高地应压力下沿空掘巷窄煤柱留设分析及其控制技术

为研究高地应压力下沿空掘巷窄煤柱合理尺寸并开展有效支护设计,以甘肃魏家地煤矿1302工作面为研究对象,利用物理模拟手段,分析该工作面不同煤柱尺寸时的应力分布规律,确定合理窄煤柱尺寸,并结合现场矿压观测及理论分析,探究回采巷道围岩应力分布特征,提出支护方式。试验结果表明:该工作面井巷来压显现较剧烈,沿空掘巷煤柱尺寸设为6.5 m,采用预应力全长树脂锚固锚杆加强巷内支护,并提出设计参数及围岩控制对策。     

窄煤柱护巷巷道锚杆支护参数优化研究

针对窄煤柱护巷巷道合理的煤柱尺寸和锚杆支护参数设计难以确定的问题,以棋盘井矿0913工作面为研究对象,采用UDEC数值模拟和现场实测的综合研究方法,分析了煤柱宽度和锚杆间排距对巷道围岩应力分布及变形规律的影响,确定了窄煤柱合理尺寸为5.0 m;优化了锚杆的支护参数:锚杆长度2.4 m,锚杆排距0.8 m,顶锚杆间距0.8 m,帮锚杆间距0.9 m;成功指导了现场工程实践,有效控制了窄煤柱巷道的围岩变形,保障了巷道的使用安全。     

回收残留煤柱巷道布置方式与控制技术研究

采用理论分析、数值计算与现场工业性试验等综合研究手段,基于对残留煤柱内支承应力分布规律的分析,确定了采空区边缘煤体应力降低区的范围为0~5m,通过对不同护巷煤柱宽度下窄煤柱应力分布规律与变形特征的数值分析,合理确定护巷煤柱宽度为4m;并针对性提出沿空掘巷围岩控制对策:高强度高预应力锚杆(索)联合支护;水力膨胀锚杆全长锚固加固窄煤柱帮,确定了试验巷道围岩控制技术与参数,成功应用于现场工业性试验,围岩控制效果显著。     

综采工作面区段窄煤柱尺寸研究

以莒山矿f3202工作面回风巷道为工程背景,通过理论分析和数值模拟对区段煤柱进行了系统的研究:首先通过理论分析确定区段煤柱的最小宽度为5.73 m;其次通过数值模拟分别研究了煤柱宽度为4 m、6 m、8m、10 m条件下煤柱应力分布规律及巷道围岩变形规律。最后结合理论分析及数值模拟研究结果,确定窄煤柱尺寸为8 m。     

迎采动面沿空掘巷围岩变形规律及控制技术

为解决迎采对掘窄煤柱护巷围岩变形大、支护困难的问题,以高平七一煤业9104工作面运输巷为例,采用现场调研、数值模拟和工业性试验相结合的方法,对迎采对掘期间巷道围岩变形规律、煤柱尺寸及相应支护参数的确定进行了研究。结果表明:随着煤柱宽度的增加,巷道围岩变形量及煤柱内的应力分布特征呈现出明显的差异性,并基于此确定了七一煤业9104工作面运输巷合理煤柱宽度为5 m;迎采对掘动压巷道围岩位移调整过程主要集中在掘进工作面和临近回采工作面相遇前方20 m至后方100 m处,此阶段的巷道变形量约占总变形量的70.5%左右。工业性试验研究表明:5 m窄煤柱护巷及优化后的支护参数,能够有效控制巷道围岩变形,基本保证了巷道在其服务年限内的正常使用。     

大煤柱内沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定

大煤柱内沿空掘巷是基于工作面双U型巷道布置方式提出的一种新技术,本文针对其具体生产地质条件,运用极限平衡理论、数值分析和现场实践相结合的方法,得出大煤柱内沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定方法,即从上区段采空区侧向支承应力分布规律和煤柱应力分布、巷道围岩应力分布、巷道围岩塑性区分布、巷道围岩变形与煤柱宽度的关系及窄煤柱宽度的极限平衡理论计算6个方面综合考虑窄煤柱的宽度,最终确定窄煤柱宽度为5 m,并深度分析了本区段工作面回采对窄煤柱和宽煤柱围岩应力分布规律的影响。     

