孤岛工作面不同宽度煤柱防治冲击地压分析

随着煤矿开采机械化程度的提高,矿井产量和开采深度不断加大,近年来相继出现了采区孤岛工作面现象。由于孤岛工作面两侧已采空,工作面及其周围巷道、煤柱附近应力集中程度较高,顶板覆岩运动剧烈,再加上工作面地质构造的影响,采深较大时,冲击危险程度就很高,易引发煤柱型冲击矿压。利用FLAC4.0数值模拟软件模拟了不同宽度煤柱条件下,工作面围岩应力分布及变化规律,模拟分析确定了某矿孤岛工作面合理的煤柱宽度为5m。合理的煤柱宽度,既有利于提高煤炭回收率,减少巷道压力,也有利于预防煤柱型冲击矿压的发生。     

中兴矿沿空留巷工作面矿压显现规律研究

针对中兴矿沿空留巷工作面开展了矿压监测工作,通过分析液压支架工作阻力的变化和回采巷道的变形量,研究了工作面的矿压显现规律和二次采动巷道的变形规律。结果表明:工作面受二次采动影响巷道一侧的动载系数最大,达到了1.757,矿压显现最为明显;工作面两端周期来压持续时间较长,为中间位置持续时间的2.4~2.6倍,是周期来压影响的主要部位;工作面由于布置抽采巷而局部高度增加时,抽采巷附近区域周期来压现象不明显,会一直处于较高的顶板压力作用下,是工作面顶板管理的重点区域;回采巷道的两帮收敛量是顶板下沉量的2.28~3.38倍,帮部支护需要重点关注;沿空留巷采动影响剧烈区为工作面前方10m以内,采动影响区为工作面前方10~50m,该区域内工作面的矿压显现对巷道围岩变形起到一定的预示作用。     

某矿孤岛工作面冲击危险分析及其监测

孤岛工作面及其周围巷道附近应力集中程度高,顶板运动剧烈,再加上地质构造的影响,采深较大时,冲击危险程度就很高,很容易引发冲击矿压。文章就是在分析孤岛工作面覆岩运动和煤岩体支承压力的基础之上,对某矿23上07孤岛工作面进行冲击危险分析,划定可能存在冲击矿压的危险区域,提出早期预报;然后通过电磁辐射和钻屑法的监测进行及时预报,并根据预报结果采取相应的防治措施。     

孤岛工作面掘进期间冲击危险性分析及防治

禾草沟煤矿50113工作面为501盘区东翼两侧跳采所形成的孤岛工作面,煤岩体应力集中程度较高,上覆100 m范围内顶板岩层存在多层厚度较大的砂岩顶板,其破断运动有可能诱发冲击地压。根据50113工作面两侧采空区地面坍塌情况,该工作面顶板有可能形成短臂“T”覆岩结构,工作面开采时矿压显现较为剧烈,冲击危险性较大。通过综合指数评价、多因素耦合评价确定了孤岛工作面开采冲击危险程度,提出了区域与局部相结合的冲击危险监测方法,同时结合矿井实际,提出利用顶板定向水力致裂对上覆坚硬顶板进行弱化的方法。针对预卸压后的应力异常区,采取大直径钻孔、煤体爆破进行补强卸压,确保了孤岛工作面安全开采。     

