倾斜煤层综放沿空留巷围岩稳定性模拟研究

以倾斜煤层综放工作面为研究对象,运用数值模拟的方法,从技术因素和地质因素2个方面,对煤层刚度、煤层埋深以及巷旁充填体强度不同时,沿空留巷围岩应力和位移随下区段工作面推进的动态分布和变化规律进行了模拟研究,以揭示不同工况条件对巷道围岩稳定性的影响规律。结果表明:煤层刚度越大,巷道围岩变形量越小,但两帮垂直应力越大;煤层埋深越大,巷道变形量和两帮垂直应力越大,但煤层埋深对煤层底板及巷旁充填体的影响相对较小;随巷旁充填体强度的增大,实体煤壁侧的垂直应力受影响较小,巷旁充填体侧垂直应力逐渐增大,巷道顶板和巷旁充填体侧位移逐渐减少,巷道底板和实体煤壁侧位移量逐渐增加。     

综放开采沿空留巷围岩变形特征

为研究综放开采沿空留巷围岩变形特征,以山西铺龙湾煤业有限公司4102综放工作面为工程背景,从理论层面分析了沿空留巷围岩大变形机理,发现4102综放工作面沿空留巷围岩发生大变形主要原因是基本顶关键块体断裂回转使留巷位置由低值应力区变为高值应力区,在此基础上采用FLAC3D软件对沿空留巷围岩应力分布规律及变形特征进行分析。结果表明在支护初期巷旁支护体垂直应力为1.5 MPa,巷道围岩水平位移极小,当基本顶发生断裂后,巷旁支护体垂直应力增加,最大达3.22 MPa,此时的变形速率也达到最大,随着上覆岩层触矸,巷道围岩垂直应力及两帮变形速率也逐渐稳定。     

综放工作面沿空留巷合理巷道参数的数值模拟

为有效降低巷道掘进工程量、提高煤炭资源回收率,文章以南阳煤矿3206综放工作面进风巷沿空留巷工程为背景,通过数值模拟、现场实测的方法,分析了不同留巷宽度、巷旁支护宽度条件下巷道围岩的变形特征,确定了综放沿空留巷的合理巷道参数,主要得到如下结论：1）巷道顶板、底板整体呈现中部垂直变形大、两端垂直变形小的非对称变形特征,且巷旁充填帮侧的顶板垂直变形明显大于实体煤帮的顶板垂直变形;2）巷道巷旁支护帮与实体煤帮整体呈现上部水平变形大、下部水平变形小的变形特征,即巷道顶板侧巷道帮部的水平变形明显大于巷道底板侧巷道帮部的水平变形;3）当留巷宽度为3600mm、巷旁支护宽度为1400mm时,巷道最大顶板下沉量、底板鼓起量、巷旁支护帮变形量和实体煤帮变形量分别为117.76mm、-0.94mm、53.24mm和38.37mm,均最小;4)3206综放沿空留巷的合理留巷宽度为3600mm,合理巷旁支护宽度为1400mm,经现场实践表明,巷道围岩变形小,留巷效果良好。     

切顶条件下综放沿空留巷充填体承载特征及合理宽度研究

超前工作面致裂顶板卸压配合巷旁充填的留巷方式,是解决综放工作面留巷难的有效途径之一,而巷旁充填体参数合理化设计是该留巷方式成功的关键。构建切顶高度范围内采空区等效承载本构关系,推导切顶条件下综放沿空留巷充填体支护阻力表达式,结合赵家寨矿12209工作面沿空留巷的工程地质条件,计算充填体合理宽度和变形量范围。基于对切顶高度范围内采空区承载本构关系的数值反演,揭示充填体承载特征并确定充填体合理宽度值。研究结果表明：采空区断裂岩层与矸石经历由接触到逐渐压实的过程中,采空区压缩位移不断增大,充填体支护作用不断减小;理论计算得到充填体最小宽度为1.95 m;随着工作面推进,充填体承载力呈先急剧增长、再快速增长、最后稳定3个阶段变化,并与采空区矸石承载特征保持协调关系;确定赵家寨矿12209综放工作面充填体合理宽度为2.2 m,工程实践表明,巷道围岩稳定性较好,实现了对该类巷道围岩稳定性控制。     

