塔山矿综放工作面停采线合理煤柱宽度实测

为了掌握综放工作面停采后超前支承压力分布及影响范围,分析研究既能满足巷道维护需要,又尽可能地减小煤柱损失的停采线煤柱宽度,通过在综采放顶煤工作面中间回风巷布置应力观测区和煤体松动范围观测区,动态监测煤柱内应力变化,同时进行了巷道围岩松动范围观测。结果表明:停采线煤柱应力测试中,最大应力读数为3.90 MPa,最小2.50 MPa,煤柱内50~170 m范围内受超前压力影响较小;停采线煤柱可减少到160 m。     

断层影响下巷道变形机理及补强支护技术研究

由于受相邻15206工作面侧向支承压力和构造应力双重影响,15202工作面运输巷掘巷后巷道破坏变形严重,通过理论分析研究了断层影响破碎区巷道破坏机理,通过数值模拟分析了工作面侧向支承压力,同时结合现场采取了具有针对性的补强支护措施。结果表明:相邻15206工作面侧向支承压力峰值达到8. 2MPa,应力集中系数达到1. 52,应力峰值位置距离采空区边缘8m,其中6～18m范围内为应力增高区,受15206工作面采动影响,区段煤柱受到较大的支承压力作用,再加上断层造成煤柱内煤体破碎,强度降低,致使煤柱和煤柱一侧底板发生严重变形破坏。在实施补强支护方案后,15202工作面运输巷可以保持长期稳定的为工作面服务。     

重叠煤柱作用下综放采场围岩应力演化规律研究

针对大同矿区石炭系特厚煤层工作面过上覆侏罗系煤柱时的强矿压显现现象,采用数值模拟和现场实测的方法,对上部重叠煤柱与采动耦合作用下的围岩应力演化规律进行研究。采用UDEC数值计算软件,对重叠煤柱作用下工作面的回采过程进行模拟,结果表明:工作面回采至侏罗系煤柱对应区域时,工作面超前支承压力峰值为32~37 MPa,较非煤柱区域提高了25%~33%;工作面的侧向支承压力与上部侏罗系井田边界煤柱应力相互叠加,工作面的侧向支承压力影响范围约为120 m,5105巷道围岩应力达到了27~32 MPa;邻空巷发生冲击性来压是邻近工作面侧向支承压力,本工作面超前支承压力和重叠煤柱应力传递的耦合作用的结果。利用顶板动态监测系统实时监测支架工作阻力,分析得到:工作面推进至侏罗系采空区对应区域,来压期间的支架工作阻力变大,支架增阻更为频繁,矿压显现强烈。     

常村矿“Z型”煤柱区冲击危险性数值模拟研究

常村矿21132工作面冲击矿压多发生在下巷超前支承压力区和"Z型"煤柱区。研究认为,受外错煤柱产生的高应力影响,下巷冲击次数高于上巷;受外错煤柱产生的高应力与延伸工作面侧向支承压力叠加影响,"Z型"煤柱区冲击频发。数值模拟结果显示,21132下巷接近"Z型"煤柱区时,水平应力由19.5MPa增加到22MPa,垂直应力变为原岩应力的2.5倍,解释了"Z型"煤柱区冲击频发的原因,预示着工作面推进至"Z型"煤柱区附近时冲击危险性将升高。     

特厚煤层综放工作面侧向支承压力分布研究

为解决塔山矿区段煤柱造成资源浪费严重、巷道矿压显现强烈等问题,采用相似模拟的方法对特厚煤层综放工作面回采后侧向支承压力分布特征进行研究,为塔山矿沿空掘巷煤柱留宽度优化设计提供理论依据。结果表明:塔山矿8206工作面煤体侧向支承压力影响范围为60~70 m,其应力降低区范围为11 m,应力峰值为41 MPa,位于煤壁内30 m处,应力集中系数为3.3;侧向支承压力影响范围为60~70 m。相似模拟结果与极限平衡理论计算结果、现场微震监测结果一致,从而得出当煤柱宽度小于6 m时巷道处在应力降低区内,即区间煤柱宽度为6 m。     

