特厚煤层动压巷道护巷煤柱合理宽度研究

针对某矿9#煤特厚煤层9-704综放工作面动压巷道在本工作面回采过程中,出现变形量过大难以控制的问题,采用理论分析、数值模拟及现场变形实测等手段对特厚煤层综放工作面区段动压煤柱应力分布和动压巷道变形进行研究。极限平衡法表明在该条件下动压巷道护巷煤柱宽度不应小于24.5 m.数值分析表明,煤柱宽度大于26 m时能够较好地控制煤柱的应力及变形,最终确定该动压巷道护巷煤柱宽度为26 m.现场实测表明,动压巷道变形过大的原因在于护巷煤柱留设宽度过窄。动压巷道护巷煤柱宽度的计算必须考虑煤柱沿相邻工作面采空区方向及本工作面方向塑性区的宽度。该研究对类似条件下动压巷道护巷煤柱的留设宽度具有一定借鉴意义。     

孤岛工作面动压巷道支护参数优化及应用

针对动压巷道支护难、二次维护工程量大的技术难题,本文利用地应力测试、数值模拟、理论分析结合现场实测等综合性研究方法,分析了动压巷道围岩的应力分布情况,并结合镇城底矿典型动压巷道的现场实际,提出了动压巷道支护参数优化方案,取得了良好的效果,为今后动压巷道的支护提供了依据。     

近距离煤层强烈动压巷道全锚索支护技术

为解决官地矿22608工作面底抽巷在受到近距离煤层多次动压影响下巷道支护难题,首先进行了地质力学测试,测试结果显示:底抽巷所处位置地应力属于中等应力水平;巷道顶板4m范围内岩层为泥岩、节理裂隙发育,强度低,平均为22.65 MPa;根据地质力学测试结果,采用数值模拟方法分析了巷道在受近距离煤层多次动压影响时的应力分布和变形状况,最后提出了全断面高预应力强力短锚索支护技术,取得了良好的效果。     

近距离煤层强烈动压巷道全锚索支护技术

为解决官地矿22608工作面底抽巷在受到近距离煤层多次动压影响下巷道支护难题,首先进行了地质力学测试,测试结果显示:底抽巷所处位置地应力属于中等应力水平;巷道顶板4m范围内岩层为泥岩、节理裂隙发育,强度低,平均为22.65 MPa;根据地质力学测试结果,采用数值模拟方法分析了巷道在受近距离煤层多次动压影响时的应力分布和变形状况,最后提出了全断面高预应力强力短锚索支护技术,取得了良好的效果。     

动压条件下深井孤岛面顺槽煤柱合理宽度确定

针对丁集煤矿1412(1)综采面实际地层情况,分析了沿空巷道煤柱的作用机理,建立了动压条件下深井孤岛面顺槽煤柱合理宽度的计算数值模型。通过分析煤柱宽度分别为6,8,10m 3种条件下覆岩层稳定阶段和动压影响阶段的围岩应力分布,煤柱采场及巷道围岩塑性区分布情况,得出当煤柱宽度为6 m时,煤柱上的应力峰值及应力集中系数最小。     

李雅庄矿松散煤层动压巷道支护技术研究

李雅庄矿2-6072巷属于松散煤层动压巷道,支护困难,同类条件巷道服务期间多次返修,急需解决此类巷道支护难题。采用水压致裂法进行了地应力测试,2-6072巷属于中等应力值区域;采用FLAC3D软件数值模拟了2-605工作面回采后2-607工作面侧向支承应力分布情况,得出净煤柱为20 m时,侧向垂直应力集中系数为1.39,应力集中较高;引进W钢带、W钢护板和方形带拱锚索托盘等新型支护材料,提出了高预紧力强力支护方案,并进行井下试验;矿压监测结果显示,两帮移近量稳定在165 mm,顶板下沉量稳定在116 mm。新支护方案在巷道浅部围岩形成高刚度承载结构,巷道围岩变形量得到明显控制,基本解决了2-6072巷松散煤层动压巷道支护难题。     

深井高地应力煤岩互层薄顶板区段蠕变煤柱 合理宽度数值研究

为确定受深井高地应力及蠕变破坏影响的煤岩互层薄顶板工作面区段煤柱的合理宽度,采用现场实测、理论分析及数值模拟等方法进行研究,通过现场窥视及地应力测试确定工作面顶板类型为煤岩互层薄顶板;通过弹性核计算公式确定区段煤柱宽度为29. 56 m;经数值模拟论证当煤柱宽度为20、25、30 m时,其弹性核区宽度分别为4、15、22 m,占煤柱宽度的20. 0%、60. 0%、73. 3%。研究结果表明:宽30 m煤柱能够保证巷道稳定使用,顶板结构、高地应力、蠕变破坏及动压影响是巷道变形严重的主要原因。巷道经掘进及采动影响蠕变计算后,位移曲线可分为4个区域,即初始蠕变区(Ⅰ)、衰减蠕变区(Ⅱ)、稳定蠕变区(Ⅲ)、采动加速蠕变区(Ⅳ),相应的煤柱应力曲线形状为孤峰型、平台型、马鞍型。     