孤岛充填工作面初采致冲力学机理探讨

孤岛充填工作面由于要控制采空区顶板下沉而导致工作面煤体支承压力分布变得复杂,造成冲击危险性评估方法不同于常规工作面,为了提供充填回收孤岛煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据,以山东某矿孤岛充填工作面为背景,通过对孤岛煤柱覆岩结构及演化特征进行研究,建立了孤岛充填开采条件下“充填体-煤柱-顶板”力学模型,得到了充填工作面超前支承压力估算方法,提出了孤岛充填工作面煤体冲击失稳的判据。研究结果表明:① 采空区充填效果决定了上覆岩层下沉运动的空间以及与两侧采空区覆岩发生水平联动的范围,是影响孤岛煤柱覆岩结构演化特征的关键因素;② 受回采巷道切割及大直径钻孔卸压工程的影响,工作面煤体承载能力呈现明显的区域差异性,弹性承载区煤体是上覆岩层传递载荷的主要承载体,工作面开采边界条件和回采巷道布置方式是影响工作面煤体静态稳定性的主要控制因素;③ 充填材料受到采空区顶板下沉运动中压应力作用下发生压缩变形,当顶板和充填材料达到力学平衡时顶板下沉运动终止,充填材料固结体压缩变形量和弹性模量是影响工作面煤体动态稳定性的主要控制因素;④ 决定孤岛充填工作面冲击危险性的关键因素是工作面弹性承载区煤体静态支承压力和采空区顶板下沉量。针对这类冲击地压的致灾机理,通过煤层注水、高压水压裂及优化工作面布置以降低工作面弹性承载区煤体静态支承压力和提高采空区充填率、优化充填材料固结体压缩性能以减小采空区顶板下沉量等措施,可有效降低孤岛充填工作面的冲击危险性。该研究成果可为类似开采条件下冲击地压的防治提供参考。     

浅埋冲击危险性加长工作面坚硬顶板控制研究

为实现冲击危险性加长工作面坚硬顶板的有效控制,采用支架压力监测、微震监测、数值模拟和综合指数评价的方法,开展加长工作面坚硬顶板条件矿压显现规律现场实测、煤柱上方顶板处理范围的数值计算以及工作面冲击地压危险评价,并进行了现场实践。研究表明,加长工作面具有中等冲击危险,坚硬顶板活动剧烈程度、应力变化、巷道变形具有区域性,在"单面见方"等区域,坚硬顶板岩层能量集中释放,巷道变形量大,煤柱应力集中程度高,确定了不同区域坚硬顶板处理范围,开展了超前深孔预裂爆破的现场实践,使坚硬顶板问题与冲击地压危险得到有效地控制。     

孤岛工作面区段煤柱留设及支护参数优化

禾草沟煤矿50113工作面是501盘区东翼两侧跳采所形成的孤岛工作面。煤岩体应力集中,上覆岩层存在多层厚硬砂岩顶板关键层。该工作面受顶板破断、顶板自重及煤柱宽度留设不当等影响可能发生冲击动力现象。针对50113孤岛工作面可能存在的冲击危险,采用数值模拟、理论分析以及现场实践确定合理的煤柱留设宽度,降低孤岛开采应力集中程度;同时对巷道支护参数的防冲能力进行验算,根据验算结果制定合理的巷道加固方案,确保巷道支护强度满足防冲能力;通过留设合理煤柱宽度、加固支护强化巷道防冲能力,有效降低工作面冲击危险程度,保证工作面的安全开采。     

深井冲击地压回采巷道围岩变形破坏规律研究

为了掌握深埋坚硬特厚煤层冲击地压作用下的巷道围岩变形规律,为深部矿井深化冲击地压防治提供依据,采用理论分析、FLAC3D数值模拟及现场试验等综合手段,研究了胡家河煤矿回采期间受冲击地压影响的402102工作面回风巷围岩冲击变形破坏机制及破坏规律。研究结果表明：深部条件下回采扰动达到一定程度后,巷道围岩变形会急剧增长,距离工作面越近,变形变化趋势越大,顶板围岩受超前支护影响变形趋于平缓,最大围岩位移量达180mm|在距离工作面前方45～55m范围内,巷道围岩受采动影响剧烈,围岩变形明显,主要表现为顶板及煤柱侧围岩变形,且顶板围岩塑性区破坏深度达3m以上。     

