坚硬厚基本顶特厚煤层综放沿空掘巷煤柱宽度与围岩控制

以马道头矿坚硬厚基本顶特厚煤层综放开采为背景,基于内外应力场与极限平衡理论确定基本顶板沿空巷道侧方断入煤体深度约17 m。进而建立周期破断高低位直角关键块体稳定性力学模型,求解得出马道头矿井生产地质条件下高位关键块体失稳低位稳定。基于沿空巷道侧方覆岩结构及稳定性,揭示不同煤柱宽度条件下巷道围岩应力环境,明确8211综放工作面5211区段回风平巷合理煤柱宽度为8 m。最后给出针对坚硬厚基本顶特厚煤层综放窄煤柱沿空煤巷的"锚索-槽钢组合结构+不对称锚索桁架结构+帮部高强度锚杆索与双层金属网组合+底板卸压槽+煤柱注浆+水力切顶"的联合控制技术。现场实践结果表明,8 m窄煤柱及综合控制技术在掘采过程中有效地控制了沿空煤巷围岩稳定性。     

高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度与控制技术

针对高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度留设问题,以羊场湾煤矿为工程背景,建立了综放工作面侧向基本顶破断结构模型,推导出低应力区范围表达式及其影响因素;采用FLAC3D数值模拟软件分析巷道掘进和本工作面回采期间不同煤柱宽度下巷道围岩应力与位移演化特征。研究表明:(1)高强度开采综放工作面因采场尺寸大、推进速度快、断裂步距大,导致内应力场范围亦大于常规工作面。(2)高强度开采综放工作面区段煤柱宽度的确定,应充分考虑多次剧烈采动、基本顶破断、巷道大断面等因素,结合试验工作面地质生产条件确定内应力场范围6.31~7.58 m,合理煤柱宽度为9~14 m。(3)本工作面回采期间,覆岩结构被再次激活,致使围岩变形破坏加剧,煤柱宽度10~14 m时,煤柱具有一定自稳能力并承担较少的顶板载荷,综合考虑各因素确定合理煤柱宽度为10 m。(4)受高强度开采及基本顶破断等因素影响,窄煤柱沿空巷道可能诱发大范围破碎、煤柱帮大变形及顶板不对称下沉等变形破坏,要实现此类巷道围岩稳定性控制应对煤柱帮和顶板重点加固,据此,提出了非对称围岩控制技术,并进行现场应用,巷道控制效果明显。     

王家岭矿综放沿空掘巷合理煤柱宽度与控制技术研究

针对高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度留设问题,以王家岭煤矿为工程背景,通过钻孔窥视勘探基本顶断裂线位置阐明了巷道围岩的非对称破坏特征;建立了综放工作面侧向基本顶破断结构模型,推导出了沿空侧巷道顶板范围内弯矩表达式;采用FLAC3D数值模拟软件分析了不同煤柱宽度下巷道围岩应力与屈服区演化特征,确定了合理煤柱宽度为8 m;基于N2103回风平巷留设8 m护巷煤柱时顶板弯矩变化规律,提出了巷道围岩的非对称控制技术,并进行现场应用。结果表明：顶板、煤柱帮和实体煤帮位移量在工作面回采期间分别为216 mm、198mm和121 mm,巷道控制效果明显。     

庞庞塔矿综放沿空巷道煤柱应力分布与变形特征研究

以庞庞塔矿综放沿空巷道为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟的方法,分析了综放面沿空巷道基本顶岩层破断机制,指出单一采动和重复采动工作面基本顶破断机制的差异性和相关性,研究了不同煤柱宽度下综放沿空巷道煤柱应力分布与变形特征,研究表明,一定范围内增加煤柱宽度可有效改善煤柱承载性能,减小沿空巷道变形,当煤柱宽度一定时,煤柱具备一定的承载能力,在上工作面侧向支承压力的作用下,煤柱整体向沿空巷道移动,造成沿空巷道煤柱帮变形量加大,据此确定了庞庞塔矿10#煤层工作面煤柱宽度为8～10m,为后期矿井煤柱宽度和支护技术的确定提供参考。     

特厚煤层综放沿空巷道煤柱合理宽度与巷道支护研究

以马道头煤矿8201工作面为研究背景,采用理论计算推导出采空区侧向基本顶破断位置计算公式,得出8201工作面侧向基本顶位于煤壁内6.42m处破断,结合采空区侧向支承压力分布曲线和工作面地质生产条件,确定窄煤柱宽度为8m;利用FLAC~(3D)模拟软件分析沿空巷道掘进后巷道变形特征,结果表明:在8m宽窄煤柱条件下,沿空巷道表现为煤柱侧顶板下沉量明显大于实体煤侧、煤柱帮鼓出量大于实体煤帮的非对称破坏。针对5203沿空巷道围岩控制难点,提出采用"不对称锚索桁架+煤柱帮锚杆索支护+煤柱帮注浆"的联合控制技术,并用于现场试验,取得较好的控制效果。     

