特厚煤层巷道顶板破坏特征的数值模拟研究

为研究采空区遗留煤柱下特厚煤层软弱顶板回采巷道围岩变形特征,采用FLAC^(3D)有限差分程序系统分析了无支护条件下巷道围岩的变形破坏特征。研究结果表明:特厚煤层回采巷道首先在拱肩及两侧顶角产生剪切破坏,且随时间变化顶板岩层发生明显离层,塑性破坏区范围逐渐向深部扩展,巷道顶板整体变形严重。现场生产时,应加强回采巷道支护系统应力位移的监测监控,避免围岩的过度变形破坏,且巷道支护时应坚持高强恒阻让压互补的支护原则。     

采空区影响下穿层巷道变形特征及支护技术研究北大核心

针对梁北矿在采空区下近距离掘进-550 m水平东翼开拓巷道围岩不易稳定的问题,采用数值模拟方法分析了相邻2个不同时间开采的工作面形成的采空区和煤柱对开拓巷道附近围岩的应力分布规律和变形特征;并基于多层次耦合承载结构的支护原理,给出了相应的变形控制对策和支护方案,在现场进行了应用。研究结果表明:随着工作面的推进,采空区底板岩层原岩应力恢复区由采空区中部向四周扩散,塑性破坏区呈“倒马鞍”状分布;穿层巷道受邻近未稳定采空区垮落岩层逐步压实扰动过程产生的应力和煤柱应力集中产生的影响,塑性破坏区呈非对称分布。基于巷道围岩破坏形成破碎区、塑性区和弹性区的分区特征,提出充分利用内外承载体形成多层次耦合承载结构的支护对策;采用“高强锚网索+浅深部围岩分次注浆+喷浆”多层次耦合控制技术,在现场取得了良好的应用效果。     

保护煤柱下近距离煤层巷道稳定性分析

为研究保护煤柱下近距离煤层巷道的稳定性,控制巷道围岩变形,结合沙坪煤矿1808工作面辅运顺槽实际情况,应用理论分析、数值模拟和现场勘查相结合的方法,分析了巷道应力分布特征、上位煤层开采后回采空间的应力分布特点及采空区积水对巷道的影响。结果表明:1808工作面辅运顺槽靠近煤柱中心一侧顶板垂直应力是采空区侧的1.67倍;上位煤层开采后煤柱上的集中应力是采空区的1.23倍;采空区内淋涌水降低了泥岩顶板强度、岩体的整体强度及支护系统锚固力,对安全生产构成了威胁。     

对采对掘巷道围岩变形特征及围岩控制研究

针对井下对采对掘过程中巷道不同阶段围岩塑性区扩张引起的变形与支护问题,以斜沟煤矿23108材料巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测的手段,研究该巷道全生命周期内塑性区的变形特征及变形原因。结果表明：巷道掘进接近、进入叠加动压掘巷阶段(掘至60 m左右),巷道两帮由对称变形转向非对称变形,且顶板、两帮塑性区域面积显著超过底板,巷道掘进至70 m、80 m时出现扩容现象;巷道掘进至沿稳定采空区掘巷阶段,两帮变形逐渐向顶板边角移动;巷道掘进与工作面回采过程中,23108材料巷围岩非均匀劣化,巷道偏应力导致应力分布局部集中。基于巷道出现的扩容变形问题,在原支护方案基础上加强支护,现场试验结果表明加强支护方案满足矿井生产要求。     

煤峪口矿邻近采空区巷道非对称差异性支护技术应用

为实现邻近采空区巷道围岩的稳定控制,以煤峪口矿8701工作面5701巷为工程背景,通过FLAC数值模拟软件分析,确定5701巷留设25 m宽护巷煤柱。5701巷顶板赋存普氏系数18以上的互层结构,承载性能较好,因此,设计提出邻近采空区巷道非对称差异性支护技术。模拟分析了对称支护和非对称支护时巷道围岩应力演化与塑性区分布：非对称支护技术下巷道围岩侧应力集中范围相比于对称支护下较小,围岩应力集中区域在巷帮2～3 m范围;采用非对称支护时煤柱帮塑性区范围在3～6 m,采用对称支护时范围在5～8 m,因此非对称支护技术控制效果相对更好。5701巷在掘巷90 d后,巷道顶板、煤柱帮、实煤体帮移近量稳定在182、161、122 mm左右,实现了巷道稳定控制。     