基于FLAC~(3D)模拟的沿空掘巷煤柱留设尺寸研究

针对某矿在倾斜中厚煤层条件下煤柱留设尺寸过宽、煤柱内部应力集中严重的问题,采用理论分析和数值模拟两种方法进行巷道窄煤柱留设尺寸的研究。首先对覆岩关键块结构参数进行分析,确定了基本顶沿工作面推进方向断裂长度L1=6. 12m,沿侧向断裂跨度L2=7. 05m,基本顶断裂位置L0=20. 16m,并进一步确定了断裂线位于实体煤上方;然后对窄煤柱留设尺寸进行理论分析,获得窄煤柱留设理论宽度范围6. 1～7. 4m;再制定煤柱模拟方案,利用FLAC~(3D)软件基于垂直应力、位移和塑性区等因素进行窄煤柱尺寸方案的模拟;综合研究结果确定合理窄煤柱宽度为7m;最后确定在巷道实际支护阻力条件下,覆岩关键块大结构能保持较好的稳定。通过窄煤柱留设尺寸研究,不仅改善了巷道围岩应力环境,而且提高了矿井资源回收率,增加了经济效益。     

采空区残留煤柱内巷道布置与围岩控制技术

以俄霍布拉克煤矿18m残留煤柱内巷道布置为研究背景，综合运用现场实测、理论分析和数值模拟等方法，研究了采空区残留煤柱的应力环境和变形状态，分析了不同宽度窄煤柱条件下煤柱垂直应力分布、变形机理及塑性分布状态，综合确定了采空区残留煤柱内巷道布置的窄煤柱宽度为4.0m。在此基础上，提出了残留煤柱内巷道围岩控制原则和技术，并进行了工业性试验，试验巷道实际维护效果良好。     

千米深井综放工作面小煤柱护巷参数设计

针对千米深井强矿压煤层条件巷道支护难题,以新河煤矿3#煤层综放工作面开采实践为基础,模拟分析了宽度为5 m的小煤柱沿空掘巷侧向支承压力及煤柱应力分布规律,分析计算了合理的巷道断面尺寸及支护参数,进行了工作面超前支承压力及小煤柱应力分布规律的现场监测分析。研究结果表明:沿空巷道掘进后小煤柱应力分布呈现两侧压力降低、中间压力增高的趋势,工作面超前支承压力峰值位于工作面前方约20 m处,采空区侧超前支护范围应大于30 m,确定沿空巷道断面尺寸为4.5 m×3.8 m,小煤柱留设尺寸、巷道断面及支护参数满足巷道围岩控制要求。     

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。     

倾斜厚煤层沿空梯形巷道煤柱合理宽度研究

为了探究倾斜煤层沿空巷道合理煤柱宽度留设,采用理论分析、数值模拟和工业性试验相结合的方式开展研究。结果表明:通过建立沿空巷道基本顶力学模型,推导出倾斜煤层内应力场影响范围为12.2~12.8 m;数值模拟不同煤柱宽度下巷道围岩偏应力分布特征,最终确定合理窄煤柱宽度为10 m;继而提出顶板预应力锚杆+高强度单体锚索+桁架锚索支护耦合作用下的非对称围岩控制技术,现场矿压观测结果表明巷道围岩稳定性良好。     

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,通过采用理论计算、现场实测与数值模拟相结合的方法,对区段煤柱应力分布特征展开研究。结果表明：引用内应力场理论求得区段煤柱侧内应力场宽度为8.35m;基于现场实测结果分析得出内应力场分布范围约距采空区0-7m;运用FLAC3D软件对留设不同窄煤柱尺寸下区段煤柱内应力分布、巷道围岩变形特征展开深度研究,得出区段煤柱内合理窄煤柱尺寸的确定方法;最终结合该矿实际情况确定窄煤柱留设合理尺寸为5m。     