综放开采沿空掘巷小煤柱宽度留设及支护技术研究

为合理确定区段小煤柱宽度及沿空巷道支护方式,以阳泉五矿8407综放工作面为例,基于采空侧基本顶断裂力学模型及围岩极限平衡理论,理论计算了合理煤柱宽度的上下限值,采用钻孔应力监测方法,对回采过程中煤柱内部应力分布进行了实测,进而确定沿空巷道支护参数。研究结果表明:沿空掘巷小煤柱宽度合理范围为9.03~11.80 m,取10 m为宜,煤柱侧0~3 m范围煤体发生塑形破坏、3~6 m范围为弹性核区、6~10 m范围靠近8409采空区承载能力弱,因而在8407回风巷掘巷期间采用锚杆+长短锚索一次支护,回采期间对煤柱帮进行3 m钻孔注浆加固二次支护,现场实测数据显示,8407回风巷沿空掘进期间围岩变形量较小,回采期间顶板、注浆加固煤柱帮、实体煤帮最大变形量分别为0.20、0.05、1.00 m,围岩变形处于可控范围,实现了综放工作面安全高效回采。     

基于基本顶关键岩块B断裂线位置的窄煤柱合理宽度的确定

为掌握基本顶断裂结构对窄煤柱稳定性的影响规律,建立沿空掘巷围岩结构力学模型,提出了沿空巷道上覆基本顶3种断裂结构形式,对基本顶断裂结构与窄煤柱稳定性的相关性进行了分析。研究表明,基本顶断裂线位于不同位置时,巷道围岩应力、煤柱应力及应变差异较大。当基本顶断裂线位于巷道正上方时,靠近采空区侧围岩变形量较靠近实体煤壁侧的大,巷道顶板应力降低快导致围岩破碎可锚性差,煤柱应力和变形增速最快,围岩稳定后作用在煤柱上的载荷最大,煤柱持续变形速度也最大,导致巷道后期维护困难。当基本顶断裂线位于沿空巷道外侧时,煤柱变形在合理范围内,同时具有较强的支承能力,对巷道维护有利。研究成果在燕家河煤矿8105综放面成功应用,并取得了满意的技术经济效益。     

综放剧烈采动影响煤巷 窄煤柱破裂失稳机理与控制技术

针对综放剧烈采动影响煤巷窄煤柱出现的破裂失稳问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测等相结合的研究方法,探讨窄煤柱破裂失稳机理及其控制技术。结果表明:1)受上覆岩层破断回转运动影响,窄煤柱帮发生明显水平挤压运动,造成浅部煤体挤压、错动和破碎,变形破坏主要发生在煤柱帮中上部区域;2)关键块回转运动行为将对沿空巷道围岩产生沿铅垂方向的支承压力σj,同时还将对窄煤柱产生水平力σ_d,在此复杂应力作用下沿空巷道窄煤柱发生破裂失稳,由浅至深煤体应变演化过程为拉应变→压应变→拉应变;3)阐明该类巷道控制原理,提出"高强锚杆支护+顶板锚索槽钢组合结构+煤柱帮锚索加固"的综放沿空巷道支护方案并进行现场应用。现场工程实践表明,该技术可有效控制综放沿空巷道围岩变形。     

厚硬基本顶综放沿空巷道受载变形机制研究

针对厚硬基本顶综放沿空巷道回采期间两帮变形剧烈的问题,以柳巷煤矿为工程背景,通过室内试验、现场实测、理论分析和数值模拟等手段,对巷道受载变形机制进行研究。结果表明:1)综放窄煤柱巷道围岩完整度排序由高到低为顶板、实体煤帮及窄煤柱帮,采动影响下煤帮破碎直接导致两帮锚杆工况下降;2)厚硬基本顶整体破断,断裂线位于实体煤上方距采空区14～15 m,关键块回转下沉过程中与上覆岩层之间出现变形不协同,继而导致断裂线附近煤体受载加大,这是采动影响下实体煤帮出现大变形的主要原因;3)随工作面推进窄煤柱发生压剪破坏,压剪断裂线附近煤体破坏严重直接导致窄煤柱帮大变形。     