多次动压影响下小煤柱巷道围岩变形分析与控制

为解决多次动压影响下小煤柱巷道支护的技术难题,针对漳村煤矿2205回风巷受多次动压影响、矿压显现明显的特点,分析了其变形破坏因素,模拟研究了2205回风巷掘进动压、2203工作面超前支承应力、2203采空区侧向支承应力及2205工作面超前支承应力对巷道的影响,提出了2205回风巷围岩控制方案。研究结果表明,采用全长预应力锚固强力锚杆锚索组合支护系统并加强巷帮支护后,能够很好地解决多次动压影响下小煤柱巷道支护难题。     

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。     

动压巷道区段煤柱合理留设宽度研究

为了确定受工作面采动压影响下的区段煤柱尺寸,提高煤炭资源采出率,以付村煤矿3上403,405巷道为背景,采用理论计算和数值模拟的方法,建立了考虑中间主应力影响的三维离散元模型,探讨了支护参数优化后煤柱宽度分别为3、5、7、9、11 m下的巷道围岩变形和支承压力分布规律。研究结果表明:理论计算得到煤柱留设尺寸应为3.25～3.85 m;数值分析显示沿空侧煤帮变形量随煤柱的宽度的增加先减小后增大再减小,在煤柱宽度为5 m时达到最小值;煤柱内的支承压力呈单峰分布且峰值大小且随煤柱宽度的增大而增大,煤柱宽度小于5 m时峰值应力小于原岩应力;动压巷道可以留设在距离煤帮0～6 m的应力降低区内,区段保护煤柱最优宽度为3.0～5.0 m。经现场实践,在高预应力让压锚杆支护体系下留设3 m煤柱,取得了良好的围岩控制效果,为类似情况下合理煤柱宽度的选择提供参考。     

深部高应力双巷布置工作面煤柱宽度合理性研究

为确定深部高应力双巷布置工作面合理巷间煤柱宽度,提高巷道煤柱稳定性及资源回收率,以园子沟煤矿1022101工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟的研究方法,掌握巷道巷间煤柱应力分布规律,确定深部高应力巷间煤柱侧向支承压力分布特征,并采用FLAC3D数值模拟分析了工作面多次回采影响下的不同宽度(7m、10m、13m、16m、19m、22m、25m)煤柱应力场分布特征,结合现场试验巷道15m、25m煤柱侧围岩破坏情况分析,最终确定深部高应力条件下合理巷间煤柱宽度。研究表明：当煤柱宽度为16～25m时,多次回采影响下煤柱应力集中,容易引发冲击地压|而宽度7～10m时煤柱整体压垮,巷道变形破坏严重。综合考虑资源回收、巷道围岩稳定性及动力灾害防治问题,确定园子沟煤矿深部高应力巷间煤柱宽度为13～15m时较为合理。     

综放沿空巷道不对称破坏特征及其原因分析

随着我国综放条带式开采的推广,留煤柱护巷的沿空留巷技术成为主要布置方式之一,但是也出现了矿压的不对称显现等新的围岩控制问题。在深入调研统计的基础上,详细阐述了宽煤柱护巷和窄煤柱护巷条件下,综放沿空留巷的变形破坏时间和特征,并进一步分析两种情况下的变形破坏原因。宽煤柱护巷不对称变形破坏原因为煤柱宽度留设不足和垂直应力的非对称分布,窄煤柱护巷不对称变形破坏的原因为采动影响形成的水平应力和侧向支承压力的分布不均。     

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。     

孤岛面小煤柱沿空巷道稳定性研究

针对煤矿孤岛面沿空巷道在采矿动压的作用下巷道围岩出现大变形或小煤柱失稳的现象,通过数值计算、物理模拟实验、现场工业性试验等方法对孤岛面小煤柱沿空巷道稳定性进行了系统的研究．研究表明：留设煤柱的宽度对孤岛面沿空巷道的应力分布有较大影响;合适的煤柱宽度,可以使小煤柱位于上覆岩层形成的砌体结构的中部,煤柱上的应力由于变形卸压作用明显降低,巷道实体煤处于砌体梁的高位支撑点,利用覆岩结构有效控制孤岛面小煤柱沿空巷道的表面位移;由于采空区侧没有支承,顶板以实体煤为轴旋转下沉,煤壁受到了垂直巷道轴向、以实体煤为支点的力矩作用,左右煤帮主要产生剪切变形．     

