回坡底煤矿10#煤复采工作面顶板控制技术研究与应用

由于回坡底煤矿五采区10#煤层受过去小窑破坏性开采其上分层影响,导致现复采工作面再生顶板破碎,控制难度较大。本文采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,对复采工作面煤柱及空巷稳定性进行了研究,研究表明,煤柱稳定性与其宽度呈正相关,空巷稳定性与其跨度呈正相关,采用优化顶板控制技术可保证工作面在通过煤柱及空巷时围岩变形量控制在较小范围之内。     

解放层下工作面开采边界煤柱优化

针对某矿一采区煤层解放层下工作面在相邻采空区条件下开采的问题,采用UDEC数值模拟软件对下分层工作面内错、外错或平齐上分层煤层煤柱一定水平距离时巷道顶底板和两帮变形量进行研究,优化下分层煤层边界煤柱,使下分层工作面巷道受上方煤柱影响程度达到最小。研究表明,当下分层工作面开采边界煤柱内错上分层10~30 m(即开采工作面煤柱宽85~105m)时,工作面巷道顶底板和两帮变形量较大,巷道变形严重,在该地质条件下,工作面开采边界煤柱宽度以10~30 m为宜。     

极近距离煤层外错式布置合理煤柱布置研究

近距离煤层群开采过程中,下组煤回采巷道受上组煤层采动影响,巷道维护困难。针对山西河东煤田近距离煤层"分层同采"采用外措式布置条件下的护巷煤柱尺寸,采用FLAC3D数值软件进行了模拟分析研究。研究结果表明:12#煤巷道合理外错距离为不低于6m,当12#煤工作面回风、运输顺槽宽度为5m、12#煤煤柱宽度为12m的情况下,11#煤煤柱宽度应不小于34m。     

置换条带开采中充填体强度分析

为了进一步提高煤炭资源的采出率、实现安全开采,通过对原建筑物下以及水体上留设条带煤柱的水文地质条件分析,提出了利用高水材料充填置换煤柱进行二次复采的技术思路;并基于工程力学对充填体强度及其安全性进行了分析研究。结果表明,采用全采全充方式、充填体材料强度大于2 MPa、复采的工作面宽度20 m、充填体与小煤柱的宽度为25 m的情况下,可以实现建筑物下与承压水上安全开采。     

遗煤复采工作面围岩稳定性及合理采高分析

针对虎峰煤业2号煤层开采过程中存在大量的空巷、采空区及遗留煤柱,复采工作面矿业显现复杂,围岩控制难度大,工作面煤壁片帮大的问题,采用数值模拟的方法,对复采工作面通过不同宽度的残留煤柱和不同跨度采空区时工作面围岩破坏范围、应力分布及工作面煤壁水平位移进行分析,从而确定合理的采高,认为工作面采高不宜超过3.0 m, 2.5 m以内最佳。     

上保护层下工作面开采边界煤柱留设及其优化研究

针对山东一煤矿煤层两分层开采情况,基于上保护层开采理论,利用UDEC数值模拟软件对上保护层下工作面开采边界煤柱宽度留设进行了模拟和优化,并解释了上保护层开采防冲机理。研究表明:上分层开采有"降压、耗能、减震"作用,能够显著降低下分层的应力集中程度;但当下分层煤体开采至上分层残留煤柱附近(外错、平齐或内错)时,下分层煤体在上分层残留边界煤柱影响下易形成应力集中,冲击危险性高;最终确定该模拟条件下下分层煤体开采煤柱宽度85m(即,内错上分层残留煤柱10m)时,下分层开采受上分层煤柱影响最小,应力集中程度最低,下分层开采最安全。     

王庄煤矿综放工作面小煤柱宽度优化分析

根据潞安集团王庄煤矿地质条件,应用理论计算方法计算出了大采高综放工作面护巷小煤柱的合理宽度.采用三维数值模拟软件FLAC3D对大采高综放工作面开采过程进行模拟分析,模拟采用不同宽度小煤柱护巷时在煤柱留设时期和工作面回采时期煤柱受力及巷道变形情况,通过煤柱受力和巷道变形的对比,对小煤柱的宽度进行优化,确定了合理的小煤柱宽度.     