倾斜特厚煤层区段煤柱尺寸及分区围岩控制研究

为确定倾斜特厚煤层综放工作面沿空掘巷区段煤柱的合理尺寸,以孟家窑煤矿11503综放工作面沿空掘巷为工程背景,基于倾斜煤层基本顶破断之后的岩层结构,建立倾斜煤层工作面“大、小结构”力学模型,推导出适合小结构布置区域的低应力场范围表达式,并通过“尖点突变”理论分析区段煤柱发生失稳突变的充要条件。采用FLAC^3D模拟不同尺寸煤柱的受力及围岩变形规律。研究表明：受到煤层倾角和基本顶关键块回转挤压的影响,煤柱内部破坏形式主要为剪切破坏,破坏区域主要集中在其上部偏向采空区位置;随着煤柱宽度的增大,在沿空掘巷小范围内上覆岩层压力由实体煤承担逐渐转向由煤柱承担;结合应力场、位移场和塑性区变化情况,最终确定煤柱的合理尺寸为15 m。通过分析不同采掘阶段沿空巷道围岩应力分布和演化特征,提出适合不同阶段的围岩控制方案。结合现场工程实践表明,15 m煤柱宽度及围岩控制方案能够满足巷道稳定性要求。     

耦合让压支护技术在动压影响巷道中的应用

为控制受动压影响的掘进巷道围岩变形及锚杆破断情况,分析巷道的破坏形式为典型的留煤柱沿空掘巷巷道破坏现象。经计算,选取耦合让压应力显示锚杆,规格为20 mm×2 500mm;顶锚杆排间距1 000 mm×920 mm;帮锚杆排间距1 000 mm×1 000 mm,采用新支护技术后,顶板与两帮最大移近量分别为50、90 mm,巷道围岩变形得到有效控制。     

耦合让压支护技术在动压影响巷道中的应用研究

为控制受动压影响的掘进巷道围岩变形、及锚杆破断现象,分析巷道的破坏形式为典型的留煤柱沿空掘巷巷道破坏显现。经理论计算,选取耦合让压应力显示锚杆,顶锚杆排间距1 000 mm×920 mm;帮锚杆排间距1 000 mm×1 000 mm,采用新支护系统后,顶板与两帮最大移近量分别为50 mm、90 mm,巷道围岩变形得到有效控制。     

特厚煤层综放沿空煤巷煤柱宽度及控制研究

为探究特厚煤层综放沿空煤巷窄煤柱的合理宽度,以某矿8305工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实践相结合的方法,通过内外应力场理论、极限平衡理论和沿空巷道煤柱帮的支护条件确定煤柱宽度的合理范围为5.4～9.9 m,根据数值模拟不同宽度煤柱的水平零位移面和垂直应力峰值分布规律确定煤柱的合理宽度为6 m,并提出针对性围岩控制技术。结果表明:沿空巷道在掘进和回采期间顶底板移近量、实体煤帮和煤柱帮的变形量较小,围岩控制效果良好。     

综放沿空巷道围岩系统稳定性的UDEC模拟分析

厚煤层综采放顶煤开采的沿空巷道顶、帮均为煤体或煤柱,其稳定性问题十分突出。本文以南屯煤矿综放沿空巷道为原型,进行了围岩稳定性的离散元数值模拟,提取表征巷道围岩系统的顶板下沉量ydis、煤柱表面水平位移xdis、煤柱垂直应力syy等指标,判断巷道的稳定性,确定合理的煤柱尺寸和支护方式。通过综放沿空巷道稳定性的离散元数值模拟分析,得到了一定地质条件下,综放沿空巷道稳定性与煤柱尺寸及支护方法的一些关系,对煤矿成功解决综放沿空巷道的支护,提高围岩稳定性,具有一定的现实意义。     

高瓦斯矿井煤柱内沿空掘巷围岩稳定性分析

高瓦斯厚煤层综放工作面通常采用双U型巷道布置方式,巷道之间的煤柱留设十分重要。根据潞安集团余吾煤业S1202工作面实际情况,提出了一种称为宽煤柱内沿空掘巷的新型巷道布置方式;通过对综放工作面上覆岩体破断运动规律的研究,认为沿空巷道基本顶弧形三角块结构的稳定是保持沿空掘巷围岩稳定的前提;建立沿空巷道小煤柱力学模型,推导出煤柱内沿空掘巷小煤柱宽度计算公式,最终确定S1202瓦斯排放巷道排巷沿空侧护巷煤柱合理宽度为5m,为潞安矿区类似条件下巷道优化布置提供了依据。     

