特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度研究

针对塔山矿特厚煤层综放工作面与回采巷道对头施工过程中面临的区段煤柱合理宽度留设、回采动压影响范围确定等问题,采用理论分析、数值模拟及现场应力实测等手段对特厚煤层综放采场覆岩断裂结构、区段煤柱应力分布及区段煤柱合理宽度进行研究。采空区一侧煤体应力,应力剧烈影响范围30~35 m。煤柱应力现场实测表明,相邻工作面回采期间应力沿煤柱宽度大致呈单峰型、非对称分布,应力高峰区距8210回风巷21~30 m、距8208采空区8~17 m,采空区顶板运动稳定滞后距离120~130 m。结果表明,塔山矿特厚煤层综放面对头施工条件下留设38 m煤柱是安全的,从煤柱应力分布角度分析煤柱宽度可减小至30~32 m。     

基于偏应力分布特征的综放区段煤柱宽度研究

针对王家岭煤矿20 m宽煤柱条件下回采巷道大变形控制难题,运用数值模拟方法,研究了顶板煤岩体偏应力第二不变量分布及迁移演化规律,得出203盘区相邻综放区段间煤柱合理宽度为4~8 m,且回采巷道煤柱侧顶板需要进行强化支护的结论。现场试验8 m宽煤柱,采用槽钢桁架锚索与单体锚索平行布置非对称支护技术支护20321综放工作面回风巷,顶板最大下沉量为102 mm,煤柱宽度留设合理。     

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。     

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。     

青洼煤矿沿空巷道应力分布特征与合理煤柱宽度确定

青洼煤矿为减少煤炭资源浪费,取消工作面区段大煤柱,根据2203与2205工作面实际情况设计小煤柱沿空掘巷。先采用煤柱极限平衡理论计算煤柱宽度,并通过FLAC3D数值模拟软件对不同宽度煤柱下围岩变形进行分析,得出满足工作面掘进和回采期间的煤柱宽度为6 m。     

平朔井工三矿区段煤柱宽度优化研究

区段煤柱的留设宽度是影响回采巷道围岩稳定性的重要因素,平朔井工三矿工作面区段煤柱宽度一直采用经验值20m,为优化区段煤柱宽度,提高资源采出率,采用现场实测、理论计算和数值模拟方法对平朔井工三矿合理区段煤柱宽度进行了研究。煤柱应力实测表明：井工三矿9104与9105工作面间20m煤柱宽度有一定的富裕量,根据极限平衡理论计算与数值模拟结果,平朔井工三矿区段煤柱合理宽度应大于12m。     

综采工作面区段煤柱合理宽度研究

为了确定某矿421-2工作面运输巷区段煤柱的合理宽度,运用数值分析方法,研究了不同煤柱宽度条件下巷道在掘进和回采期间的变形及应力分布规律,确定了合理的小煤柱宽度。研究结果表明,在掘进期间承压煤柱宽度不小于7.0 m;在回采期间煤柱宽度应大于7.0 m。综合考虑不同煤柱宽度条件,并结合小煤柱理论计算结果,最终确定小煤柱宽度取8.0 m。     

顶板大巷护巷煤柱尺寸数值模拟研究

某矿顶板大巷与回采工作面平行布置,为确定合理煤柱尺寸,测试了地质力学参数,数值模拟了回采工作面与顶板大巷不同煤柱尺寸下应力分布特征。确定煤柱宽度为90 m,进行了现场试验,矿压监测结果表明巷道变形量很小,基本不受回采工作面采动影响。     

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。     

近距离煤层上层煤条带煤柱垂直应力数值模拟研究

条带作为一种特殊开采方式,在对压煤进行回收作业的矿区常被使用,但是其煤柱的宽度与回采宽度的留设对地面有直接影响,一直是研究重点。文章以某矿近距离两煤层为研究对象,对上覆煤层条采煤柱宽度的留设进行UDEC数值模拟研究,确定煤柱宽度的留设在垂直方向上的应力影响,从而确定煤柱的留设是否合理,结果表明,结合该矿现场地质条件,确定采40 m,留设30 m煤柱比较合理。     