工作面过空巷超前支承应力分布与煤柱稳定性研究北大核心

以山西大同某矿北翼采区1303工作面工程地质条件为背景,通过现场调研、实验室测试、理论分析、数值模拟等方法,对1303工作面回采过空巷进行了研究。结果表明:理论计算工作面煤壁超前支承应力影响范围为39.2 m,空巷侧向支承应力影响范围为9.6 m,当煤柱宽度L<48.8 m时支承应力开始出现叠加现象;数值模拟分析得出:当煤柱宽度L从50 m减小至10m时,峰值应力保持持续增加,且在煤柱宽度L=10 m时峰值应力最大,为临界屈服煤柱宽度;当煤柱宽度L<10 m时,煤柱由临界屈服向完全屈服状态转变,且峰值应力向空巷外帮侧转移,需采取补强加固措施来预防煤岩动力灾害的发生。     

煤柱承载、分区及接续工作面基本顶力学模型与计算分析

 论文基于煤柱的承载、分区及其对接续工作面基本顶板的支撑特点展开研究。利用极限平衡理论和克希霍夫定律的基础上,首先给出一侧采空实体煤内支承应力的表达式,结合岩石的全应力-应变曲线对实体煤各区域的划分给出确定准则,并考虑双侧采动条件下留设煤柱尺寸内部存在分区的情况。为了进一步分析不同尺寸煤柱接续工作面支承压力分布规律,采用FLAC3D对5m、20m以及80m护巷煤柱的稳定性及相应接续工作面支承应力分布情况进行计算分析,研究结论表明,接续工作面开采时,5m护巷煤柱完全破坏,接续工作面支承应力峰值点偏向采空区一侧;20m护巷煤柱中部存在弹性区,但处于高应力状态,接续工作面支承应力峰值点偏离采空区;80m护巷煤柱中部仍保持原岩应力状态,接续工作面支承压力分布规律与首采区相同,即中部出现峰值,向两侧呈对称式衰减。因此,最终的研究结果表明,计算接续工作面支承应力分布时,不能忽视与相邻工作面采空区之间所留设的煤柱尺寸因素。     

软厚泥岩顶板回采面侧向支承压力分布规律研究

采用现场实测和数值模拟相结合的方法对某矿W3212工作面回风平巷巷帮煤体中支承压力分布规律进行研究。实测结果分析表明:软厚泥岩顶板工作面巷帮煤体侧向支承压力峰值位置到巷帮的距离比一般工作面小,约为10 m,4.0~16.0 m为应力增高区,17.5~25.5 m范围岩体已进入原岩应力区;数值模拟研究结果表明:巷帮煤体中侧向支承压力峰值达到34.3 MPa,应力集中系数为2.28,峰值处于距离巷帮11 m位置,直接顶和老顶支承压力峰值分别处于距离巷帮13 m和18 m位置。     

大采高短壁工作面超前支承压力分布规律研究

为了掌握晋煤集团赵庄二号井大采高短壁工作面超前支承压力分布规律,以首个大采高工作面1305工作面为工程背景,运用FLAC3D数值模拟和现场实测的研究手段对超前支承压力分布规律进行分析。研究表明:工作面前方塑性区域范围为6.7~12.5m,平均8.9m。工作面超前支承压力影响范围为20~50m。超前支承压力峰值介于24.16~28.48MPa,平均26.44MPa。研究结果为确定合理的护巷煤柱参数及超前支护设计提供参考依据。     

浅埋煤层区段煤柱宽度优化研究

以高家梁煤矿20306工作面地质条件为依托,采用多点位移计、锚杆(索)测力计和钻孔应力计相结合对联络巷及煤柱变形及应力分布规律进行检测,并采用UDEC软件模拟不同区段煤柱宽度时辅运巷变形及应力分布情况。结果表明:20306工作面超前支承压力峰值位置位于前方20~30m,侧向支承压力峰值位置距煤壁约22m,合理的区段煤柱宽度为12m左右。     

大采高工作面合理煤柱尺寸留设研究

针对寺河矿采掘衔接紧张、采区煤柱损失大的问题,通过数值模拟、煤柱受力分析及煤柱强度测试,开展了大采高工作面合理煤柱尺寸留设研究,结果表明:煤柱宽为35 m时,巷道围岩变形量小,受压小,为较合理的煤柱尺寸;对煤柱强度进行测试可得,W13012巷和W13013巷之间煤柱煤体强度值大部分集中在10~20 MPa,煤体强度平均为16.05 MPa,煤体中等硬度,煤柱浅部强度值普遍小于深部强度值;对煤柱受力进行分析,在受超前压力影响期间,距巷道表面较近的煤体逐渐被压裂破坏,而经过煤柱的峰值点后,煤柱在受超前压力期间和滞后压力期间受力基本恒定,煤柱应力只有一个峰值且峰值位置右侧1 m范围内应力均达到自身极大值,说明在此支护强度下此煤柱宽度的4倍宽度是极限的煤柱宽度。     

