极近距离下煤层巷道布置方案数值模拟研究

针对极近距离下煤层3种巷道布置位置,分别为内错5.5 m、重叠布置和外错5.5 m(以顺槽边缘到煤柱边缘为错距),采用FLAC~(3D)数值模拟的方法分析了当4203顺槽开挖时的巷道围岩变形量以及当4~(-2)煤开采时的顺槽围岩垂直应力、巷道围岩变形量和巷道超前影响范围。     

近距离下部煤层回采巷道合理位置确定

为研究燕子山矿近距离下部煤层回采巷道的布置,通过理论计算对上部4号煤层4216、4218双侧采空遗留区段煤柱建立力学模型,明晰遗留区段煤柱主应力差在其底板的传递规律;应用FLAC3D数值软件模拟上部区段遗留煤柱在底板不同深度垂直应力、水平应力及主应力差的分布特征,分析了主应力差与应力降低区因素对巷道合理内错距离的影响。结果表明,巷道应布置于低主应力差环境,避开主应力差峰值区域,下煤层水平距离上部煤柱边缘30 m位置时,垂直应力接近原岩应力,平均主应力差值小于1.24 MPa,且主应力差变化率较低;最终确定下煤层工作面回采巷道采用内错30 m布置。现场实践证明,在该错距下巷道围岩变形较小,能够保证矿井安全、高效生产。     

采空区下极近距离煤层回采巷道合理位置的研究

采用数值模拟和场论分析的方法研究了嘉乐泉8#煤采空区下极近距离9#煤层回采巷道合理位置的选择问题,结果表明:8#煤残留煤柱支承压力使底板岩层中应力非均匀分布,其垂直应力σz的非均匀分布是巷道围岩的稳定性的主要影响因素;回采巷道应布置在采空区下垂直应力σz的应力降低区,以及巷道受力均衡区;嘉乐泉9#煤回采巷道布置在距8#煤残留煤柱边缘水平距离15 m的采空区下,经嘉乐泉煤矿9101工作面的回采实践证明了巷道布置的合理性。     

浅埋煤层群开采工作面合理布置方式研究

根据神府矿区主采煤层开采实际情况,采用物理相似模拟和数值模拟实验,分析了浅埋煤层群开采煤柱下方的覆岩垮落规律、支架受力分析、应力传递特征及煤柱合理错距对地表的影响。综合得出了2~(-2)煤与3~(-1)煤区段煤柱的最小错距为50 m,并运用理论计算,确定了同采工作面初采阶段的合理错距应大于131.4 m,正常回采期间大于79.1 m。依据研究结论,建立2~(-2)煤与3~(-1)煤联合开采的工作面布置方式模型。     

复杂特厚煤层综放工作面煤柱应力分布规律研究

为了掌握塔山煤矿3-5号煤层综放面煤柱应力分布及巷道变形规律,在深入调研目前煤柱压力显现情况的基础上,通过在2个综采放顶煤工作面回风巷布置应力观测区,在测区内安装GYW25型钻孔应力传感器和KJ216-F2本安型监测分站,动态监测煤柱内应力变化,同时进行了巷道围岩变形观测。观测分析结果表明:在8208工作面回采期间,煤柱应力波动较大,峰值位置位于距8210工作面一侧25 m,距8208工作面一侧13 m附近;在留设38 m区段煤柱的情况下,8208工作面前方100 m范围内回风巷顶底板累计移近量达到1 000~1 400 mm,两帮达到600~1 000 mm;在回采与掘巷相向施工条件下,38 m煤柱是安全的、合理的;从8210工作面回风巷煤柱应力峰值位置分析,可以将煤柱减小到30~35 m。     

极近距离下位煤层回采巷道合理布置及围岩控制技术研究

针对极近距离煤层回采巷道维护困难的问题,结合山西登茂通矿具体地质条件,采用理论计算和UDEC数值模拟相结合的方法,研究了3106工作面回采巷道合理布置及围岩控制,2~#煤残留煤柱下方11m范围内底板应力呈不均匀分布特征,受剧烈的非均布荷载影响下位煤层巷道顶板和巷帮易发生局部过度承载而破坏;距残留煤柱边缘15m范围内的巷道变形破坏具有显著差异性,距残留煤柱中心越近,巷道围岩破坏越严重,稳定性越差,极近距离下位煤层回采巷道布置应避开应力增高区和高水平应力的应力降低区;合适的锚杆(索)支护结构可有效抑制围岩损伤裂隙的增加并使围岩趋于稳定。3106工作面回采巷道实践表明:回采巷道布置在距残留煤柱边缘15m处并采用高强度锚杆(索)关键部位协同支护方案,可减小残留煤柱底板应力影响,有利于保持巷道围岩整体稳定性。     