综放大断面沿空留巷技术研究

概述 针对综放沿空留巷特点和技术难点，运用采动岩体关键层理论建立了综放沿空留巷围岩的结构力学模型，为综放大断面沿空留巷技术整体合理设计奠定理论基础；以大断面全煤巷道高强锚杆支护技术为基础，将传统的在巷旁采空区实施的巷旁充填工艺，变革为在巷道内采空区侧实施的巷内充填工艺，这样既保证了顶煤的完整性与煤帮的稳定性，又保证了充填工艺系统更安全和易操作；同时，为更有效地控制长距离充填体的整体稳定性，对充填体实施了空间锚栓加固，大幅度提高了充填体的强度和抗变形能力。     

综放开采沿空留巷矿压观测研究

以常村煤矿S2-6综放沿空留巷为例，分析沿空留巷后巷道表面位移以及充填体的承载与变形规律。结果表明，留巷前以及工作面回采影响期间巷道顶板、两帮及充填体是稳定的。研究结论对进一步推广综放沿空留巷技术具有指导意义。     

综放开采沿空留巷矿压观测研究

以常村煤矿S2-6综放沿空留巷为例,分析沿空留巷后巷道表面位移以及充填体的承载与变形规律。结果表明,留巷前以及工作面回采影响期间巷道顶板、两帮及充填体是稳定的。研究结论对进一步推广综放沿空留巷技术具有指导意义。     

顶板减沉沿空留巷技术研究与应用

为解决新安矿沿空留巷变形严重、围岩稳定性无法保障等问题,结合8#煤层综三工作面地质条件,进行顶板减沉沿空留巷技术研究。该研究以自主研发的粉煤灰基胶结材料构筑巷旁充填体,超前工作面于巷旁支护采空区侧施工顶板深钻孔,弱化充填体及采空区上方顶板联系。数值模拟表明该技术的应用使巷旁充填体侧顶板下沉量及其帮变形量分别降低了44%和27%;现场应用效果表明该技术极大改善了新安矿沿空留巷围岩控制效果。     

综放沿空留巷充填工艺设计实例分析

介绍了厚煤层综放沿空留巷充填体工艺设计的方法，并结合实例进行了效果分析，提出综放沿空留巷技术的成功实施关键在于巷旁充填支护的效果。     

新强煤矿沿空留巷巷旁充填体参数确定

通过对巷旁充填体内应力的分布分析,计算出沿空留巷顶板压力及浆液扩散半径;并对现场沿空留巷巷旁充填体进行试验观测,研究巷旁充填体参数及巷旁充填体承载特性,对充填体变形特征、充填体受力特征、巷道围岩变形特征进行了分析。结果表明:充填浆液的扩散半径大致为5 m左右;随着距离回采工作面距离的不同,巷旁充填体内载荷的变化趋势大致可分为3个阶段;留设巷道顶底板的活动剧烈程度与工作面距离有关,进而导致巷道顶底板移近量不同。     

高水充填沿空留巷技术在综采工作面的应用研究

沿空留巷巷道30207回风巷受采空区覆岩运动影响,围岩变形量大,需采用高水材料对沿空留巷巷旁进行充填加固。通过建立力学模型,初步计算得到充填体参数,并结合工作面地质条件,沿着走向开始施工宽为1.5 m、高为4.0 m的沿空留巷充填体。充填施工后通过监测巷道围岩变形量可知,沿空留巷巷旁高水材料充填效果明显,能够保证巷道围岩的稳定性。     

沿空留巷巷旁充填体宽度与支护技术研究

为解决沿空留巷围岩易产生破坏变形问题,以神东煤炭集团锦界煤矿31115综采工作面沿空留巷为研究对象,对沿空留巷的设计、支护展开研究。研究结果表明:沿空留巷巷道围岩受采空区引起的不均匀载荷影响,处于不稳定的高应力状态下,会持续发生变形乃至破坏。针对沿空留巷巷道围岩易发生破坏变形的机理,确定巷旁充填体合理的宽高比及巷道补强支护参数。     

