,严重影响工作面安全生产。采取加强两端头放煤管理和对采空区两个隅角的强制放顶措施,使下区段煤柱和巷道压力显现明显减小,帮部移近量由1m左右缩小至5 mm左右,顶底移近量由0.5 m左右缩小到4 mm左右。F6106综采放顶煤工作面辅运巷变形量明显减小,保证了巷道安全并降低了维护成本,达到降本增效的目标。     

二次采动影响下回采巷道矿压显现及控制技术研究

针对布尔台煤矿42107工作面辅运巷受采动影响矿压显现剧烈等问题,通过现场工程试验、理论分析,研究了42107辅运巷围岩的表面位移、深部位移及锚索受力等参数变化规律,得到了采动影响下回采巷道矿压显现规律,构建了采动影响下巷道围岩受力力学模型,并揭示了采动影响下回采巷道围岩应力影响因素及作用机制,计算了采动影响下回采巷道围岩塑性破坏区大小及煤柱内等效稳定承载范围,揭示了采动影响下回采巷道围岩塑性破坏呈非对称状态分布。根据巷道围岩受采动影响的特点,提出采取水力压裂及注高分子材料来改善巷道围岩应力,现场应用工业性试验表明,对42107辅运巷正、副帮注高分子材料施工加固后,巷道围岩收敛变形明显降低,来压步距明显减小,可满足安全生产要求,为采动影响下回采巷道围岩控制提供了实践和理论依据。     

重复采动软岩巷道非对称变形机理与控制技术

为研究厚煤层综放面软岩巷道受重复采动影响下非对称变形机理，以布尔台煤矿42203综放工作面为工程背景，采用了现场监测、理论分析及数值模拟等方法对42203辅运巷道受重复采动影响时巷道非对称变形破坏特征及破坏机理进行研究，提出了重复采动软岩巷道高强锚索补强支护技术。研究结果表明：42203辅运巷道受重复采动影响导致两帮变形大于顶底变形，正帮上部及副帮下部帮鼓破碎，矿压显现剧烈，采动超前影响范围可达110 m,重复采动产生的高偏应力，改变了侧压系数及应力方向，致使塑性区由近似对称破坏转变为非对称破坏，揭示了重复采动巷道破坏机理，提出了采用高强锚索对42203辅运巷道进行补强支护方案，经现场实测，该方案有效减缓了围岩的变形速度和变形总量，满足巷道稳定要求，效果良好。     

重复采动回采巷道变形机理及稳定控制

工作面在高强度开采过程中，回采巷道围岩的稳定性控制至关重要。针对布尔台煤矿厚煤层综放工作面回采巷道受强采动围岩变形特征，以42203综放工作面为例，根据巷道围岩蝶形破坏理论，与数值模拟方法相结合对其辅运顺槽受一次采动、二次采动时围岩变形机理进行了研究，分析了巷道围岩的塑性区“蝶形”扩展机理。研究结果表明：巷道围岩塑性区边界与巷道埋深、侧压系数及围岩的力学特性有关；围压比值决定着围岩塑性区的发育形态。在采动影响作用下，巷道周边最大主应力和最小主应力的大小及方向处于不断变化过程中。42203工作面辅运顺槽在受采动影响时应力发生偏转，致使塑性区呈现出非对称性扩展。基于42203工作面辅运顺槽受采动应力分布规律与塑性区演化规律，提出了相应的围岩控制加强支护技术方案，在现场工业性试验效果良好，为重复采动巷道围岩的变形机理及稳定控制提供一定借鉴。     

极松软厚煤层简放开采回采巷道变形规律研究

淮北矿区芦岭煤矿8109工作面煤层为极松软厚煤层,采用简易放顶煤开采技术。为掌握简放工作面回采巷道受采动影响后围岩变形规律,对回采巷道围岩变形进行了观测。观测结果表明,运输巷围岩变形随时间整体上呈线性变化,支承压力影响区围岩的变形速率较原岩应力区巷道围岩的大,顶底板移近量和两帮移近量的变形速率呈现出一定的周期性变化;在支承压力影响区内,运输巷的两帮变形量和变形速率均大于顶底板移近量和移近速率。在采动影响下,回风巷围岩表现为明显的流变变形,变形随时间的增加而增长。在过支承压力峰值以后,随着离工作面煤壁越近,回采巷道变形表现越剧烈。回风巷围岩的顶底板移近量和两帮移近量大小相差不大,两帮移近量和速度大于巷道底鼓量和速度。     