综放工作面沿空掘巷区段煤柱合理尺寸探索

以金达矿4203综放工作面回风顺槽护巷煤柱为研究对象,对合理的煤柱尺寸进行了探索研究.首先在分析实际开采地质条件的基础上,通过极限平衡理论分析得出采空区侧向塑性屈服区宽度为2.42 m,进而得出区段煤柱最小尺寸为4.82 m;其次通过数值模拟研究了不同尺寸区段煤柱应力分布规律和巷道围岩变形规律,综合确定区段煤柱尺寸为8 m.实践表明煤柱尺寸设计合理,沿空巷道围岩变形相对较小,可以满足安全生产要求.     

沿空掘巷窄煤柱宽度确定

沿空掘巷是我国煤矿回采巷道布置和维护的一种技术。本文针对具体生产地质条件,运用极限平衡理论、数值分析和现场工业性试验相结合的方法,通过应力场分析,得出：煤宽为3~5m时,垂直应力分布近似呈钝角三角形;煤宽为5~8m时,垂直应力分布近似呈锐角三角形;煤宽为8~10 m时,垂直应力分布近似呈梯形。通过位移场分析,得出煤柱向巷道内位移普遍大于向采空区侧位移,且随着煤柱宽度增大向巷道内位移增大,向采空区侧位移相对影响较小。最后得出沿空掘巷窄煤柱宽度的确定方法,即从上区段采空区侧向支承应力分布规律和应力场分布、位移场分布、巷道围岩变形与煤柱宽度的关系及窄煤柱宽度的极限平衡理论计算5个方面综合考虑窄煤柱的宽度,最终确定窄煤柱宽度为5m。现场工业性试验表明,沿空掘巷巷道变形大、破坏严重的现状得以改善。     

孤岛工作面沿空掘巷合理煤柱宽度设计

阳煤寺家庄矿15106工作面两侧15104和15108工作面已经采空,成为孤岛工作面。为确定合理的煤柱宽度,通过现场采集煤岩样测试煤层和顶底板的力学参数,运用FLAC3D软件,对15106孤岛煤柱未开掘之前的应力分布特征、不同煤柱宽度条件下巷道掘进期间煤柱内的应力分布和巷道围岩变形特征进行研究。结果表明,孤岛煤柱在未开掘之前,煤柱内应力呈"马鞍形"分布,距采空区边缘0~10 m范围内为应力降低区,峰值位置距采空区边界25 m,将巷道布置在应力降低区内,煤柱宽度确定为7 m。经过现场试验,顶底板平均移近量为72 mm,两帮平均移近量为251 mm,效果良好。     

顶板未稳定情况下沿空掘巷区段窄煤柱宽度研究

以皖北钱营孜煤矿W3214工作面运输平巷为例,通过现场实测、理论计算和数值模拟计算对顶板未稳定的情况下沿空掘巷区段煤柱合理宽度进行研究,为该矿W3214工作面设计合理窄煤柱宽度。通过理论计算和运用UDEC4.0软件,对不同煤柱宽度下巷道变形破坏规律的数值模拟,两者相结合确定最佳合理的窄煤柱宽度方案。模拟4种不同宽度煤柱时的垂直位移量和水平位移量,经比较分析,最终确定沿空掘巷区段窄煤柱的合理尺寸宽度为5 m。数据表明,遇到窄煤柱情形下,沿空掘巷的巷道掘进区段仅使煤巷围岩产生小范围的应力重新分布,但不会使围岩发生大范围的变化。     