矿山巷道矿压数值模拟推演及监测技术研究

为进一步掌握矿山窄矿柱沿空掘巷成巷技术,提高资源采出率。针对具体的生产地质条件,通过矿压监测、数值模拟等手段分析了窄矿柱巷道掘进、工作面推进和二次采动窄矿柱支承应力分布特征及影响。结果表明：1)巷道掘进期间,巷道前50 m压力较大,尤其是巷道两帮移近较为明显,两帮最大移近量约200 mm; 2)巷道掘进阶段、采动影响时期,回风顺槽与上运输顺槽之间留设5 m矿柱,形成较大的应力集中,矿柱内最大垂直应力为21.38 MPa,工作面前后方矿壁内的垂直应力约为30 MPa,应力集中系数约为3,影响范围约为84 m,矿柱最大垂直应力为41 MPa; 3)受二次采动影响,矿柱内的应力约为40 MPa,与一次采动相比变化不大,而应力峰值出现在工作面前方的三角区域,最大可达57.4 MPa,表明该区域是工作面回采期间的防治重点。矿压监测与数值模拟结果较为一致,进一步证明了研究结果的可靠性。     

回坡底煤矿工作面运输巷复合型底鼓机理研究

以回坡底煤矿11-1021工作面运输巷为研究对象。利用半平面无限体理论对11-1021巷上方10号煤层孤岛煤柱对底板岩层的应力集中进行了研究。根据11-1021巷底板岩层的实际情况,发现11-1021巷的底鼓类型为挠曲褶皱性+挤压流动性的复合性底鼓,其底鼓机理较为复杂,对11-1021巷的复合型底鼓进行了具体分析。研究结果表明:孤岛煤柱造成的应力集中使得11-1021巷的水平应力达到19.6 MPa,较大的水平应力作用是巷道发生底鼓现象的原因之一。对于11-1021巷直接底的0.8 m铝质泥岩底板,根据压杆稳定理论得到失稳的临界应力为17 MPa,因此直接底会发生失稳鼓起。而对于11-1021巷厚度较大的基本底,利用滑移线理论计算得两帮处的支承压力峰值超过了底板岩层的极限承载力,会产生挤压流动性底鼓。同时,靠近孤岛煤柱一侧的支承压力峰值更大,在底板会形成较大区域的滑移线场,从而使巷道底鼓出现非对称性,并在远离孤岛煤柱一侧的底鼓量更大。     

深部高应力区段煤柱留设合理性及综合卸荷技术

为避免深部矿井高应力煤柱对巷道产生的不利影响,基于塑性滑移场理论、极限平衡理论,结合数值模拟方法,以葫芦素矿井2-1煤首采区为背景,研究区段煤柱集中载荷作用下底板承压破坏范围及其对巷道围岩稳定性的影响程度。结果表明:目前葫芦素2-1煤留设的30 m区段煤柱在侧向支承压力作用下对底板岩层的影响较大,其承压破坏带覆盖整个巷道底板范围,造成巷道底臌严重。为此,提出了“一高一低”的高应力区段煤柱综合卸荷技术,即高位“钻、切、压”一体化技术切断覆岩应力传递,低位煤层小孔径爆破技术释放煤柱内的集聚载荷。现场实验结果表明:卸荷后煤柱内部应力峰值由22.5 MPa降至15.7 MPa,压降明显,巷道变形得到有效控制。     

青洼煤业沿空掘巷小煤柱宽度研究及应用

为了提高沿空掘巷的稳定性,采用FLAC3D分别模拟2203与2205工作面3m、5m、6m、8m煤柱宽度时的沿空巷道垂直应力和塑性区分布规律。当煤柱宽度为5m时,煤柱为垂直应力主要承载,且中间部位将出现小范围的弹性区,此时的煤柱变形最为稳定。采用“十字布点”监测沿空巷道围岩变形量可知,5m煤柱能保证巷道稳定性。     