沿空留巷围岩稳定原理与控制技术研究

建立了沿空留巷上覆岩层结构力学模型,根据沿空留巷围岩载荷和变形特征,将沿空留巷分为3个阶段。研究得到沿空留巷围岩稳定机理:1巷内支护采用高阻让压支护,提高沿空留巷围岩承载能力和抗变形能力;2在采空区顶板破断和沿空留巷围岩应力调整的剧烈阶段采用高阻力巷内让压加强支护;3构筑的巷旁支护体具备:快速增阻并有较大的切顶阻力和变形能力,在上覆岩层剧烈活动阶段能有效切断采空区侧一定高度的顶板、冒落矸石有效支撑上位顶板,确保沿空留巷处于卸压状态;在上覆岩层活动趋于稳定阶段,巷旁支护体有一定的后期支护阻力,适应沿空留巷围岩一定变形与应力调整。工程实践表明:巷内采用锚杆、锚索支护,回采工作面后方应力调整剧烈阶段采用高阻力、让压巷内加强支护,采用高水材料构筑巷旁充填体,可适应沿空留巷围岩活动规律,有效控制巷道围岩变形,适当卧底后满足第2个工作面安全回采的使用要求。     

窄高水材料巷旁充填沿空留巷围岩偏应力演化及控制

为了解决高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩破坏严重及难以控制的问题,以登茂通公司2202综采工作面1.4m窄高水材料巷旁充填沿空留巷为工程背景,基于实验室实验测试了水灰比为1.6∶1高水材料的强度特征,通过数值模拟及现场工程试验研究了高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩偏应力分布规律及其失稳破坏机制。结果表明：①随着超前工作面距离的不断增加,偏应力峰值带位置逐渐发生偏转,偏应力峰值大小逐渐减小,越靠近工作面采动影响越剧烈|②超前工作面40m范围内的巷道围岩偏应力峰值带主要集中在巷道右上肩角与左下肩角,超前工作面距离大于50m时的围岩偏应力峰值带主要集中在巷道顶底板围岩深部处,且近似呈对称状分布|③工作面回采且留巷完成后,留巷围岩偏应力峰值主要集中于实体煤帮与实体煤侧顶板处,支护时需保证锚索杆体穿过实体煤帮及顶板围岩偏应力峰值带位置。基于此提出高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩采用“顶板全锚索支护+巷内三排单体支柱+实体煤侧补强锚索加固+巷旁高水材料充填墙”对拉预紧锚杆并辅以单体柱护墙+采空区侧单体柱撑顶并辅以锚杆加固顶板的分区域非对称综合控制技术,通过现场工程实践证明了留巷围岩控制技术的合理性,保障了高水材料窄巷旁充填沿空留巷的稳定性。     

坚硬顶板下沿空留巷巷旁充填体合理宽度研究

对于使用沿空留巷技术而言,巷旁充填体宽度是其控制巷道围岩变形的关键参数之一,特别是在坚硬顶板条件下,巷旁支护体合理宽度的确定就成了巷旁支护系统发挥最大支护作用的关键因素。以山西铺龙湾煤业有限公司4102综放工作面为工程背景,综合运用理论分析与数字模拟,对支护体合理宽度进行了研究分析。结果表明,4102综放工作面沿空留巷巷旁支护体宽度应控制在1.84.15 m范围内,当支护体宽度为4 m时巷道变形量最小,支护效果最好,能够保证矿井实现安全高效生产。     

