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。     

叠合采动下围岩破坏区非均匀扩展机理及巷道稳定控制

为揭示叠合采动影响下围岩的变形破坏特征,以羊场湾矿160206工作面为工程背景,通过现场监测、理论分析计算、数值模拟和现场工程试验的综合研究方法,研究叠合采动应力场下回风巷围岩的应力场演化规律和塑性区形态分布特征,揭示煤层巷道在叠合采动影响下的非均匀扩展机理。结果表明：上下区段的叠加采动影响导致160206工作面前方回风巷处于高偏应力环境,这是造成回风巷发生非对称破坏的主控因素;叠合采动巷道在高偏应力作用下塑性区呈蝶形形态,且蝶叶向采空区一侧偏转,围岩塑性区形态呈煤壁帮顶板及煤柱帮底板破坏范围大的非均匀扩展特征。据此,提出采用非对称长短锚杆索协调加强支护、超前单元支架及钻孔卸压的联合支护技术,在叠合采动影响区域进行工业性试验,取得良好的效果。     

近断层煤柱巷道围岩变形机理及控制研究

以红岭煤矿近断层煤柱巷道为研究背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等手段,分析了采动影响下断层破碎带围岩应力分布规律,揭示了近断层煤柱巷道围岩应力分布演化规律及变形机理,开发了相应的巷道围岩控制技术。     

高瓦斯多巷系统回采巷道布置方法研究

为了解决高瓦斯煤层两进两回通风方法中外圈巷道维护困难的问题,综合应用理论分析、数值模拟和现场实测等方法研究分析了：① 巷道群及煤柱在掘巷、一侧采动、两侧采动后围岩应力演化规律和巷道变形特征;② 煤柱宽度对巷道围岩稳定的影响规律。揭示了在两侧采动条件下、煤柱内巷道及煤柱本身变形稳定机理,提出了一种高瓦斯、厚煤层两进两回回采工作面接续的巷道布置新方法,即：第1个工作面外圈巷道作第2个工作面内圈巷道使用,采用宽煤柱护巷;第1个工作面回采稳定后,在区段宽煤柱内沿采空区边缘布置第2个工作面瓦排巷,采用小煤柱护巷;新布置方法缩短了工作面外圈巷道的服务年限,显著改善了巷道围岩应力环境和维护状况,提高了资源回收率和巷道系统可靠性。现场应用效果表明,新的布置方法有效控制了两侧采动支承压力作用下煤柱内巷道围岩变形。     

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。     

深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定

针对深部煤层群沿空掘巷具体生产地质条件,采用理论分析、数值计算及现场试验相结合的方法,得出深部煤层群沿空掘巷护巷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、巷道围岩变形与煤柱宽度的关系及护巷煤柱宽度的理论计算5个方面综合考虑护巷煤柱的宽度,尤其充分考虑了下层煤回采对上层煤沿空掘巷护巷煤柱宽度大小留设的影响。现场试验结果表明：该方法确定的煤柱宽度科学、可靠,为深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定提供了科学依据,改善了深部巷道维护困难的局面和提高了煤炭资源采出率。     

深部倾斜煤层沿空掘巷围岩变形特征与控制技术研究

通过对深部倾斜煤层沿空掘巷掘、采两阶段围岩应力场与位移场的分析,揭示了该类巷道围岩非对称大变形特征：窄煤柱帮与底板变形量远大于实煤体帮及顶板,巷道整体断面收敛率大。产生该变形破坏特征的原因：1)巷道埋深大,围岩处于较高的应力环境中;2)护巷煤柱宽度及支护阻力过小,使其过早进入残余承载阶段;3)无支护底板作为变形破坏能量主要释放通道,加剧了巷道顶帮围岩整体下沉。通过对不同宽度护巷煤柱方案的数值模拟,合理确定了试验巷道护巷煤柱宽度及试验巷道支护技术与参数。工程实践表明,采用新支护技术后,巷道窄煤柱与底板非对称变形大变形得到了有效控制,保持了巷道长期稳定。     

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。     

楔形护巷煤柱沿空巷道矿压显现规律研究

基于百善煤矿北大巷煤柱孤岛工作面现场具体地质条件及生产情况,通过采用FLAC3D数值模拟软件对楔形护巷煤柱沿空掘巷回采巷道受工作面超前支承应力影响过程中巷道围岩变形规律进行了分析研究。研究结果表明不同护巷煤柱宽度下巷道围岩应力分布差异较大,最终导致巷道变形有较大的不同,针对这种差异,提出在同一条巷道内不同区段采用相对应的支护方式及加固措施才能保证工作面的正常回采。     

