特厚煤层沿空掘巷力源结构特征与围岩协同控制策略

14～20 m特厚煤层小煤柱沿空掘巷围岩控制是当前煤矿巷道支护领域的难题之一.以山煤国际晋北矿区典型的19 m特厚煤层孤岛综放面小煤柱沿空掘巷工程为研究对象,分析了特厚煤层覆岩应力拱、断裂拱大结构特征以及基本顶侧向破断运动规律,建立了特厚煤层沿空掘巷“双力源”结构模型,揭示了“双力源”传递作用机理及其对沿空掘巷围岩稳定性的影响规律,提出了“远场弱化-近场强化”协同控制治理策略,开展了19 m特厚煤层8 m小煤柱沿空掘巷围岩控制现场试验.结果表明：特厚煤层沿空掘巷强矿压显现源于小煤柱侧Ⅰ型力源和实体煤侧Ⅱ型力源叠加作用;采用小煤柱侧(Ⅰ型)和实体煤侧(Ⅱ型)力源结构“水力压裂+深孔爆破”复合弱化后,基本顶周期来压步距降低了约69.6%,有效阻断了采动应力向围岩传递;通过“远场弱化-近场强化”协同控制技术,有效控制了特厚煤层沿空掘巷掘进与回采期间围岩稳定.研究成果为14～20 m特厚煤层小煤柱工作面安全高效开采提供了一定的理论依据与技术支撑.     

变宽沿空窄煤柱巷道围岩变形机理及控制技术研究

针对苏村煤业150101工作面回风巷掘进期间巷道围岩严重变形的情况,采用数值模拟、理论分析等方法对巷道变形破坏特征和破坏机理进行了分析。结果表明:护巷煤柱宽度不同,对沿空巷道围岩的应力分布及变形有较大影响,过大和过小的煤柱尺寸均不利于巷道围岩的稳定;苏村煤业150101工作面回风巷合理的煤柱宽度为5~6 m。在此基础上,结合合理的煤柱留设宽度,提出了变宽沿空窄煤柱巷道分段围岩稳定控制技术,对不同煤柱宽度进行分段,针对各个分段特征进行不同强度的支护。工业性试验结果表明,采用分段支护技术后,各分段沿空巷道围岩变形获得很好的控制效果,在类似地质条件下可以推广应用。     

上层煤柱下综放沿空回采巷道矿压规律研究

为揭示上层残留煤柱下综放沿空回采巷道矿压显现规律,有效控制围岩变形,根据阳泉一矿8902综放面地质与开采条件,结合现场沿空回采巷道矿压观测结果,应用FLAC3D数值模拟计算分析回采巷道塑性区发育及应力分布情况.研究表明,综放回采巷道在上层残留煤柱影响与本层煤回采引起的应力重新分布耦合作用下,回风巷两帮及顶底移近量高达1985,1877mm,局部断面不足2m2,严重制约了工作面安全高效生产,采取合理布置回采巷道及减小区段煤柱宽度等措施可有效维护巷道.     

特厚煤层综放工作面沿空掘巷小煤柱合理宽度留设研究

为了研究特厚煤层综放工作面沿空掘巷小煤柱合理留设宽度,以麻家梁矿14203-1胶带运输巷为研究对象,通过理论计算和数值模拟研究,得到麻家梁矿14204采空区稳定后侧向支承应力降低区范围,为0～12 m,并分析3,5,7,9,11 m等不同煤柱宽度下煤柱塑性区分布和垂直应力分布特征.结果表明:煤柱宽度小于7m时,煤柱全部...     

极近距离煤层回采巷道合理位置确定

在曹村矿10#与11#极近距离煤层开采地质条件基础上,对上位10#煤开采后底板破坏深度及遗留煤柱下方应力分布情况进行了力学计算分析.计算结果表明,10#煤开采后引起的超前支承压力,对其底板最大破坏深度为26.1m,是两层煤间距的2.8倍;煤柱底板的应力分布具有显著的非均匀性.为了衡量煤柱下方底板内应力场的非均布情况,定义了应力场变化率系数ξ.考虑1.5倍的安全系数,并结合采用均布载荷计算得出的错距和底板破坏情况,确定11#煤209工作面回采巷道合理内错距为7.5m.现场应用表明,确定的内错7.5m布置较为合适,巷道支护效果较好,未出现强烈的矿压显现.     