综放面单侧采空煤柱稳定性研究及实测

在使用留煤柱护巷的长壁采煤工作面中,单侧采空煤柱的稳定是后采工作面安全顺利回采的保障.近年来随着煤矿开采强度加大,对采对掘情况比较普遍,形成的护巷煤柱将经历两次工作面回采动压影响,对煤柱的稳定产生较大影响,对巷道围岩控制带来困难,特别是在综放开采的矿井尤为明显.因此,对厚煤层放顶煤工作面及相邻巷道对采对掘形成的区段煤柱在单侧采空状态下煤柱内支承压力分布规律进行了理论计算和现场实测分析.以东坡煤矿922和923综放工作面间20m护巷煤柱为例,分析和研究了煤柱形成后各阶段支承压力演变过程,得到了单侧采空煤柱采空区侧和巷道侧极限平衡区范围计算公式、煤柱最小宽度公式;通过钻孔应力计对现场煤柱内支承压力进行实测,得到了本工作面回采超前压力的影响范围和峰值,并说明现场20m宽煤柱内存在稳定弹性核区,煤柱可进一步优化以提高采出率.     

复采煤层末采煤柱合理留设宽度研究

为优化煤柱留设宽度,提高采区煤炭采出率,确保工作面的回采推进速度,结合薛虎沟煤矿2-106工作面实际开采条件,运用理论分析与数值模拟相结合的方法对2-106B工作面停采护巷煤柱尺寸进行研究,通过对护巷煤柱进行极限平衡计算,确定留设合理煤柱尺寸应不小于20.32 m;通过FLAC3D数值模拟分析保护煤柱宽度为25,22,20,15,10 m条件下巷道围岩变形情况,得出留设保护煤柱宽度为22 m时,煤柱内集中垂直应力逐渐向稳定非对称拱形分布形态过渡,煤柱两侧产生一定剪破坏和拉破坏,但煤柱中部未破坏区域范围扩大,煤柱稳定性较好;煤柱留设宽度为22 m时,对2-106B工作面液压支架拆除的时间段护巷煤柱应力进行监测,结果表明,巷道围岩得到有效维护,并处于稳定状态。     

山西上榆泉煤矿浅埋近距离下伏煤层煤柱尺寸优化

以山西上榆泉煤矿二采区1008工作面主运输巷煤柱为工程背景,采用数值模拟和现场实测的综合研究方法,分析了未受采动影响时4,6,8,10 m宽度煤柱和采动影响下10,15,20 m宽度煤柱的应力演化规律,得出未受采动影响时煤柱的合理尺寸为6 m,受采动影响时煤柱的合理尺寸为15 m。在上述分析的基础上,通过现场应力监测和钻孔窥视,得出采动影响下煤柱垂直应力最大值位于工作面前方20 m,煤柱应力分布曲线呈单峰趋势;运用钻孔窥视仪对1008工作面主运输巷进行了巷道围岩松动圈测定,得出两帮松动圈范围为1.21~2.12 m,顶板松动圈范围为0.84~1.03 m,松动圈范围较小,可以进行煤柱宽度优化。分析结果可为相似开采条件下巷间煤柱留设提供有益参考。     

新窑上煤矿大采高综采工作面合理煤柱尺寸留设研究

基于新窑上煤矿区段煤柱留设经验值20m可进一步优化的实际,为优化区段煤柱留设宽度并优化5~(-2)煤层大采高综采工作面布置,进一步提高资源采出率,综合采用理论计算和数值模拟等方法进行了研究。理论分析表明,可以采用外错布置或平移距不低于5m的平移布置;区段煤柱尺寸采用小煤柱护巷时需大于4.16m,在用大煤柱护巷时需大于12.16m。数值模拟分析表明,采用平移布置时,煤柱内应用分布最优,区段煤柱宽度10m平移距10m方案最佳。结合现场实际,将工作面布置方案优化为倾向长度约246m、区段煤柱宽度10m,单侧共布置5个工作面,可多采出煤炭资源量共计0.99387Mt。     

