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。     

基于底鼓控制的软岩回采巷道合理护巷煤柱宽度研究

针对敏东一矿I0116306工作面回风顺槽在留设30 m保护煤柱宽度下,巷道底鼓剧烈的问题,采用现场监测、理论分析、数值模拟等研究方法,建立了朗肯土压力理论巷道底鼓力学模型,研究了巷道底板破坏深度的影响因素及不同煤柱宽度影响下煤柱的垂直应力分布和巷道底板塑性区分布形态。结果表明：煤柱内垂直应力集中系数是导致巷道底鼓的主要因素。当煤柱宽度较小时,煤柱发生失稳破坏,巷道底板发生大面积塑性破坏,最大破坏深度出现在靠近煤柱侧;煤柱宽度过大时,煤柱内垂直应力集中系数降低,煤柱内塑性区基本不再变化,巷道底板塑性区靠近煤柱侧有增大趋势。综合考虑资源回采率及巷道底板变形破坏规律,最终确定敏东一矿软岩巷道保护煤柱合理宽度为20 m。     

大倾角中厚煤层采区巷道围岩稳定性分析

在高地应力和采动影响下,大倾角煤层采区巷道矿压显现突出,存在顶板垮落、片帮、底鼓、支架弯曲大变形、锚杆拉断等现象。以石洞沟煤矿31321、31325工作面运输巷为研究对象,现场监测了巷道围岩完整性、塑性区、松动圈、变形量,理论估算了巷道的变形量,研究得出：采区巷道松动区、塑性区范围为2.5 m;巷道在采动影响下侧帮及顶板均属于Ⅲ类中松动圈一般围岩,未受采动影响下巷道侧帮及顶板均属于Ⅱ类中松动圈较稳定围岩,采动形成的煤壁前方支承压力降低了围岩的等级;巷道开挖后改变了原岩应力场,围岩产生变形,变形可分为3个阶段,2个月左右逐渐趋于稳定,且可理论计算巷道的变形量。     

采动剧烈垮冒煤巷的支承压力分布规律研究

针对阳煤集团新元公司采动剧烈的垮冒煤巷普遍存在顶板严重下沉、巷帮严重臌帮和巷道底鼓等问题,对煤柱支承压力进行了现场实测和计算机三维数值模拟,分析研究采动剧烈影响下的煤巷支承压力分布规律,得出应力集中系数平均值达3.2及煤巷支承压力的分布范围,从而为采动剧烈垮冒煤巷的支护方案设计提供科学依据。     

深井直角梯形回采巷道变形破坏规律与控制技术

深井倾斜煤层巷道沿顶板掘进形成的断面为直角梯形,针对该类巷道回采过程中的围岩非对称变形和控制问题,以74104工作面直角梯形巷道为工程背景,采用现场实测、理论分析和数值模拟的方法对深井采动影响下直角梯形巷道的变形破坏规律与控制技术进行研究。研究表明：非对称变形破坏主要表现在高低帮变形非对称、高低帮煤壁上下部变形破坏非对称和顶底板变形沿巷道中线非对称3方面,直角梯形巷道的典型破坏方式为高帮上部滑移;采动导致的非对称应力是巷道非对称变形的直接原因,A区(高帮侧采空+低帮侧采动)直角梯形巷道高低帮应力差异可达18.59 MPa,高低帮应力差异与巷道非对称变形呈正相关;直角梯形巷道顶板最大下沉位置向高帮侧偏移,底板最大底鼓位置向低帮侧偏移,高帮变形量显著大于低帮,变形控制重点为高帮侧煤柱;提出“联合支护+高帮补强+低帮卸压”的巷道围岩控制方法满足安全生产要求,现场应用效果较好。     

重复采动下顶板含水巷道顶底板变形机理及控制

针对内蒙古巴彦高勒煤矿重复采动下影响顶板含水层回风巷道顶底板变形较大的问题,采用现场实测及理论分析方法,通过分析巷道围岩松动圈的成因及影响因素,对巷道顶底板变形较大的机理及控制措施进行了研究。结果表明:初次采动影响时,支承压力主要作用于护巷煤柱,巷道顶板松动圈范围较小,护巷煤柱应力在巷道底板释放导致局部的底鼓现象,但巷道顶底板整体变形不明显;重复采动影响时,巷道顶板承受支承压力较大、两帮应力在底板释放,顶底板松动圈范围扩大,顶板松动圈发育至含水层后,顶板水弱化顶底板煤岩体强度,导致顶底板松动圈进一步增大,巷道顶底板变形较大;提出了相应的巷道变形控制措施,在现场应用效果显著。     

采动影响下工作面巷道变形破坏机理研究

研究了采动影响下巷道变形破坏的特征,并分析了采动影响下巷道变形破坏的机理。结果表明:采动影响下巷道变形破坏以底鼓和片帮为主要破坏形式,其破坏机理为采场支承压力通过煤柱向底板施加的附加力引起底板挠曲断裂和两帮煤体的剪切破坏,两帮的变形破坏加剧了底板的破坏程度和范围,最后两者不断发展直到平衡。     