倾斜厚煤层沿空掘巷围岩稳定性控制技术研究

为了解决倾斜厚煤层沿空掘巷期间动压显现剧烈,巷道支护破坏严重,维修困难等问题,通过优化巷道支护参数,布置矿压监测站,对留设不同宽度煤柱的巷道围岩表面位移、深部多点位移、顶板离层、煤帮应力、锚杆和锚索受力进行了跟踪监测。得出：巷道达到稳定状态后,煤柱宽度为6.0 m时,顶板下沉量为162 mm,两帮移近量为254 mm;煤柱宽度为8.0 m时,顶板下沉量为92 mm,两帮移近量为360 mm;煤柱宽度为9.0 m时,顶板下沉量为114 mm,两帮移近量为595 mm。结果表明：煤柱宽度为6.0 m时,围岩控制效果好,倾斜厚煤层沿空巷道立体协控技术有效地控制了巷道围岩变形。     

厚硬基本顶综放沿空巷道应力分布特征及煤柱宽度确定

厚硬基本顶综放工作面开采强度高、基本顶厚度大,区段煤柱的稳定性直接影响着巷道的安全稳定,针对这一影响因素,采用理论分析、数值模拟的方法计算分析沿空巷道的覆岩结构特征及应力位移变化情况,确定合理煤柱宽度。结果表明:厚硬基本顶主要破断方式为两端拉断作用下破坏,计算得到巷道煤柱的留设宽度为7.5 m以上,分析了不同宽度煤柱下的垂直应力及形变量,最终确定煤柱合理留设宽度应为8 m。     

综放工作面沿空掘巷顶煤挤压破裂机理与控制技术

基于沿不稳定覆岩下掘进的综放沿空巷道顶板煤体出现的沿水平方向挤压破裂问题,以王家岭矿103工作面具体条件为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟和工业性试验相结合的综合研究方法,分析综放沿空巷道顶板煤体挤压破裂力学演化机理及相应的控制技术。研究结果表明:①受不稳定覆岩破断回转运动影响,顶板煤体沿水平方向发生明显挤压运动,造成顶板浅部煤体挤压、错动和破碎;②关键块回转运动行为将对沿空巷道围岩产生不稳定的支承压力σ_j,同时还将对顶板煤体产生偏斜挤压力σ_d,两者共同作用是沿空巷道顶板煤体沿水平方向发生挤压变形和破裂的根本原因;③数值分析表明,靠煤柱侧水平位移量约为240 mm,靠实体煤侧顶板变形量约为40 mm,两侧顶板位移量的显著差异必将导致相邻岩层间的错动滑移并出现挤压破裂,0水平位移点由顶板中心位置向实体煤侧明显偏移。④不稳定覆岩下沿空掘巷顶板控制,既要对靠煤柱侧顶板进行加强支护,同时还要提高支护结构对顶板煤岩体水平运动的适应性,据此提出了"高强锚杆支护+锚索槽钢组合结构"的顶板支护方案,并进行现场应用。现场工程实践表明,该技术可有效控制综放沿空巷道顶板煤体挤压破裂问题,为类似地质生产条件下综放沿空巷道围岩控制提供理论依据和技术支撑。     

窄煤柱综放煤巷钢梁桁架非对称支护机理及应用

针对王家岭煤矿窄煤柱综放煤巷围岩控制难题,分析指出相邻大型综放工作面覆岩剧烈活动及其基本顶对巷道区域直接顶的倾斜挤压力是导致顶板产生水平移动和非对称破坏的本质原因。建立考虑基本顶对直接顶倾斜挤压应力的窄煤柱综放煤巷直接顶力学模型,得出巷道顶板最大变形区域(7.5≤x≤9.5 m)。研发了以钢梁-槽钢组合结构和多根锚固至顶板纵深处锚索为关键部件的多锚索钢梁桁架系统,阐明其控制原理。建立多锚索钢梁桁架非对称支护的力学模型,得出非对称弯矩减小量分布特征,探讨其与非对称变形的一致性,并结合现场实践确定控制方案。现场实践表明,20103运输巷采用钢梁桁架非对称支护技术后,围岩变形量均控制在安全范围内,实现了对窄煤柱综放煤巷围岩非对称变形破坏的有效控制。     

受采动影响时沿空掘巷煤柱合理尺寸的数值模拟研究

本文利用UDEC3.1软件对综放工作面沿空掘巷煤柱合理尺寸性进行模拟。不同尺寸煤柱条件下受采动影响沿空掘巷围岩变形和应力分布特点表明无论巷道掘进期间还是沿空掘巷受采动影响期间,巷道围岩变形量都随着煤柱宽度的增大而减小,但煤柱宽度增大到一定程度时巷道围岩变形量基本相差不大。