条带残留煤柱膏体充填综采技术研究与应用

为了彻底解放建筑物下条带开采遗留煤柱资源,采用理论分析与现场实践结合的研究方法,对条带遗留煤柱膏体充填复采煤柱稳定性、覆岩结构变化特征和膏体充填技术参数进行了探讨,得出了合理膏体充填体强度、充填率、煤柱宽度等参数指标。研究表明:条带开采遗留煤柱膏体充填复采时合理的煤柱宽度为5.0 m;充填率不得低于70%;安全系数取k=1.5~2.0,当开采煤柱宽度小于50 m时,充填体28 d抗压强度不小于5.0 MPa;当开采煤柱宽度小于100 m,充填体28 d抗压强度不小于2.6 MPa。以济北矿区岱庄煤矿生产技术条件,提出了条带遗留煤柱膏体充填开采回收技术,并确定了合理的工艺参数。实测表明,膏体充填开采达到充分采动后,地表最大下沉值为220 mm,下沉系数为0.076,取得了良好的地表沉陷控制效果。     

复采煤层L型工作面末采煤柱留设及加固技术研究

以2-106B复采工作面为研究对象,对复采工作面末采阶段合理煤柱宽度及巷道支护技术展开研究,对2-106A2巷补强采用锚索+单体液压支柱支护,两根锚索+工字钢梁悬吊5架工字钢梯形棚。结果表明:2-106B工作面停采保护煤柱采取加固措施后留设宽度可取20m,在满足工作面安全回采的同时,多回采60m煤柱,技术及经济效益明显。     

王家沟煤矿极近距离煤层同采工作面回采巷道合理错距的确定

通过理论分析,结合王家沟煤矿4103和5103同采工作面顺槽出现的变形状况,提出了合理的错距;通过采动影响和工程类比分析,提出405和506顺槽、406和507顺槽之间净煤柱宽度的方案,采用数值模拟方法,对各方案进行比较,确定了煤柱的宽度。结果表明:合理错距保持在40 m~60 m范围内时,有利于上、下工作面采场及巷道的维护;4103和5103工作面采用內错式布置,506和405顺槽之间净煤柱宽度为15 m。     

大采高双巷掘进巷间煤柱合理宽度研究

为解决大采高工作面双巷掘进巷间煤柱的留设问题,以某矿二盘区62101大采高工作面运输巷与辅助运输巷之间的煤柱为工程背景,采用理论分析与数值模拟的方法对巷间煤柱尺寸进行了系统的分析:首先通过极限平衡理论分析得出一次采动影响后煤柱破碎区宽度为2.52m,进而得出煤柱极限宽度为7.98 m;其次,在理论分析的基础上通过数值模拟分析了煤柱宽度为4、6、8、10 m时巷间煤柱的应力演化规律、破坏规律及巷道围岩变形规律;综合分析理论研究及数值模拟研究结果,同时考虑工作面实际生产地质条件,最终确定巷间煤柱的宽度为8 m。     

旺格维利开采的等效条带开采宽度数值模拟研究

通过数值模拟方法分析了旺格维利开采后覆岩、煤柱应力状态和关键层沉降情况随着旺采回采支巷两侧采出率、采硐垂深的变化而变化的规律;根据旺采煤柱的塑性区范围圈定对应条带开采宽度范围,进一步通过关键层的沉降曲线,采用夹逼方法得到与旺采最为接近的等效条带开采宽度;对比分析旺采与等效条带开采的模型应力分布特征,结果表明旺格维利开采可以等效为条带开采,条带开采宽度主要受旺采的回采支巷宽度、回采支巷两侧采硐采出率和采硐垂深影响,最终确定了旺采的等效条带开采宽度的计算公式。     