上覆遗留煤柱作用下冲击矿压预测预警案例研究

以三河尖煤矿92201工作面运输巷在上覆7煤上山保护煤柱下掘进诱发的冲击矿压为例,采用震动波CT技术对待掘区域应力场进行反演,预测冲击危险区域,并在掘进过程中实时监测分析矿震动载特征,对冲击危险进行预警。研究表明:震动波CT技术可有效反应煤岩体内未知因素对应力分布的影响,实现大范围应力探测,较常规解析和数值等分析方法更为有效,利用该技术可提前和分时段预测冲击危险区域分布;结合掘进过程中的矿震时空演化规律分析,可对冲击危险区域进行有效确认和实时预警,实现了动载与静载结合对冲击危险进行提前预测与实时监测预警。利用该套技术方法分析表明,上覆遗留煤柱长时间受矿压作用,其集中应力分布明显向煤柱煤壁深处转移,导致区域应力分布异常,冲击矿压防治难度加大。92201巷道冲击矿压显现证实了以上结论和该套技术方法的有效性。     

基于条带置换开采方法的煤柱留设与充填技术研究

为了提高资源采出率,缓解煤柱常见的高应力集中现象,降低冲击地压灾害发生概率,并实现矸石不上井直接处理和地面矸石的零排放,以阳城煤矿-650 m水平大巷保护煤柱条带置换开采方法煤柱留设与充填为背景,运用理论分析方法分别对回风巷右侧保护煤柱、1307巷道保护煤柱、充填巷两帮煤柱宽度进行计算;采用FLAC^3D数值软件对不同类型煤柱宽度的多种设计方案进行应力及变形情况模拟,并以4号充填巷为例,对充填后的应力分布、塑性区范围、位移等进行数值模拟与分析。结果表明:回风巷保护煤柱和1307巷道的保护煤柱均为15 m;按照矸石充填巷4.5 m计算,储矸空间两侧煤柱的宽度至少14.8~15.8 m时才能保证有一个稳定的柱核区的存在;与4号巷开挖未充填时相比,充填后的水平应力与垂直应力影响范围减少5 m,峰值应力影响范围减少3~4 m。     

错层位沿空巷道围岩结构及其卸让压原理

错层位沿空巷道特殊的围岩卸让压结构能够解决常规沿空掘巷在深部开采、坚硬顶板时存在巷道维护困难的问题。对比分析了留煤柱护巷和沿空留(掘)巷围岩结构特征,阐述了影响沿空巷道围岩稳定性的主控因素——侧向基本顶关键块的运移。通过力学分析和实验室实验,研究了错层位巷道侧向基本顶下方卸让压围岩结构体系卸让压的力学机理。研究表明:错层位布置使巷道远离侧向集中应力,实现了侧向支承压力向煤体深部转移的效果,避免了沿空巷道受深部高地应力的影响,实现了自动卸压的效果;矸石-三角煤柱结构通过松散矸石大变形缓冲顶板显著运动动载,通过高承载限侧矸石、高稳定性三角煤柱承担关键块静载;自由空间-碎胀矸石组合结构使坚硬顶板充分回转、降至低位态,实现结构性让压,避免顶板受侧向关键块剧烈运动的影响。     

链臂锯切顶卸压小煤柱留巷开采围岩稳定性分析

在大同矿区"三硬"煤层条件下,随着浅部煤炭资源的日益枯竭,采矿活动不断走向深地,地应力逐渐增大,塔山煤矿8311工作面和8312工作面间仅留设6m小煤柱,2312巷会遭受两工作面的重复采动,为保证两工作面重复采动影响下巷道的围岩稳定性,同时保证煤炭采出率,采用同煤集团自行研发的链臂锯进行机械切顶,以达到顶板弱化效果。为研究该技术使用条件下留巷在两工作面回采期间受重复应力扰动下围岩稳定性,运用数值模拟、力学分析等手段对切顶及未切顶后的巷道围岩应力及变形分布规律等进行研究。研究结果表明:链臂锯切顶卸压能有效切断基本顶间的应力传递,使留巷内顶底板应力峰值下降,应力分布均匀,小煤柱内应力集中峰值大幅降低,提高了留巷围岩稳定性;同时针对小煤柱留巷实体煤侧仍会受超前应力和侧向应力影响形成叠加应力集中区域及小煤柱产生的塑形变形等问题,本文相应提出了改进意见。     

卸压槽在高应力构造带软岩巷道围岩控制中的试验研究

应用卸压槽维护巷道,煤体在局部范围内充分卸压,使巷道的围岩应力向煤体深部转移,改变巷道围岩应力场的分布状况,使之处于应力降低区内,减缓了矿山压力对巷道的有害影响,从而保护了巷道.井下试验表明:卸压槽能有效减小围岩移近量,减轻矿压对巷道的有害影响,有利于巷道保持长期稳定,具有较好的应用效果.     

动压影响煤巷区段煤柱矿压实测及数值模拟

为探究动压煤巷区段煤柱支承压力的分布特征及规律,对新元煤矿东四正巷煤柱矿山压力进行了现场实测。结果表明:超前支承压力的影响范围为52m,峰值为44MPa,应力集中系数为3.2。FLAC3D数值模拟分析表明,310103工作面回采过程中巷帮0~6m范围内为侧向水平应力降低区;剪切应力破坏范围不大,最大应力值为5.5MPa。