深井冲击地压回采巷道围岩变形破坏规律研究

为了掌握深埋坚硬特厚煤层冲击地压作用下的巷道围岩变形规律,为深部矿井深化冲击地压防治提供依据,采用理论分析、FLAC3D数值模拟及现场试验等综合手段,研究了胡家河煤矿回采期间受冲击地压影响的402102工作面回风巷围岩冲击变形破坏机制及破坏规律。研究结果表明：深部条件下回采扰动达到一定程度后,巷道围岩变形会急剧增长,距离工作面越近,变形变化趋势越大,顶板围岩受超前支护影响变形趋于平缓,最大围岩位移量达180mm|在距离工作面前方45～55m范围内,巷道围岩受采动影响剧烈,围岩变形明显,主要表现为顶板及煤柱侧围岩变形,且顶板围岩塑性区破坏深度达3m以上。     

近距离房采煤柱下回采巷道失稳机理数值模拟研究

近距离房采煤柱下长壁开采将受到工作面顶板动压和上覆煤柱集中应力的共同影响,导致工作面剧烈来压从而引发回采巷道失稳事故。针对神东矿区大柳塔矿22202工作面潜在的巷道失稳事故问题,采用数值模拟研究了房采煤柱下长壁开采顶板的应力演化及运动规律,分析了回采巷道围岩的应力和变形特征。研究结果表明,工作面进入房采煤柱下方后,支承应力峰值点超前工作面距离会显著减小,造成超前支承峰值和工作面的顶板力叠加,在顶板来压和叠加应力共同作用下将引发巷道失稳事故;在房采煤柱采空区边缘前后20m范围内顶板运动和应力分布不稳定,巷道失稳事故发生的规律性差;远离采空区边缘60m后,顶板来压周期性明显,巷道失稳事故会周期性地发生。     

大倾角煤层长壁开采覆岩空间活动规律研究

针对大倾角煤层长壁开采覆岩变形、破坏和运移规律复杂,对工作面安全开采影响大等问题,采用现场实测、数值模拟和相似材料模拟,研究总结了大倾角煤层长壁开采直接顶、基本顶和高位岩层空间的变形、破坏和运移规律。结果表明:大倾角煤层走向长壁机械化开采过程中,沿倾斜方向采场顶板低位岩层与高位岩层均呈现出非对称力学特征,且破坏运移呈现出时序性和不均衡性。沿工作面倾斜方向中、上部区域内"三带"特征明显,且层位较高,而下部则顶板岩层没有明显的"三带"特征或"三带"形成的层位较低且不完整;多区段、多煤层开采时,上覆岩层影响程度远大于单一煤层,且具有一定冲击性。     

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。     

中厚煤层窄煤柱沿空掘巷围岩稳定性研究

以恒源煤矿487工作面窄煤柱沿空掘巷为工程背景,基于该矿工程实况采用理论计算、数值模拟等手段综合确定487工作面回风巷最优护巷煤柱宽度为5m;基于数值模拟分析了487工作面回采后沿空掘巷超前段顶板、实体煤以及煤柱内围岩应力分布、围岩变形与塑形区演化特征,针对性提出了高强锚杆索组合非对称支护技术,并分析了巷道支护应力场的...     

房柱式采空区下长壁工作面覆岩宏观变形特征研究

基于鄂尔多斯矿区房柱式采空区下长壁工作面回采实际情况,采用理论分析、现场实测和数值模拟相结合的方法,对该条件下工作面覆岩宏观变形特征进行了研究。结果表明,房柱式采空区下长壁工作面顶板结构呈现上部大结构和下部小结构的特征,大结构和小结构交互影响,导致支架循环末阻力和来压判据较实体煤下和长壁采空区下都大,遗留煤柱下方工作面煤壁处存在应力集中异常区,工作面片帮和切顶危险增加,更易导致采场支架失稳。     