高瓦斯综采工作面沿空留巷充填体宽度优化

针对潞安余吾矿区巷旁充填体的沿空留巷现场充填宽度不足,导致巷道稳定性得不到保证且巷道变形较大的问题,理论分析了综放尾巷留巷巷旁充填体的受力特点和变形特征,并利用FLAC~(3D)对沿空留巷期内围岩变形特征进行数值模拟,确定了巷旁充填体的最优充填宽度。结果表明:巷旁充填体对巷道围岩的作用具有在短时间内可达到高强度、高阻力状态,并具备上佳的变形性能,从而实现非采煤帮、充填体和冒落矸石共同承但围岩压力;巷旁充填体宽度取值为1.5 m时,此时充填体宽度无应力集中向少应力集中的过度,峰值应力变化最为明显从8.3MPa增加到12.6 MPa,在此情况下,巷道围岩变形量较小,观测点实测结果显示,顶底板移近量分别为331.3 mm和280.7 mm,两帮移近量分别为225.4 mm和171.7 mm,巷道围岩变形主要以顶板下沉为主,沿空留巷段巷旁支护基本满足围岩控制要求。     

无煤柱开采沿空留巷技术在巍山煤业的应用

沿空留巷是一类特殊的回采巷道,它的形成过程是随本工作面推进,在一条回采巷道内沿采空区边缘采用一定的材料构筑巷旁支护体,不断切断采空区侧顶板,并与巷内支护体共同维护该巷道的稳定,作为邻近工作面的回采巷道。巍山煤业使用高水充填材料巷旁充填的方式,成功地进行了无煤柱开采试验,为类似条件下的无煤柱开采沿空留巷提供了参考。     

综放工作面沿空留巷巷旁充填工艺与矿压监测研究

为解决综放工作面煤柱留设宽度大、上隅角瓦斯超限问题，以野川煤矿3205工作面为研究对象，采用理论分析、数值模拟、现场试验相结合的方法，研究了沿空留巷巷旁充填工艺，建立了沿空巷道矿压监测方案，分析了巷道围岩变形特征与巷旁充填体强度。研究结果表明：充填体参数的最优选择为充填体宽度1.5 m,充填体强度为25 MPa。为了验证沿空留巷运行效果，对留巷段变形量与充填体强度进行监测，设计了相关的测站布置与监测方法，得出了沿空巷道总高最大变形量为0.5 m,总宽最大变形量为0.6 m,巷道运行效果较好，可以满足矿井的应用要求。该研究内容为具备类似采矿地质条件及工程难题的矿井提供了技术借鉴。     

深部充填沿空巷道护巷煤(岩)体受力特征及稳定性分析

为研究深部充填工作面沿空巷道护巷煤(岩)体受力特征及其稳定性,以山东新巨龙矿1302N-2#充填工作面为工程背景,通过理论分析、数值模拟和现场实测对沿空巷道护巷煤(岩)体受力特征和围岩变形进行分析和研究。结果表明:通过得出的护巷煤(岩)体的最小宽度计算公式和沿空巷道所受应力初步确定了留巷矸石墙和掘巷煤柱宽度;充填开采留巷围岩变形主要受充实率影响,充实率越小,护巷矸石墙宽度越大,留巷越不稳定,保持留巷稳定的充实率需达86%;采空区充填沿空掘巷时,煤柱越宽其所受垂直应力越大,结合巷道变形和现场实际充实率确定沿空掘巷煤柱留设为5 m。工程实践表明,沿空留巷不能满足使用要求的主要原因是充实率不足,采用所确定的留(掘)巷参数,巷道变形量在合理范围内,证明了所选参数的正确性。     

长综放工作面沿空留巷变形规律及控制技术研究

为研究长综放工作面回采时的巷道围岩变形规律,针对长综放工作面沿空留巷超前压力大、变形破坏明显等问题,采用理论分析、数值模拟及工业性实验的方法,对长综放工作面沿空留巷破坏特征与围岩应力分布进行分析,得出巷道应力分布以及变形规律,并对现有的支护方案进行优化.通过分析古城煤矿综放工作面沿空留巷围岩变形以及应力转移情况,提出顶板超前"一梁三柱"支护并补打顶锚索、煤帮补打短锚索的补强方案.应用结果表明,采用该方案后,巷道底鼓变形最大值为200 mm,煤帮鼓出量约为80mm,整体支护效果良好.