急倾斜特厚煤层水平分段综放采动应力分布规律研究

为了研究急倾斜特厚煤层采动应力的分布规律,采用FLAC3D与现场实际观测的方法对阿刀亥煤矿急倾斜特厚煤层水平分段综放开采条件下的水平应力、垂直应力、剪应力的分布情况进行了模拟和实际观测。模拟结果表明:工作面超前支承压力影响范围小,但侧向支承压力影响非常显著;工作面两巷附近有明显的应力集中现象;底板巷承载的应力弱于顶板巷,但相对位移却高于顶板巷。现场实测结果表明:底板巷的变形以底鼓和顶板下沉为主,顶板巷则以帮鼓和巷道整体变形为主;急倾斜煤层水平分层开采上层采动对下方工作面影响明显,超前显著影响距离约为30m。     

特厚煤层区段合理煤柱宽度留设研究

肖家洼煤矿211304工作面材料顺槽受邻近综放工作面高强度采动影响,巷道矿压显现剧烈,20 m区段煤柱宽度下动压巷道围岩控制困难,严重制约安全高效开采。利用FLAC3D数值模拟软件分析211304工作面采动周边支承压力分布及5种不同区段保护煤柱的围岩应力和位移演变规律,得出合理煤柱宽度为30 m,并在211305工作面进行工业实践。现场矿压观测211305材料顺槽底鼓量最大为165 mm,顶板下沉量最大为55 mm,两帮移近量最大为110 mm,经受过211304工作面回采影响后,巷道变形量较小,有效地控制了巷道围岩变形。     

综采工作面软岩煤巷围岩变形原理及控制技术

为解决察哈素煤矿软岩煤巷受采动影响产生的围岩变形和支护困难问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析多次采动影响下巷道片帮和底鼓机理,得出护巷煤柱合理留设宽度,并在原支护方案的基础上设计31采区巷道改进支护方案。研究结果表明:该矿巷道底板为膨胀-挠曲复合型底鼓,煤柱片帮主要受煤柱尺寸影响。加大煤柱留设宽度至25 m可有效降低煤柱内侧向应力峰值和底板底鼓变形,减轻煤巷片帮;采用"补打底角锚杆+增加两帮支护密度+增加锚杆(索)长度"综合补强措施,可增强煤柱自承力和控制底鼓变形,有效控制现场围岩变形和破坏。     

综放工作面煤柱巷道软岩底板非对称底臌机理与控制

针对综放工作面煤柱巷道非对称底臌剧烈、支护维护困难、起底工程量大等难题,以大南湖一矿综放工作面煤柱巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验等综合研究方法,分析了煤柱巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。结果表明:煤柱巷道底板强度低下以及在采动影响下围岩应力环境出现非均匀现象,进而导致巷道底板塑性区出现非均匀分布,是造成非对称底臌的内在原因;底臌变形规律监测结果显示,非对称底臌程度与放煤厚度有内在联系,放煤厚度在5.9 m范围内,放煤厚度越大,基本顶岩层破断偏转角度亦越大,巷道围岩周边主应力比值、主应力旋转角度等参数越大,底板塑性破坏引起的非对称底臌变形越剧烈;底板最大塑性破坏深度位置随着主应力方向旋转角度的增加,逐渐向巷道中部位置移动,导致底臌变形最大位置分布不同,同时,煤柱巷道的这种底臌变形可控性较差,现有技术条件下企图采用高强支护是不可行的,控制上应以适应底臌变形为主;然而,当放煤厚度超过5. 9 m,基本顶岩层有沿煤柱边缘失稳切落的可能,巷道围岩应力环境趋于原岩应力状态,巷道围岩塑性区分布范围大幅降低,底臌变形较小。据此,以巷道非对称底臌规律为依据,提出了以调整采掘关系、优化巷道底臌硬化方案为主的底臌控制对策,现场应用效果良好,底臌变形量有效减少的同时,巷道底臌处理工作量亦大幅降低。     

新峪矿采空区下近距离巷道矿压特征研究

为研究采空区下近距离巷道的矿压特征,通过现场围岩变形监测分析了回采期间巷道的围岩变形规律,采用数值模拟的方法研究了巷道围岩应力的变化规律。 结果表明:巷道的竖向收敛量是两帮收敛量的2.02~3.09倍;距工作面10m的范围内,是采动影响的剧烈区,两帮在此区域受到的影响更为显著;巷道靠煤柱一侧围岩,竖向应力均呈现出一直增长的趋势,采空区的出现破坏了其下方围岩应力变化曲线的指数函数分布形式;上层采空导致了下层工作面的顶板不完整,支承压力作用明显减弱,影响范围仅为5~10m,相比常规类型巷道,影响范围大大缩小;由于上层煤柱侧向支承压力的存在,帮部岩体易因受压膨胀而破坏,引起顶板整体下沉,采空区渗水会加剧铝质泥岩的底板隆起。     