某矿近距煤层回采巷道围岩控制研究

为研究某矿近距煤层回采巷道围岩控制方法,针对某矿近距煤层遗留煤柱下伏的2~#煤回采巷道围岩变形大、难控制等特点,通过理论计算和数值模拟,研究了1~#煤回采后的遗留煤柱对其下伏煤岩体的应力影响范围,确立了遗留煤柱下伏2~#煤层回采巷道合理布设位置,优化了巷道支护方案,并对优化前后的现场监测数据进行了分析。研究结果表明:①煤层遗留煤柱向下伏煤岩层传递的应力以煤柱中心线为中心呈对称分布,由浅至深,传导应力逐渐降低,且随着应力衰减速度变缓,衰减范围逐渐增加;②在下伏煤层中布置巷道时,应尽量将巷道布置在遗留煤柱扰动应力影响范围外;③巷道围岩支护方案应综合煤岩力学性质和围岩应力环境来制定。     

上覆区段煤柱下回采巷道合理煤柱宽度研究

针对补连塔煤矿1^-2煤层遗留煤柱下22305工作面开采时造成相邻工作面煤柱巷道变形破坏等难题,根据煤层开采条件,采用理论分析、数值模拟、现场实践等手段对上覆遗留区段煤柱下回采巷道的合理煤柱宽度进行了研究。结果表明：遗留煤柱下底板应力环境特征的改变和下层煤层采动影响的共同作用造成相邻工作面煤柱巷道的变形破坏;对煤柱底板应力传递规律进行分析,得出回采巷道的布置与遗留煤柱的的最小水平距离为28.6m;数值模拟结果表明,遗留煤柱下存在应力增高区,煤柱两侧边缘处的应力高于原岩应力,表明遗留煤柱的影响范围远大于其煤柱宽度;下层煤开采后打破原遗留煤柱的应力影响区域,但对相邻回采巷道的冲击影响巨大,最后确定合理的煤柱宽度为30m时能最大限度节省煤炭资源和维护回采巷道的稳定。     

极近距离煤层同采工作面顺槽外错布置合理位置研究

以层间距平均为5.32 m的9#、10#近距离煤层为研究对象,通过理论计算和数值模拟,对上煤层回采形成的侧向支承应力在底板煤岩层中的传递与分布规律及其对下部煤层应力分布的影响进行了分析,确定下煤层工作面顺槽外错式布置时,应布置在实体煤侧距上部煤层侧向煤壁水平距离10 m以外。并根据对现场实测数据的分析,确定这种布置方式在回采过程中可以保证巷道稳定性。     

基于半平面体理论的煤柱底板应力传递规律

为了对煤柱底板应力传递规律进行深入研究,根据弹塑性力学中半平面体理论,建立了煤柱底板传递力学模型,结合应力叠加原理得到煤柱底板应力分布计算公式,并利用Math CAD得到了煤柱底板的垂直应力和水平应力云图。以大同矿区侏罗系煤层为例,分析了不同类型煤柱底板的垂直应力和水平应力的分布特征。分析得到:煤柱的垂直应力的应力量值和影响范围最大,在应力传递的过程中起到了主导作用;边界煤柱底板的垂直应力集中区影响深度范围最大,大区段煤柱(20 m)次之,小区段煤柱(10 m)最小。对煤柱的不同布置方式的底板垂直应力进行了分析,煤柱重叠布置使得底板应力集中区的深度和范围增加。以大同侏罗系煤层群开采为实例,重叠煤柱综合作用下,3-5#煤垂直应力为12.4~17.3 MPa,较无煤柱条件下提高了1.3~6.2MPa。在125~280 m对应的区域垂直应力升高明显,建议3-5#煤层工作面回采巷道布置尽量避开该区域。