煤层群错位工作面煤柱应力集中区巷道围岩控制技术研究

为获取煤层群错位布置工作面煤柱应力集中区巷道发生大变形的机制，采用数值计算及现场实测的方法对巷道围岩受力特征及破坏规律进行了研究。研究结果表明，煤层群上组煤层煤柱集中应力与下组煤层31112工作面回采后的侧向支承压力叠加导致巷道受力大幅增加，原有支护强度不足导致巷道发生大变形；分析了叠加应力大幅增加的主要原因是错位工作面上组煤层传递的集中应力来源于采区边界煤柱，而边界煤柱向下传导应力影响范围较区段间煤柱大，且衰减慢，同时侧向支承压力叠加下加剧了巷道围岩受力的不平衡性，巷道围岩在邻近采空区的副帮侧及副帮顶板破坏范围较大，造成了巷道的局部失稳进而形成大变形。依据实测的破坏范围对原有支护方案进行修正，设计了补强支护方案，现场实测表明补强支护后巷道变形显著减小。     

近距离煤层下煤层回采巷道支护设计

贵州某矿6#煤层和5#煤层为近距离煤层,下煤层回采巷道的支护问题一直是影响整个回采工作的重要因素,针对该矿下煤层回采巷道的支护问题,采用钻孔窥视仪对下煤层回采巷道的围岩结构进行了全断面探测,分析了巷道围岩破坏特征;在此基础上,结合FLAC3D数值模拟软件,研究了上煤层残留煤柱底板应力分布特征,分析了上煤层遗留煤柱集中应力对下煤层回采巷道围岩稳定性的影响,并根据下煤层回采巷道围岩受力和变形特征,提出了非对称支护设计方案,现场监测数据表明该非对称支护方案能够较好的控制巷道围岩变形。     

近距离煤层巷道掘进管控措施

近距离煤层掘进,下位煤层开采前巷道顶板受上部采动影响而产生损伤,上覆采空区垮落矸石和遗留煤柱造成的应力传递不均匀,围岩性质比较复杂。为解决四台矿5733工作面近距离煤层巷道支护难度大的问题,采用"锚杆+短锚索"以锚杆支护为主的巷道支护方案。结果表明,巷道顶板下沉量和两帮位移量均在控制范围内,保证了近距离煤层采空区下巷道的稳定性。     

受上覆采空区影响的巷道群稳定性控制研究

近距煤层下行开采中,因受上层煤采空区及煤柱的影响,下层煤巷道的应力环境及围岩破坏机理均发生复杂变化。采用理论分析、数值模拟与工程应用的综合方法,研究下层煤应力分布规律、巷道群的变形破坏机制及稳定性控制对策。研究表明:受上覆采空区释压作用影响,其下方巷道围岩应力集中较小、巷道较为稳定;受煤柱压力传递影响,煤柱下巷道围岩垂直应力急剧升高,应力集中系数达3.84,巷道两帮及肩部大范围压剪破坏,最终导致巷道整体失稳;煤柱下高应力区巷道宜采用拱形断面,增加支护强度与锚固预应力,顶板锚索(杆)向巷道两肩角倾斜布置,使支护体系与围岩塑性破坏区相互耦合并得到共同强化。在支护优化后巷道顶板下沉量减小42.8%,锚杆、锚索实测工作载荷分布合理,实现了对煤柱下近距煤层巷道的安全有效控制。     

石炭井二矿倾斜煤层巷道支护技术研究

针对倾斜煤层巷道围岩应力分布复杂多变、常规支护方案效果欠佳的问题,结合石炭井二矿具体工程背景,采用理论分析、数值模拟以及现场监测的手段,对倾斜煤层直角梯形巷道支护技术进行了系统研究。研究结果表明:倾斜煤层直角梯形巷道顶底板竖向应力向低帮侧偏斜,水平应力在巷道尖角处集中,在顶板两侧尖角处表现得尤为突出。根据这种特征提出了具有针对性的非对称支护方案,并进行了数值模拟分析,支护后围岩应力非对称分布特征得到明显改善,变形量大大减小。现场实施监测表明该方案能有效控制倾斜煤层直角梯形巷道的非对称变形破坏,根据巷道围岩应力非对称分布规律提出针对性的支护方案对倾斜煤层巷道围岩稳定性控制具有重要作用。     