超长"孤岛"综放面大煤柱护巷的数值模拟

基于兖矿集团兴隆庄4324超长“孤岛”综放工作面开采条件，采用离散元数值计算程序UDEC3．0，模拟研究了不同宽度煤柱护巷条件下巷道围岩的应力分布和变形特征，分析了不同宽度煤柱的承载状况和应力峰值区的位置．研究表明，采用20m大煤柱维护巷道，可以改善巷道围岩应力环境；煤柱的承载能力适应超长“孤岛”综放工作面顶板的活动规律；围岩变形量小；能够保障巷道的整体稳定性和有效断面．通过现场实测，讨论了大煤柱维护巷道的矿压显现规律和对巷道的良好维护效果．     

煤矿孤岛面顺槽掘进窄煤柱支护技术分析

淮南矿业集团顾桥煤矿1116（1）工作面运输顺槽为沿空掘进巷道,并受上方1117（3）工作面回采采动影响。为研究巷道在上方工作面回采时围岩变形特征、围岩应力分布及矿压显现规律,特在采动范围内设置一系列矿压观测点对巷道两帮变形、锚杆锚索及木点柱载荷进行持续观测,为将来巷道的支护提供可靠的分析数据。     

护巷煤柱宽度与巷道围岩变形的关系

本文在分析研究大量受采动影响巷道的矿压显现规律和围岩变形的基础上,提出了巷道在采动期间的围岩变形量,以及采动稳定期间的围岩变形速度同护巷煤柱宽度之间的关系,并得出巷道服务期间的围岩变形总量与护巷煤柱宽度之间的关系式,为选择护巷煤柱宽度提供主要依据。     

火成岩侵入特厚煤层巷道支护技术研究

针对大同矿区石炭系火成岩侵入特厚煤层大断面巷道稳定控制难题,分析巷道围岩变形破坏特征,并提出相应的控制方法。现场煤岩体原位强度测试以及巷道变形观测分析表明,受火成岩侵入后,煤体硅化易碎,黏聚力和内摩擦角显著减小,火成岩侵入特厚煤层巷道围岩表现出结构性流变特性。基于此,提出了高预应力让压支护技术,并在塔山矿二盘区回采巷道开展了工程应用,能有效控制了火成岩侵入特厚煤层巷道围岩的结构性流变。     

窄煤柱沿空掘巷巷道围岩变形影响因素及非对称支护技术研究

为确定窄煤柱沿空掘巷巷道围岩变形影响因素和围岩控制方案,以晋能控股集团煤业集团有限公司隆博煤业有限公司8507工作面回风巷为工程背景,基于正交试验和FLAC3D数值模拟试验对沿空掘巷巷道围岩变形影响因素、不同条件下巷道围岩变形特征、4～10 m不同宽度煤柱的塑形区破坏范围、巷道围岩应力分布和顶板位移特征进行研究.结果表明:在煤柱宽度、煤体内聚力、煤体内摩擦角、直接顶厚度和顶板强度5种影响因素中,煤柱宽度对巷道围岩变形影响最显著;随煤柱宽度增加,巷道围岩塑性区破坏和变形主要表现在窄煤柱帮、顶板、底板和实体煤侧等部位,塑性区范围变化较小;合理的煤柱留设宽度为8m;巷道围岩变形为非对称性变形,煤柱侧巷道顶板和帮部变形显著大于工作面开采侧的.根据窄煤柱沿空掘巷巷道围岩变形特征,提出"顶板和两帮锚网索+钢带、窄煤柱帮贴帮槽钢梁+注浆加固补强"的非对称支护方案.现场工业性试验结果表明,煤柱留设宽度和支护方案合理,巷道变形后能够满足工作面开采需要.研究结果可为类似地质条件下窄煤柱沿空掘巷巷道围岩控制提供参考依据.     

基于在线监测的三软煤层综采工作面矿压显现规律研究

针对郑州矿区三软煤层出现的煤巷锚杆被剪断、工作面两巷表面位移大和综采工作面矿压显现规律不清晰等情况,以芦沟煤矿32081综采工作面为工程背景,应用KJ21煤矿顶板灾害监测预警系统对该工作面及两巷矿压进行在线监测,分析研究芦沟煤矿综采工作面周期来压步距、巷道围岩显现规律和超前支承应力分布规律。研究得出如下结论:芦沟煤矿选用ZF3000/17/27型液压支架能满足支护要求,综采工作面平均周期来压步距为11.16 m,沿空掘巷煤柱最佳宽度为3 m,综采工作面两巷超前加固距离不应少于50 m,为矿井综采工作面支架选型和煤巷锚网支护设计提供了科学依据,有效保障了矿井安全生产。     

近断层深埋巷道掘进变形破坏规律

深埋巷道掘进遇到断层时,其围岩变形破坏特征发生极大变化,严重影响安全生产。为此,以海石湾煤矿一条深埋进风巷道为例,研究其临近断层掘进过程中围岩应力、位移、塑性区和剪应变演化特征,分析断层倾角、破碎带宽度和侧压力系数对巷道围岩稳定性的影响。结果表明：当深埋巷道与断层净间距小于5 m时,随着深埋巷道掘进移近断层,巷道周边塑性区岩体剪应变逐渐增大,进而导致深埋巷道围岩位移呈指数式增长;随着侧压力系数增大,深埋巷道顶底板塑性区破坏深度逐渐增大,帮部则出现先减小后增大的变化规律;当深埋巷道与断层净间距大于5 m时,断层倾角和宽度对深埋巷道围岩位移与塑性区分布影响很小,反之,深埋巷道位移在断层倾角90°时最大,且与破碎带宽度呈指数衰减关系。     