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。     

煤柱宽度对沿空巷道围岩影响分析

为了研究煤柱宽度对沿空巷道围岩的影响作用,以陈四楼煤矿深部沿空送巷为工程背景,采用二维有限差分软件FLAC2D建立二维数值模型对同一开采深度条件下不同护巷煤柱宽度对围岩的影响进行数值计算分析。分析结果表明,随着煤柱宽度的增大,沿空巷道围岩应力逐渐提高,在煤柱宽度较窄时,巷道围岩处于低应力区,当煤柱宽度达到一定程度时,低应力在煤柱中部被分割开,煤柱中部核心区域出现应力增高区。在沿空巷道下帮煤体内、深度大致在6～8m范围内,将会出现垂直应力高峰区。一般最好选择煤柱宽度在2～4m范围内。     

综采工作面沿空掘巷巷道合理布置研究

为了确保沿空留巷巷道稳定性,研究了综采工作面沿空掘巷巷道合理布置,理论分析了沿空掘巷煤柱荷载,介绍了沿空留巷巷道布置原则,采用数值模拟软件,研究了沿空留巷煤柱宽度留设对巷道稳定性影响及巷道沿不同层位掘进时巷道垂直应力、塑性区分布以及巷道围岩变形。研究得出,沿空留巷煤柱宽度留设宽度为20 m,巷道沿顶板掘进更容易支护。     

沿空掘巷窄煤柱合理宽度设计研究

为了研究沿空掘巷窄煤柱合理宽度留设问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,理论计算了窄煤柱的宽度,推导出了窄煤柱留设的合理宽度的计算公式;然后数值模拟了不同宽度的窄煤柱下围岩应力分布规律、窄煤柱水平位移场以及巷道围岩变形量规律,最终确定某煤矿的沿空留巷的窄煤柱留设宽度为5 m。研究为综放开采区段煤柱宽度的确定提供了指导。     

高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度与控制技术

针对高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度留设问题,以羊场湾煤矿为工程背景,建立了综放工作面侧向基本顶破断结构模型,推导出低应力区范围表达式及其影响因素;采用FLAC3D数值模拟软件分析巷道掘进和本工作面回采期间不同煤柱宽度下巷道围岩应力与位移演化特征。研究表明:(1)高强度开采综放工作面因采场尺寸大、推进速度快、断裂步距大,导致内应力场范围亦大于常规工作面。(2)高强度开采综放工作面区段煤柱宽度的确定,应充分考虑多次剧烈采动、基本顶破断、巷道大断面等因素,结合试验工作面地质生产条件确定内应力场范围6.31~7.58 m,合理煤柱宽度为9~14 m。(3)本工作面回采期间,覆岩结构被再次激活,致使围岩变形破坏加剧,煤柱宽度10~14 m时,煤柱具有一定自稳能力并承担较少的顶板载荷,综合考虑各因素确定合理煤柱宽度为10 m。(4)受高强度开采及基本顶破断等因素影响,窄煤柱沿空巷道可能诱发大范围破碎、煤柱帮大变形及顶板不对称下沉等变形破坏,要实现此类巷道围岩稳定性控制应对煤柱帮和顶板重点加固,据此,提出了非对称围岩控制技术,并进行现场应用,巷道控制效果明显。     