极近距离下煤层回采巷道支护技术研究

为了解决极近距离下煤层顶板受上煤层开采挤压破坏、回采巷道支护难度大的问题,采用数值模拟的方法,分析了下煤层受上煤层采动影响后围岩应力分布情况,掘进和回采期间回采巷道在采空区、煤柱下方及超前工作面区域的架棚受力情况,合理确定了架棚支护参数及加强支护的具体范围,巷道围岩变形符合设计要求,棚腿未出现弯曲现象。     

通合煤业邻近空巷段巷道锚网索柱联合支护技术应用

为实现邻近空巷段巷道围岩的稳定控制,以通合煤业2号煤层运输大巷为工程背景,采用数值模拟、现场试验的方法,分析了试验巷道变形破坏特征原因,认为邻近空巷产生次生应力与巷道掘进后围岩重新分布的应力二次叠加,导致巷道顶板应力显著增加,原支护不足以控制巷道顶板变形,从而导致巷道出现严重变形现象.基于此,开发了邻近空巷段巷道锚网索...     

近距离煤层开采巷道布置合理性分析北大核心

以界沟煤矿8220工作面机巷为研究对象,针对7220工作面回采造成8220机巷顶板不稳定的情况,运用极限平衡理论和弹性力学理论对煤柱一侧塑性区宽度和上位煤层底板应力分布规律进行研究。结果表明,7#煤煤柱一侧塑性区宽度x0为21.1 m,上位煤层开采后,原岩应力平衡状态被打破,在煤壁附近区域出现了应力集中区和卸压区。底板最大破坏深度hmax为15.91m,由塑性区宽度得出煤层底板最大破坏深度与煤壁的水平距离为7.41 m,采空区底板破坏区沿水平方向的最大距离为84.3 m。根据7#煤层采空区左侧煤壁与8#煤层回采巷道顶板中心线的相对位置不同,提出4套布置方案,通过综合分析,当煤壁与回采巷道顶板中心线距离为22 m时,回采巷道受力较小且均匀,塑性区分布不大,围岩变形量也很小,为最佳布置方案。     

迎采动面沿空掘巷围岩变形规律及控制技术

迎采动面沿空掘巷经历邻近工作面侧向基本顶断裂、转动及稳定的全过程动压影响后,巷道围岩将产生大变形、维护困难.采用理论分析、数值计算和现场试验研究迎采动面沿空掘巷围岩变形规律和控制技术,得到该类巷道受邻近工作面采动影响后围岩呈现非对称变形,窄煤柱和顶板变形剧烈,提出提高窄煤柱和顶板支护强度使围岩形成有效承载体是保持迎采动面沿空掘巷整体稳定的关键,据此提出了合理的围岩控制技术:1)合理确定窄煤柱宽度,使邻近工作面采动影响稳定后巷道处于应力降低区;2)高强度大延伸率锚杆控制围岩变形;3)加强窄煤柱、顶板支护,提高关键部位承载能力.棋盘井煤矿工程实践表明,该技术有效控制了该类巷道围岩变形量,取得了良好效果.     

近距离煤层下位煤层巷道内外错布置及应力分布规律研究

针对近距离煤层开采过程中下位煤层回采巷道受上位煤层开采影响煤柱应力集中、巷道支护困难等问题,以山西焦煤集团西铭矿８＃ 煤和９＃ 煤两层近距离煤层为研究对象,通过对比内错布置与外错布置的优缺点,提出了一种内外错相结合的回采巷道布置方式,并分析了煤柱宽度和巷道偏移距离对煤柱下巷道围岩变形的影响.研究结果表明:内外错相结合的巷道布置方式减小了巷道变形量,保证下位煤层安全高效开采;随上位煤层煤柱宽度增加,煤柱下巷道围岩变形量逐渐减小,结合现场工况计算得到煤柱宽度以４０m 为宜;位于上位煤层煤柱下方的巷道围岩应力呈不对称分布,巷道的合理位置位于煤柱正下方左偏２m 处,此时巷道顶板及两帮的应力分布基本对称.研究结果能够为近距离煤层下位煤层的巷道布置提供参考依据.     