浅埋深坚硬厚顶板动压巷道采动应力演化规律研究

针对浅埋深坚硬厚顶板条件下巷道矿压显现强烈的问题,采用多种现场实测数据研究了工作面回采前后全周期采动应力的演化规律以及巷道围岩变形破坏演化特征。结果表明,工作面回采前后全周期采动应力演化规律表现出显著的阶段性变化特征,超前阶段采动影响较小,滞后阶段矿压显现强烈,煤柱帮下部锚杆受力最显著,最大增幅达17.3kN。采动应力逐渐向辅运巷方向转移,煤柱峰值应力最终稳定在10.4MPa。滞后工作面距离大于405.6m时随顶板岩层运动趋于稳定,采动应力变化也逐渐稳定。结合辅运巷在采动应力作用下的变形特征,提出了薄弱环节加强支护的控制思路,制定了合理的巷道支护对策,以期为类似条件的动压巷道围岩控制提供一定指导。     

深部动压巷道非对称变形力学机制及控制对策

为解决深部动压巷道支护的技术难题,以鹤煤九矿东总回风巷为研究背景,针对东总回风巷非对称变形量大且难支护的问题,采用现场调研、工程地质分析、物理相似模拟和现场试验相结合的方法,对巷道变形破坏机理和控制对策进行了研究。研究结果表明:巷道变形破坏受围岩岩性、构造应力、采动应力、重力、地质构造等多种因素影响,其变形力学机制确定为IABIIABDIIIABC型;采动应力造成巷道围岩应力场的大小和方向发生了改变,是巷道产生非对称变形的主要因素。通过选取针对性的控制对策将复合型变形力学机制转化为单一型,提出了"锚网索喷+底角锚杆+全断面注浆+反底拱"非对称耦合控制对策,并在现场进行了应用。相似模拟和现场监测结果显示:该控制对策有效控制了围岩非对称变形,现场应用效果良好。     

深井大断面双巷布置回采巷道破坏机制及控制技术

为解决深井大断面双巷布置回采巷道二次采动期间围岩控制问题,以刘庄矿6203工作面回风巷为工程背景,根据现场实际观测情况分析了巷道变形特征,即回采期间巷道变形表现为底鼓量大于顶板下沉,煤柱帮变形远大于实体煤帮的非对称形态,巷道底板及煤柱帮围岩变形最严重。在此基础上分析了护巷煤柱、围岩应力、围岩强度、支护形式对巷道底鼓的影响,认为护巷煤柱尺寸过小,支护参数不合理是导致巷道破坏变形的主要原因。提出了改变护巷煤柱尺寸、优化巷道支护参数、局部注浆和留设卸压槽的底鼓控制技术。通过工程实践表明,新的支护方案使巷道围岩得到了有效控制,具有良好的安全技术经济效益。     

不同煤柱尺寸条件下采动巷道层状底板稳定性分析与控制对策

煤柱尺寸对采动巷道层状底板的应力环境造成显著影响,以梅花井矿辅助运输巷为工程背景,综合采用现场调研、理论分析、数值计算和现场试验等研究方法,分析不同应力环境下层状底板的稳定性,并基于具体的工程实例提出针对性的控制对策。研究表明：在采动应力场的影响下,辅助运输巷两侧底板的应力环境存在差异,应力环境的差异性造成巷道两侧底板变形破坏的差异性。以横观各向同性体表征底板的层状特性,建立巷道底板力学计算模型,推导获得采动影响下底板任一点的应力表达式,得到煤柱的尺寸效应对底板应力环境的影响。基于摩尔-库仑准则构造层状底板破坏判据,获得不同煤柱尺寸条件下底板的破坏形态。窄小煤柱条件下,层状底板赋存于非对称应力环境,其破坏形态呈非对称马鞍形分布。煤柱尺寸增大到一定程度后,底板两侧围岩应力的差异性减小,底板破坏形态逐渐呈对称式分布。为了实现回采巷道围岩的精细化控制,支护方案应能够适应围岩应力环境的变化。根据煤柱尺寸的不同,基于围岩控制对策,提出差异化支护与对称式支护相结合的巷道围岩控制技术。数值计算和现场工程应用的结果表明,支护系统能够很好地适应围岩不同的应力环境,与围岩形成协同承载体系,支护效果良好。     

煤柱宽度对综放工作面巷道位移的影响规律

应用现场实测和计算机数值模拟(FLAC3D)方法,研究调整并分析了不同煤柱宽度条件下,综放回采巷道围岩位移分布特征及其变化规律.研究结果表明,护巷煤柱的宽度不同,综放工作面巷道位移变形有很大差异,巷道围岩移动具有明显的采动影响近场效应;在一定的护巷煤柱宽度范围内,并非煤柱越宽越稳定,或在极窄小煤柱护巷条件下,将巷道布置在采空区边缘低应力区就有利于维护;合理的支护方式应能控制巷道呆动影响剧烈阶段的围岩变形,支护设计应从载荷控制向变形控制转变.     