基于地应力反演的构造应力区沿空巷道窄煤柱宽度优化研究

基于地应力测量和三维建模技术,对黄岩汇15111工作面褶曲构造应力场进行了反演,研究了构造应力区采空区边缘不同位置处煤层顶板垂直应力的分布特征,不同位置处护巷煤柱上垂直应力、巷道顶板水平应力、以及巷道围岩变形量随煤柱宽度增加而变化的规律,并据此探索了一种确定构造应力区沿空巷道合理窄煤柱宽度方法,确定该构造应力区窄煤柱宽度为6.5 m。研究发现:构造应力区采空区边缘应力集中系数减少量在背斜左翼、向斜右翼中部最为明显;处于背斜左翼、向斜右翼中心对称位置煤柱上垂直应力、巷道顶板水平应力曲线呈“分别相似”特征,且该特征随着煤柱宽度增加而变得明显;构造应力区窄煤柱上垂直应力峰值偏向巷道侧,且垂直应力场随着煤柱宽度增加出现明显的内、外应力场;构造应力对沿空巷道顶板水平应力的分布也有影响,煤柱宽度为4.0~8.0 m时,巷道顶板水平应力自褶曲背向斜交界处向背、向斜轴部呈递减趋势,煤柱宽度为9.0~16.0 m时,呈递增趋势;褶曲对巷道围岩变形量的影响在煤柱宽度较窄时较为明显,在煤柱宽度4.0~10.0 m时,褶曲背、向斜中心对称位置巷道围岩变形量呈“分别相似”特征,煤柱宽度大于10.0 m后褶曲背、向斜中心对称位置巷道围岩变形量变化特征趋于一致。     

冲击矿井沿空掘巷合理护巷煤柱尺寸研究

为解决冲击矿井沿空巷道煤柱合理留设的问题,结合工程实践,基于煤柱宽度对巷道围岩稳定性的影响,采用FLAC数值模拟不同宽度护巷煤柱下围岩支承压力、塑性区的演化,分析煤柱应力场变化趋势。实践表明:深井小煤柱护巷技术能够保证沿空巷道的稳定性,确保安全生产。     

倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度留设研究

针对倾斜煤层半煤岩沿空掘巷围岩产生非对称大变形的难题，以贵州土城矿1509回风巷为例，进行了该类巷道合理煤柱宽度留设研究。基于极限平衡理论建立了倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度计算模型，结合该矿实际生产地质条件计算得出煤柱合理理论宽度为4.68～5.46m|通过数值模拟分析了5种不同宽度煤柱下1509回风巷围岩塑性区分布、应力及位移演化规律，模拟结果表明：当煤柱宽度为5m时，巷道稳定性较好且能保证矿井的回采率。现场试验结果显示，1509回风巷采用留设5m宽煤柱进行掘进护巷后，巷道轮廓相对完整，变形明显减小，围岩完整性较好，有利于提高倾斜煤层半煤岩沿空掘巷的稳定性。     

沿空掘巷小煤柱稳定性分析

文章采用数值计算软件FLAC3D,研究了不同煤柱宽度及锚杆支护强度对沿空留巷侧小煤柱稳定性及掘巷巷道围岩变形的影响,得出煤柱宽度是影响煤柱稳定性与巷道围岩变形的决定性因素,高系统支护强度能有效地控制巷道围岩变形的结论。同时,以朱集矿沿1111(1)工作面轨道平巷为工程背景,得出:煤柱宽度为3m时,煤柱内垂直应力集中系数低,应力集中影响范围小,煤柱与掘巷巷道变形量最小,稳定性最好。在此基础上确立的高强度锚杆支护方案,成功保持了小煤柱的稳定性并控制住掘巷阶段巷道围岩的大变形。     

高应力软岩缓斜煤层沿空掘巷窄煤柱宽度研究

为研究在高应力软岩条件下窄煤柱留设问题,以曙光矿2~#煤层开采为工程背景,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,得出错层位外错式沿空掘巷窄煤柱的确定方法,即从上区段采空区侧向支承应力分布规律、护巷煤柱宽度的理论计算、煤柱垂直应力和煤柱塑性区分布4个方面综合考虑护巷煤柱的宽度。理论计算得出破裂区为3.35 m,塑性区为5.76 m,利用数值模拟得出煤柱合理留设宽度为3.37~5.13 m。通过对不同煤柱宽度下巷道围岩应力分布进行数值分析,结果表明:当煤柱宽度为4 m时,巷道围岩变形小。