无煤柱开采围岩控制技术及应用

为了研究窄煤柱沿空掘巷非对称支护下围岩变形与应力分布特征, 采用理论分析方法, 研究窄煤柱沿空巷道对称支护与非对称支护力学机理; 基于马道头煤矿现场工程实践, 采用数值模拟与工程效验方法, 研究非对称支护下巷道围岩力学特征与稳定性。理论分析结果表明, 非对称支护可有效降低巷道顶板弯矩, 减小巷道顶底板与两帮变形量。模拟结果表明, 煤柱内部压应力增高区与弹性核区保障了煤柱承载性能。现场实测结果表明, 采用“锚索+槽型钢”非对称支护, 巷道顶板、窄煤柱侧巷帮与实体煤侧巷帮最大变形量分别为100、79、62 mm, 巷道松动圈与裂隙发育处于中等水平。

     

近距离下位煤层面矿压显现规律数值模拟研究

针对木瓜煤矿面临着近距离下位煤层安全开采的难题,本文采用UDEC数值模拟方法,分析了近距离上位煤层(9煤)开采后采空区及遗留煤柱应力分布规律,确定了下位煤层(10煤)开切眼的合理布置位置,并进一步对10煤开采过程中垂直应力、顶板垮落及塑性区分布规律进行模拟,从而得出了10煤层工作面开采过程中矿压显现规律,为10煤工作面开采巷道布置及支护方案提供依据。     

遗留煤柱扰动下服务巷道变形破坏机理及防冲技术

针对大面积遗留煤柱下伏煤层开采时出现的应力集中、巷道围岩变形、冲击破坏及支护困难等问题,采用理论分析和数值模拟对河北某矿上覆5煤层遗留煤柱扰动下8、9煤层应力分布规律及下伏巷道开挖稳定性进行了对比分析。研究表明：遗留煤柱承载上覆载荷后应力根据煤柱宽度由中部向两侧依次呈现出“双峰形”、“马鞍形”、“梯形”及“单峰形”分布形态,且在不规则部分应力集中程度更高,对底板煤层的扰动范围影响较大;遗留煤柱应力峰值最大值52MPa,应力传递至下伏煤层达到44 MPa,为原始应力的2.2倍,服务巷道开挖后应力为37 MPa,是原始应力1.8倍,增加了巷道围岩破坏程度和冲击地压危险性。通过加强支护和巷道围岩卸压等方式对遗留煤柱下伏服务巷道进行围岩控制,以保证残留煤柱内服务巷道的安全稳定运行。     

特厚煤层综放开采邻空巷道围岩控制技术研究

为解决灵东煤矿特厚煤层综放开采巷道剧烈变形的问题,采用钻孔应力监测系统对煤柱内围岩应力分布状态进行了实测分析,并以邻空巷道围岩变形特征为基础,分析了特厚煤层综放开采巷道剧烈变形的影响因素,确定了以应力环境优化+支护强化为原则的特厚煤层综放开采邻空巷道围岩控制技术。研究结果表明巷道布置位置、巷道掘进时机、围岩支护强度及支护质量为邻空巷道围岩控制的关键影响因素。为有效控制邻空巷道围岩剧烈变形,需将巷道布置在应力降低区,区段煤柱合理宽度应为8~9.5 m;巷道应在采空区侧向顶板活动稳定后方可进行掘进;加强巷帮围岩支护。     

沿空巷道围岩控制技术相似模拟研究

为研究沿空巷道锚杆(索)联合支护效果,结合红岭煤矿15141工作面上巷的现场实际情况,对该巷道围岩稳定性进行了相似模拟试验研究。结果表明,沿空巷道的煤层底板竖向应力呈现非对称双峰分布,其中煤柱区域集中应力较大;采空区及巷道顶底板竖向应力较低、顶板下沉量和底板鼓起量较大;锚杆索联合支护技术可起到锚固围岩的作用,巷道总体变形量小,且可承载超前支承压力作用。研究结论对沿空煤层巷道支护实践有指导意义。