大采高工作面小煤柱留设及巷道支护技术研究

针对大采高综采工作面护巷煤柱留设造成煤炭资源损失的问题,以长平矿大采高综采工作面为研究对象,分析了护巷煤柱的应力分布规律,揭示了小煤柱护巷原理,设计了6 m小煤柱的配套巷道支护方案,并进行现场实测。实践表明:在工作面采动之前,矿井巷道顶底板的变形量基本小于10 mm,在工作面采动过程中,巷道顶底板的最大位移量为450 mm,监测数据表明,小煤柱护巷以及配套的巷道支护方案是可行的。     

煤柱尺寸优化与高预应力锚杆锚索支护研究与应用

以干河矿2-100B1巷煤柱尺寸为研究对象,采用理论分析和数值模拟方法对煤柱合理尺寸及高预应力锚杆锚索围岩控制技术进行研究,根据应力分布情况,结合现场实际条件,确定煤柱宽度为10 m。以现有巷道支护理论为基础、数值模拟分析结果为指导,制定了高预应力锚杆锚索支护方案与支护参数并进行试验,试验结果表明:高预应力锚杆锚索支护技术对采动影响区巷道围岩变形控制效果较好,提高了干河矿煤炭资源采出率,为矿井今后小煤柱护巷的使用提供依据。     

长岭一号煤矿采动巷道变形规律分析

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,甚至会引发顶板事故。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,采用现场监测的方法,分析了采动巷道围岩变形特征。结果表明：在采动影响下,巷道围岩变形呈非均匀性,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。     

窄煤柱巷道围岩控制技术研究

窄煤柱可提高煤炭采收率、提高矿井经济效益。但由于煤柱留设宽度小、在邻近采面采空区侧向压力以及本采面采动压力作用下容易出现巷道围岩变形量过大的问题,围岩控制难度高。5303回风巷采用8 m窄煤柱护巷,针对巷道围岩受力、围岩特征及变形特点,提出综合使用锚网索喷方式支护围岩,采用注浆对窄煤柱进行加固,通过水力压裂以及底板卸压槽方式降低顶板压力及围岩应力影响。现场应用后,5303回风巷围岩变形量整体较小,窄煤柱保持稳定,采用的支护措施可满足回风巷使用需求。     

深埋倾斜特厚煤层窄煤柱护巷机理与围岩控制

我国中东部地区采深大、巷道变形和冲击风险大,窄煤柱沿空掘巷技术可改善巷道围岩环境。为掌握窄煤柱护巷机理并形成针对性围岩控制技术体系,以800 m埋深倾斜特厚煤层3 m窄煤柱沿空掘巷为背景,开展了理论分析、现场实测及数值模拟研究,结果表明：(1)该巷围岩破碎程度及变形煤柱侧比实体煤侧严重,煤柱破碎程度及变形采空区侧比巷道侧大,尽管埋深大,但已稳定采空区承担较大覆岩载荷,高应力已充分向深部岩体分流;(2)巷道变形非对称,实体煤侧顶板下沉量比煤柱侧大,巷帮以浅部变形为主,煤柱帮上部和实体煤帮中部变形较大;(3)采空区是掘巷卸荷后主要的形变通道,利于形变能向采空区缓释、降低冲击风险;(4)卸压区形状由掘巷前三角形扩展为掘巷后平行四边形,掘巷后应力集中区转移至实体煤帮右上方实体煤岩体中;(5)窄煤柱一次和二次剪切破坏的交界面及掘巷右上方实体高应力区为围岩关键控制区,据此提出基于煤柱多重塑性破坏区发育规律的煤柱加固和高应力区精准卸压联合的围岩控制技术体系。研究可为邻近工作面以及其他类似深埋倾斜特厚煤层开采提供理论支撑和科学依据。     

近距离煤层回采巷道非对称破坏机理及其控制

近距离煤层开采时,上位煤层的遗留煤柱集中应力会对下位煤层邻近采空区的巷道掘进产生扰动影响。针对下峪口煤矿3#_下煤层回采巷道掘进时产生的非对称变形破坏及支护困难等问题,结合现场地质条件,采用力学分析、数值模拟和现场试验的方法,探究23306_下进风巷掘进期间产生的非对称变形机理,并提出合理的巷道支护参数及工艺,改善了巷道围岩条件。研究结果表明：上位煤层遗留煤柱及本煤层邻近采空区的存在导致巷道围岩主应力方向及大小发生变化,而非均匀的应力分布致使巷道围岩塑性区呈现蝶形破坏,巷道顶板水平应力变化幅度大、剪切应力大,造成巷道顶板极度破碎,顶板至上覆采空区间全为塑性区分布,顶板两侧应力及塑性区的差异性分布是造成巷道非对称变形的主要原因;数值模拟得到煤柱内X-Y,X-Z,Z-Z方向的应力受本煤层邻近采空区的影响较大,巷道两侧应力大小不等,致使巷道产生非对称变形;根据巷道围岩的受力状态、工作面地质条件及支护成本,优化了巷道支护参数,现场应用效果良好。