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。     

煤柱下特厚煤层动压巷道稳定性与控制技术研究

为解决近距离煤层上层煤遗留煤柱对下层煤回采巷道造成的扰动问题,以山西世德孙家沟煤矿13313特厚煤层工作面进风巷为工程背景,从围岩应力、围岩强度与支护方式三个方面结合FLAC3D数值模拟进行了系统研究,结果表明：遗留煤柱下方形成应力集中区,遗留煤柱尺寸越大,下方应力峰值越小,而下层煤巷道与煤柱外错25m时所处应力环境得到极大改善。进一步进行巷道围岩强度原位测试,并确定采用高预应力强力支护技术方案。矿压监测结果显示巷道支护方案合理,能够满足生产要求,解决了该矿煤柱下特厚煤层动压巷道支护技术难题。     

留底煤掘进双巷布置大采高工作面巷间煤柱尺寸优化研究

确定巷间煤柱合理尺寸是保证留底煤掘进双巷布置大采高工作面安全、高产与高效的关键所在。以某矿122106大采高工作面沿底掘进胶运巷和辅运巷之间的护巷煤柱为工程背景,对工作面生产地质条件展开现场调研,同时原位测试巷道围岩地质力学参数。基于上述原始数据理论,估算出煤柱极限强度与合理的煤柱宽度范围,通过数值试验研究手段,分析初步选定宽度煤柱条件下,二次回采阶段巷道围岩及煤柱内部应力、位移和塑性破坏特征。结果表明:煤柱的极限强度为50.48 MPa,合理的煤柱宽度为19.24~29.28 m。煤柱宽度20 m时,煤柱内塑性区是2个独立的区域;当煤柱宽度达到一定程度后,接续面回采对上个工作面侧煤柱应力影响较小,主要是对本侧煤柱影响较大;靠近煤柱侧顶板和帮部变形较大,垂直位移最大值集中在巷道肩角位置,顶板出现不均匀下沉;煤柱核区内垂直应力均小于其极限强度,能保证稳定;煤柱最大垂直应力集中在两侧,靠近采空区的位置,煤柱中部存在较明显的应力下降区域。     

近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值模拟分析

针对西北地区某矿近距离煤层开采分组集中大巷稳定性问题,建立了近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值计算模型,分析了近距离煤层开采后顶板位移、顶板应力、围岩应力演化规律、锚杆（索）预应力场以及裂隙场演化规律。结果表明：（1）近距离煤层开采之后,大巷煤柱两侧的顶板发生断裂垮落,距离大巷煤柱越远,顶板下沉量越大;(2)随着近距离煤层开采,大巷之间保护煤柱的集中应力逐渐消失,工作面两侧大巷保护煤柱中出现10 MPa的应力集中现象,应力降低区范围大大增加,应力转移到左右工作面大巷保护煤柱中;（3）随着煤层开采,大巷围岩在地应力场与锚杆（索）预应力场的叠加场影响最小主应力的压应力逐渐增加,并在巷道周围形成了一个闭合连续的压应力带,其范围不断增大,最小主应力值逐渐减小,且下层煤的开采使上层煤的大巷锚杆（索）所受的力增加;（5）下层煤的开采使得上层煤两侧工作面大巷保护煤柱的剪切破坏带深度增加,最大破坏深度增加14 m,下层煤的大巷只在两帮出现深度为2 m的剪切破坏区,而两侧工作面的大巷保护煤柱出现10 m的剪切破坏。     

厚层膨胀型泥岩顶板巷道沿空煤柱合理留设分析

针对王家岭煤矿厚层膨胀型泥岩顶板巷道沿空掘巷小煤柱尺寸确定中存在的问题,采用理论分析、数值模拟分析等方法进行研究。理论计算表明,采空区边界煤体与采空区中基本顶的断裂位置之间距离为10.47 m;数值模拟计算发现,采空区煤体垂直应力集中系数最大可达到2.0,在距侧向煤壁5.5~10.5 m范围内,垂直应力值达14.58 MPa;考虑到工作面煤层强度较低,并且顶板为厚层膨胀型泥岩,综合确定工作面留设5 m煤柱。结果不仅能够优化工作面支承应力分布,减小沿空掘巷围岩支护难度,还能提高煤炭开采量,减少资源浪费。