孤岛工作面窄煤柱布置与支护研究

针对孤岛工作面回采巷道的布置与支护问题,采用数值分析软件对回采巷道不同窄煤柱宽度进行分析,发现回采巷道布置以后煤柱内应力场重新调整,应力峰值由煤柱中央转移至两侧,煤柱应力分布由钟形演变为驼峰状,应力集中系数有所降低。当窄煤柱为4 m时,巷道稳定性明显好于3 m窄煤柱,大于4 m后窄煤柱应力又有所升高,选择孤岛工作面回采巷道的窄煤柱宽度为4 m较为合理。根据回采巷道所处围岩环境,确定了锚网支护参数,监测结果发现巷道可两个月之内进入稳定控制状态,控制效果良好。     

沿空掘巷合理煤柱宽度及支护技术研究

沿空掘巷中,窄煤柱对其所处巷道围岩附近的稳定至关重要,可使沿空掘巷在应力降低区进行掘进。以新景矿为工程背景,采用FLAC~(3D)建立数值计算模型,提出了7种不同煤柱宽度,对沿空掘巷围岩集中应力和塑性区分布规律以及巷道变形进行了对比分析,确定了留设煤柱宽度为8 m。现场实践表明:巷道掘进采用该煤柱宽度之后,取得良好的施工效果,验证了参数设计的合理性。     

倾斜中厚煤层错层位外错式巷道布置及相邻巷道联合支护技术

基于倾斜中厚煤层沿空掘巷与支护技术展开研究。首先通过构建力学模型,依据基本顶最大弯矩确定基本顶的断裂位置及断裂形式,计算得在距离煤柱帮17.57 m处基本顶达到弯矩最大值23.02 MN·m,并进一步确定断裂线位于实体煤上方;结合"内外应力场"理论,确定在当前覆岩力学环境下"内应力场"范围为15.89 m;综合考虑煤柱的空间关系,分析巷道围岩煤柱尺寸,确定窄煤柱水平错距为7.37 m,竖直错距为2.40 m;综合以上分析确定区段煤柱留设尺寸范围为7～12 m,通过FLAC~(3D)数值模拟软件对不同煤柱尺寸的应力场、塑性区分布进行计算分析,对掘进和回采两个阶段下不同煤柱尺寸条件下稳定性进行研究和验证,最终确定窄煤柱的合理宽度为8 m。然后根据倾斜中厚煤层错层位外错式巷道布置形式所具有的立体化空间形式,提出错层位外错式区段间相邻巷道联合支护技术并对其技术特点进行理论分析;基于围岩松动圈支护理论,通过计算确定区段间相邻巷道联合支护参数并利用FLAC~(3D)数值模拟软件对区段间相邻巷道联合支护方案和矿方原支护方案进行模拟,分别从支护应力场、塑性区分布和围岩相对变形率3方面对掘巷和回采阶段下两支护方案的效果进行验证,最终结果表明区段间相邻巷道联合支护方案相对于矿方原始支护方案,更有利于巷道围岩的变形控制。     

平煤十三矿沿空掘巷窄煤柱留设及支护技术应用实践

窄煤柱留设尺寸及围岩支护控制关乎沿空掘巷的成功与否,也是煤矿安全生产的关注重点。为摸清沿空掘巷煤柱留设尺寸与围岩运动特征之间的规律,设计合理的支护参数,以平煤十三矿现场实际需求出发,采用数值模拟的手段模拟分析了不同煤柱尺寸下围岩运动特征,结合理论计算确定了沿空掘巷窄煤柱合理留设尺寸,设计了动压巷道支护参数,并模拟分析了巷道支护控制效果,最后将设计的围岩控制方案进行了现场应用及围岩观测。研究结果表明:平煤十三矿工况条件下沿空掘巷窄煤柱留设尺寸为5m时,巷道断面收缩率最小;提出的组合支护方案参数设计合理可行,现场观测受采动影响巷道断面收缩率控制在15%以内,围岩控制效果较好。研究成果能够为类似工况条件下煤矿工程施工提供可鉴经验。