采动巷道围岩非均匀变形特征及稳定性控制技术研究

受到原岩应力与采动应力叠加影响的巷道会产生非均匀变形,甚至发现顶板事故,采动巷道围岩稳定性控制是实现矿井安全高效开采的关键。针对长岭一号煤矿152106工作面轨道巷受到采动影响变形严重的问题,采用现场监测、数值模拟等研究方法,分析了采动巷道围岩变形特征及塑性区演化规律。结果表明：在采动影响下,巷道围岩变形呈非均匀特征,工作面前方巷道围岩变形量小于工作面后方,巷道煤柱侧变形量大于煤壁侧,顶板出现离层并且靠近煤柱侧底鼓量更大,局部可达400mm|工作面前方最大主应力、主应力比值、塑性区范围均小于工作面后方,塑性区呈椭圆形分布,巷道围岩位移量与塑性区范围具有一致性。据此提出了补强支护方案,即顶板补打锚索、煤柱对穿锚索及打设单体液压支柱,现场试验结果表明轨道巷煤柱帮变形减少了65%,巷道底鼓量260mm,工程应用效果较好。     

桁架锚索在综放工作面大断面巷道补强加固中应用

14208辅运巷巷道围岩变形严重,原有的锚网索支护体系中部分锚杆、锚索失效,给巷道使用安全带来威胁,提出采用桁架锚索对14208辅运巷断层影响区加固,并对桁架锚索围岩控制原理以及现场加固方案进行设计。现场应用后,14208辅运巷断层影响区在邻近采面动压影响下围岩始终保持稳定,期间顶板、巷帮变形量分别控制在162 mm、139 mm以内,取得较好围岩加固效果。     

深部特厚煤层对采对掘巷道围岩综合应力场演化研究

深部特厚煤层对采对掘巷道受高应力及多次强烈采动影响,应力环境复杂,围岩控制难度大,井下综合应力场演化对于巷道支护方式及参数的确定有益。以麻家梁煤矿14103辅运副巷为工程背景,采用井下实测、理论分析和数值模拟方法,揭示巷道围岩原岩应力场、采动应力场、支护应力场及位移场演化规律。实测得出麻家梁煤矿巷道围岩原岩应力场分布特征;揭示出相邻工作面回采滞后采动影响阶段是巷道围岩采动应力增加的主要阶段;锚杆锚索施加高支护应力可在围岩中形成稳定承载结构。基于应力场、位移场综合分析,得出14103辅运副巷围岩采动应力增加先于巷道变形的增加;受二次采动应力作用,围岩发生扩容变形,出现应力增加不明显而变形显著增大的现象,揭示出采动应力场、支护体受力及位移场时空演化相互关系。该结果对巷道布置方式及支护方案提供了依据。     

中兴矿沿空留巷工作面矿压显现规律研究

针对中兴矿沿空留巷工作面开展了矿压监测工作,通过分析液压支架工作阻力的变化和回采巷道的变形量,研究了工作面的矿压显现规律和二次采动巷道的变形规律。结果表明:工作面受二次采动影响巷道一侧的动载系数最大,达到了1.757,矿压显现最为明显;工作面两端周期来压持续时间较长,为中间位置持续时间的2.4~2.6倍,是周期来压影响的主要部位;工作面由于布置抽采巷而局部高度增加时,抽采巷附近区域周期来压现象不明显,会一直处于较高的顶板压力作用下,是工作面顶板管理的重点区域;回采巷道的两帮收敛量是顶板下沉量的2.28~3.38倍,帮部支护需要重点关注;沿空留巷采动影响剧烈区为工作面前方10m以内,采动影响区为工作面前方10~50m,该区域内工作面的矿压显现对巷道围岩变形起到一定的预示作用。     

开采动压影响下巷道变形规律分析

针对平煤八矿深处下部煤层工作面开采导致的上部煤层邻近采区工作面回风巷道掘进困难、变形严重等现象,通过监测回风巷道表面的变形情况,总结出下部煤层开采对上部煤层邻近采区巷道的动态影响规律:己16,17-22020工作面的回采活动对回风巷道的影响范围约200 m,变形最为严重的区域在工作面前方20m和后方20 m范围内,从而确定顶、底板和两帮位移的平均速度,为巷道的合理布置提供参考依据。     