复采工作面过空巷顶板稳定性

针对复采工作面过平行空巷支架支护阻力计算的问题,通过现场调研和理论分析,建立了过空巷采场基本顶破断的力学模型,提出了影响复采采场基本顶超前断裂的3个因素：复采工作面与空巷间煤柱宽度、复采工作面与周期断裂线距离、空巷宽度。通过对影响因素的力学分析,得到了基本顶超前断裂的力学作用机理：复采工作面与空巷间煤柱随回采失稳,导致顶板失去煤柱支撑,基本顶梁结构的悬臂长度增加,当悬臂长度达到周期来压步距时,悬臂梁在固支端断裂。基于Bieniawski公式,推导得到了复采工作面与空巷间煤柱失稳的临界宽度W*和复采工作面基本顶必然产生超前断裂空巷临界宽度A0。根据过空巷采场基本顶破断力学模型对基本顶来压力学模型中断裂岩块尺寸进行了针对性调整,运用调整断裂岩块尺寸后的基本顶来压力学模型计算得到了适用于复采工作面的过空巷期间支架最小支护强度为10 910.77 kN/架。圣华煤业复采工作面过空巷期间的矿压观测结果表明：工作面过空巷期间,最大工作阻力为9 656 kN/架,支架支护强度计算合理。     

刀柱式老采空区上行长壁开采的采矿安全评价

为保证刀柱式老采空区上行长壁开采安全,需要对层间岩体在采动压力作用下的稳定性进行评价,并合理确定长壁工作面的开采技术参数.基于对层间岩体在采动过程中的受力分析,综合考虑层间岩体的黏聚力、摩擦阻力、采动压力、岩体自重、刀柱残余承载力等因素的作用,提出了评价层间岩体稳定性的安全系数法.如果安全系数大于1,则可以认为在上行开采过程中层间岩体能够保持稳定.采用数值模拟方法研究了上行长壁工作面不同开采参数对层间岩体稳定性的影响.结果表明,长壁工作面宽度、护巷煤柱宽度对层间岩体稳定性影响明显.在刀柱式老采空区进行上行长壁开采,应减小工作面开采宽度,增大工作面护巷煤柱尺寸.     

刀柱式老采空区上行长壁开采的采矿安全评价

为保证刀柱式老采空区上行长壁开采安全,需要对层间岩体在采动压力作用下的稳定性进行评价,并合理确定长壁工作面的开采技术参数.基于对层间岩体在采动过程中的受力分析,综合考虑层间岩体的黏聚力、摩擦阻力、采动压力、岩体自重、刀柱残余承载力等因素的作用,提出了评价层间岩体稳定性的安全系数法.如果安全系数大于1,则可以认为在上行开采过程中层间岩体能够保持稳定.采用数值模拟方法研究了上行长壁工作面不同开采参数对层间岩体稳定性的影响.结果表明,长壁工作面宽度、护巷煤柱宽度对层间岩体稳定性影响明显.在刀柱式老采空区进行上行长壁开采,应减小工作面开采宽度,增大工作面护巷煤柱尺寸.     

黄陵一号煤矿中厚煤层110工法瓦斯治理技术研究

切顶留巷无煤柱开采下煤与瓦斯共采是我国无煤柱开采技术的重要发展方向,为解决陕西黄陵一号煤矿中厚煤层110工法开采工艺条件下卸压瓦斯治理难题,采用理论分析与数值模拟相结合的研究方法,分析了切顶留巷开采导致覆岩结构变化及裂隙分布特征。结果表明,根据110工法开采过程顶板结构状态变化特征,将切顶留巷围岩结构运动划分为4个阶段。工作面充分采动后,垮落带的高度基本不再变化,稳定在7 m左右,裂隙带发育高度为55 m左右,应力集中系数约为2.73,采空区中部垮落带内裂隙基本处于压实闭合状态,裂隙区宽度约为40 m,切眼处岩层破断角为67°,工作面停采处岩层破断角约为62°。根据1009工作面切顶留巷无煤柱开采技术下裂隙分布特征,施工定向高位试验钻孔,现场抽采效果良好,有效治理了1009回风巷瓦斯浓度超限问题,实现了1009工作面安全回采。