软岩巷道底鼓变形防治技术研究

针对回坡底煤矿1021巷道巷道受煤柱应力传递影响出现底鼓现象等问题,采用现场实测手段研究了围岩应力,得到靠煤柱侧的底板围岩中产生了较大的应力集中现象,导致围岩变形量较大;并针对性采取了一侧巷道布置卸压孔、另一侧布置加固孔的底鼓防治措施;通过现场应用,得到当巷道受到采动影响时,防治段巷道与未经过底鼓防治处理段巷道相比底板变形量较小。     

基于滑移线场理论的巷道底鼓机理与防治技术研究

基于滑移线场理论对巷道底板岩层建立滑移线场模型,以山西焦煤回坡底煤矿1021巷为工程背景,研究了巷道非对称性底鼓机理,并提出了合理的底鼓防治技术.研究结果表明,巷道底板滑移线应力场中存在均匀应力场与非均匀应力场,从两帮往巷道中心线处,底板应力逐渐减小;底板滑移线主动区速度垂直向下,过渡区受主动区挤压而发生旋转并挤压被动...     

复杂应力下巷道底鼓控制关键技术研究

针对回坡底煤矿1021软岩巷道底板变形失稳问题,旨在研究其底鼓变形机理,并提出合理的底鼓控制方案。采用了理论分析、现场监测、数值模拟、井下应用等研究手段,详细研究了巷道底板围岩非对称受力分布状态、底鼓非对称变形分布状态及底鼓控制技术。研究结果表明:1021巷道处于上部采空区遗留煤柱底板破坏范围内,距离煤柱远的一侧位移速度更快;底板围岩受力非对称性,导致非对称性变形,巷道底板近煤柱侧水平变形量为近胶带侧1.2倍,近胶带侧底板垂直变形量为近煤柱侧的1.5倍;靠近煤柱侧采用卸压法改善应力环境,近胶带侧采用加固法控制围岩变形,因此提出了卸压孔和加固孔相结合的底鼓控制方案,并确定了相关孔位的具体技术参数。将该方案应用于井下巷道现场,防治段底板变形量与未防治段相比大幅减小,20 d后变形趋于稳定,底鼓控制效果显著。     

大倾角煤层多重扰动煤巷围岩应力分布规律

基于山西大远煤业有限公司1202工作面运输平巷大倾角煤层赋存条件,采用理论分析和数值仿真的综合研究方法,研究巷道在采空区侧向支承压力与超前支承压力叠加作用下的应力分布规律,并基于应力分析结果,提出合理的区段煤柱宽度。研究显示：在叠加压力作用强烈影响下,巷道围岩应力呈非对称分布特征,帮部集中应力与煤层底板侧向支承压力峰值影响范围贯通;侧向支承压力成为导致工作面超前支承压力非对称分布的主要因素,两者产生强烈应力叠加效应,形成典型多重扰动叠加应力环境;从减小巷道围岩应力非对称程度出发,并考虑煤柱与顶板和底板岩层的滑移破坏,建议山西大远煤业有限公司大倾角煤层区段煤柱宽度取值范围为6-12 m。     

采空区下回采巷道非对称变形研究

针对采空区下回采巷道变形破坏严重难以支护且具有明显非对称特征的现象,运用理论分析和数值模拟等方法,结合具体的工程实践,建立了区段煤柱力学模型,研究了煤柱支承压力作用下底板岩层应力分布规律,分析了10-1051巷道非对称受力和变形破坏特征,并对巷道支护结构进行了优化,有效控制了巷道的变形,为采空区下非对称变形巷道的支护提供了理论指导,对非对称变形巷道围岩控制具有重要的现实和理论指导意义。     

回坡底煤矿回采巷道非对称底鼓机理及防治措施

以回坡底煤矿为工程背景,通过理论分析、数值模拟及现场实测研究了孤岛煤柱下回采巷道的非对称变形机理,提出了相应的底鼓防治措施。研究结果表明:孤岛煤柱下方岩体存在分区破坏特征且以剪切破坏为主,而采空区下方岩体以拉伸破坏为主,岩体破坏形态呈倒梯形;11-1021巷道位于剪切破坏和拉破坏岩体的交界处,导致巷道两侧围岩的破坏程度和破坏特征不同,从而巷道表现出非对称变形特征,1021巷道靠近煤柱侧围岩内应力较大,变形量较小,而靠近采空侧围岩的应力小,底鼓量大。基于巷道两侧围岩的应力和变形分布特征,提出了一种基于让抗结合的底鼓防治技术并进行现场验证,结果表明:当巷道不受采动影响时,经底鼓防治措施处理的区域底鼓量大幅减小,并且随时间增长底鼓速度趋于稳定;当巷道受采动影响时,经防治措施处理区域底鼓量减小近1/2,满足生产要求。     

基于FLAC3D的沿空留巷巷道底板变形规律分析

为了研究沿空留巷巷道底板变形规律,理论计算了沿空留巷底板变形,主要包括弹塑性变形产生的底鼓量、扩容产生的底鼓量、流变产生的底鼓量以及遇水产生的底鼓量;然后采用FLAC^3D数值模拟软件,分析了不同采动位置处沿空留巷底板的应力分布、沿空留巷巷道塑性区变形规律。采用"十"字交叉法对一次回采前超前影响期巷道围岩变形情况进行了分析。