高强度超长推进距离工作面双巷布置沿空掘巷机理

为综合解决超长推进距离工作面双巷布置回采率低、二次采动巷道维护困难与沿空掘巷需要跳采等几个问题,提出了"一种超长推进距离工作面的沿空掘巷开采方法",并确定了其应用的几个关键参数;采用理论分析与现场实测两种方法,确定在距采空区12 m的位置布置沿空掘巷,掘进工作面滞后本回采工作面距离不小于1 200 m,超前下一回采工作面不小于190 m,即可避免采-掘-采之间的相互干扰;结合实际工程背景条件下,确定原双巷布置留40 m煤柱,二次采动影响巷道会出现大变形与破坏,无法满足生产要求,而采用沿空掘巷技术在保证使用要求的前提下,单个工作面即可取得巨大的经济效益。研究结论可为具有类似地质与开采技术条件的矿井提供一定的借鉴。     

活鸡兔井极近距离煤层煤柱下双巷布置研究

针对大柳塔煤矿活鸡兔井极近距离煤层同采工作面回采巷道的合理布置问题,采用数值模拟及现场实测方法,就层间距小于2 m极近距离煤层煤柱下的双巷布置进行了研究。结果表明:当区段煤柱宽度为20 m时,煤柱下双巷布置适用的埋深应小于100 m;当区段煤柱宽度为35 m时,煤柱下双巷布置适用的埋深应小于150 m。据此,将活鸡兔井三盘区极近距离煤层双巷布置于35 m宽的区段煤柱下,实际使用后巷道历经3次采动影响的累积变形量仅为50 mm,巷道无需维护即能保持正常安全使用,为类似浅埋极近距离煤层的安全高效开采提供参考。     

水力压裂技术在二次动压巷道卸压中的应用

保德煤矿8号煤层三(上)盘区位于井田南侧,该盘区靠井田南侧边界段受古河流冲刷影响,老顶为较厚的含砾粗砂岩,该区域回采期间工作面矿压显现明显,回采后会导致相邻工作面二次采动巷道变形严重。为减小相邻工作面巷道变形,采取了水力压裂技术,通过“切断”传递力的关键层,降低二次动压巷道变形。实践证明,81307胶带顺槽(对应81308一号回风顺槽13~14联巷段)水力压裂预卸压技术有效解决了81308一号回风顺槽二次动压巷道在相邻81307工作面采动后的留巷难题,同时节约了巷道维护工程量。     

综放工作面过上覆集中煤柱应力区支护技术探析

以8102孤岛小煤柱综放工作面为研究背景,针对该工作面受上覆集中煤柱应力影响,巷道变形严重的问题,提出在采煤侧煤帮施工卸压孔、底板开卸载槽、地面水力压裂、巷道顶板补强支护以及单体柱超前支护加固技术和工艺,有效降低强矿压给回采工作面带来的安全风险,实现工作面的安全回采.     

柠条塔煤矿大采高工作面110工法挡矸支护实践

在大采高的切顶留巷无煤柱开采(长壁开采110工法)过程中,对垮落的顶板进行挡矸支护形成采空区侧巷帮,而工作面顶板岩体在垮落至底板时变破碎且动能较大,给留设巷道采空区侧的巷帮支护带来很大困难。结合柠条塔煤矿的实际工况条件,以挡矸支护作为采空区侧破碎巷帮的关键支护技术,在现场试验了9种挡矸支护方案,通过对比得到挡矸效果较好的支护方案。碎石帮挡矸支护技术有效防止了垮落矸石蹿入巷道内,对人员和设备的安全提供了重要保障。该研究结果可为类似条件下巷帮支护设计提供参考,同时对切顶留巷技术的进一步推广具有重要意义。     

采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制

采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面13311回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。研究表明,13311回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。为改善13313回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式,将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于20 m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到20 m以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。据此,在13313回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻13311工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250～300 kN,约为其破断力的50%,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形;13313回风巷顶底板移近量为400 mm左右,两帮移近量为300 mm左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层13号煤层13313工作面回采时,因工作面上方11号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。