大南湖一矿多煤层巷道围岩控制技术研究

基于多煤层巷道围岩岩性不稳定,采用单一的支护方式往往呈现区域性破坏的问题,运用数值模拟软件,根据大通湖矿辅助运输石门二的地质条件对巷道在不同围岩条件下的变形情况进行了模拟,并通过对模拟结果的分析,提出了穿多煤层巷道的合理支护技术:巷道在顶板为煤层时应采用锚网索支护,在两帮为煤层时宜采用U型钢棚式支护,在底板为煤层时应采用反拱控底并配合在巷道帮脚位置安装带下扎角的锚杆辅助控底。大通湖矿辅助运输石门二采用该支护技术保证了一采区3煤各工作面的安全生产。     

骑跨采岩巷矿压显现规律研究

以淮北矿业股份公司桃园煤矿北六大巷为研究目标,分析了北六大巷在7246、8246工作面骑跨采影响下巷道围岩矿压显现特征。根据实测资料对巷道受采动影响的变形规律、破坏特征进行了分析。借助于数值模拟方法,分析了骑跨采动压巷道在煤层工作面回采时的稳定性特征,得到了巷道围岩应力及塑性区范围等。     

深部大采高工作面煤柱留设优化数值模拟研究

为缓解高产高效矿井采掘接续紧张局面，鄂尔多斯地区综采工作面多采用“两进一回”的巷道布置形式，辅运巷在回采结束后用作下一工作面的回风巷，两进风巷之间采用大煤柱护巷。但随着该地区采深600 m以上的深部矿井增多，冲击地压灾害问题逐渐显现，双巷大煤柱留设的弊端也暴露出来。针对此问题，以鄂尔多斯红庆河煤矿3^-1101大采高综采工作面为例，对不同宽度煤柱留设的应力分布规律进行建模研究，提出了合理的煤柱留设宽度，为鄂尔多斯地区类似条件矿井的安全高效开采提供参考依据。     

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。     

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。     

托顶煤动压巷道顶煤顶板变形机理和加固技术研究

晋能王家岭煤业回采面均采用“两进一回”布置,其中上一工作面辅运顺槽复用作为下一工作面回风顺槽,为托顶煤强烈动压巷道,巷道维护困难,需对其变形特征和变形机理开展研究并提出相应加固设计。通过对动压巷道顶板离层、顶帮变形和支护构件受力的监测,结合顶板岩层窥视,掌握了王家岭煤业托顶煤动压巷道的变形特点,顶板离层主要发生在顶煤范围内。采用数值模拟,研究了顶煤厚度、动压影响程度和不同支护设计等因素对顶煤顶板变形的影响,分析了托顶煤动压巷道顶煤顶板变形机理,认为顶煤厚度和顶煤支护情况直接决定托顶煤变形情况,在巷道支护设计时应充分考虑顶煤顶板支护强度和刚度。根据变形特点和变形机理,结合高预应力锚杆支护技术,提出动压巷道加固设计并在井下实施。实践表明,加固效果良好。     

大断面托顶煤巷道支护技术研究

随着煤矿开采深度的不断加深,为了满足大型设备的正常使用,巷道断面的日益扩大,给巷道支护及围岩稳定性带来巨大挑战。基于义马常村矿21170工作面巷道工程地质条件,采用现场测试、数值模拟、理论分析及现场试验等方法,对大断面托顶煤巷道的破坏特征进行分析,研究了大断面托顶煤巷道的变形破环特征和支护理论,大断面托顶煤巷道变形破坏的诱发因素,提出了大断面托顶煤巷道“全断面控型易损部位强化控制技术”,并确定21170工作面巷道的扩掘方案,现场应用效果显著。对大断面托顶煤同类巷道支护具有借鉴作用。     

8105综采工作面过断层综合技术研究

为保证8105工作面过断层期间的安全生产,提高资源回收率,对工作面巷道采取强化支护、优化采煤工艺、预裂孔松动等方式综合治理技术。过断层期间,2105巷、5105巷道顶底板变形量和两帮变形量能够满足安全生产要求,多回采煤炭约11万t。     

小错距上下煤层反向同采对上工作面巷道的影响

根据新集一矿已有的工程地质资料和科研成果建立模型,采用FLAC3D进行了数值模拟,并结合现场观测,研究了小错距上下煤层工作面反向同采时,上工作面巷道围岩应力、塑性区和变形情况,研究结果表明,上工作面巷道围岩变形在两工作面推进过程中呈现两个阶段的变化,该巷道围岩一定范围内发生塑性破坏是其围岩变形不断增长的主要原因,因此上工作面巷道支护的关键是加固其围岩的塑性破坏区,提高围岩的自承载能力.