锚固巷道围岩结构动态响应规律研究

针对冲击矿压显现主要发生在巷道的现状,运用理论分析、数值模拟及工程实践等方法,研究了P波作用下锚固巷道围岩与锚杆动态响应规律.结果表明:巷道迎波侧与侧向位置是重点支护位置;应力波作用是迎波侧围岩变形的主导因素,迎波侧锚杆轴应力先小幅下降而后迅速增大,最后稳定在峰值,而主次承载结构不同的动态响应是侧向位置围岩变形的主导因素,侧向位置锚杆轴应力呈"双峰"特性;结合现场分析了围岩层裂垮落与锚杆冲击拉断两种典型的破坏类型,并从改善支护参数和煤岩体强度弱化两方面提出了防冲建议.     

采高对下层煤回采巷道稳定性影响分析

针对近距离煤层下层煤回采巷道布置在应力降低区时,掘进过程中仍出现围岩破碎、局部地段有底鼓的现象,采用理论分析的方法,对不同采高情况下上层煤遗留煤柱上支承压力分布规律进行分析,结合煤矿实际利用计算机对不同采高时下部煤层巷道围岩力学特征进行数值模拟,得出随着采高增大下层煤回采巷道受上层煤采动影响越大,下层煤巷道靠近煤柱一帮破坏越严重,巷道底鼓量越大的规律.为采高变化时下层煤回采巷道支护参数设计提供了依据.     

厚煤层分层开采沿空留巷的矿压显现和支护的研究

本文根据兖州兴隆庄等矿的巷道围岩变形和支架荷载的现场观测。论述了厚煤层分层开采沿空留巷矿压显现的规律。提出了支架合理的工作特性、阻力和缩量。为改进厚煤层无煤柱开采的巷道布置和支护型式提供依据。     

采动高应力区沿空掘巷锚杆破断机理

针对皖北钱营孜煤矿3_216沿空巷道实体煤侧顶板肩窝处锚杆尾部发生大面积破断现象,分析了断裂锚杆分布区域应力分布及塑性区发育特征,并结合锚杆尾部断裂的力学机理分析,探讨了锚杆破断的机理.根据3_216沿空巷道应力分布特征,将其掘进期间分为3个阶段:上区段固定支承压力影响阶段、上区段支承压力未稳定阶段和稳定阶段,发现实体煤侧顶板肩窝处锚杆破断现象集中出现在矿压显现最为强烈的上区段支承压力未稳定阶段.结果表明:塑性区不断扩展是造成该处锚杆所受拉力增大的主要外因,巷道掘进期间的大变形导致钢带位移致使锚杆尾部应力集中,进而引起锚尾产生裂纹.随着实体煤侧顶板浅部围岩塑性区不断发育,锚杆荷载增大,导致旧裂纹扩展并断裂.     

近距采空区下回采巷道非对称变形机理及控制对策

针对山西某矿4~#煤回采巷道掘进后出现的非对称变形严重、支护困难等问题,基于巷道围岩的自稳隐形拱理论,综合工程地质分析、理论力学解析、数值模拟和现场试验相结合的方法,对非对称变形机理和控制对策进行了研究.结果表明：1)上覆采空区和遗留煤柱下方支承应力改变了巷道围岩最大主应力的大小和方向,支承压力的差异性是造成巷道发生非对称变形的主要因素;2)回采巷道的片帮使自稳隐形拱的最大高度由1.74 m增加为2.68 m,最大高度的位置向遗留煤柱侧偏移了0.2 m,巷道两帮非对称变形加剧了巷道整体变形的非对称变化趋势;3)采空区和遗留煤柱下方底板的非均匀应力造成回采巷道围压比增加数倍,回采巷道塑性区呈现非对称蝶形破坏;4)建立了近距采空区下回采巷道自稳隐形拱支护模型,利用预应力锚杆提供主动压应力使回采巷道两帮改变为类刚性结构,并通过锚杆对巷道围岩关键区进行补强,通过自稳隐形拱理论定量化的设计锚杆索合理支护参数,非对称变形问题得到良好控制.     

半煤岩巷锚杆支护参数优化数值模拟研究

随着煤矿开采强度的加大,浅部薄及中厚煤层已逐渐引起关注．薄及中厚煤层中的半煤岩巷进尺较低,成为制约矿井高产高效的瓶颈之一．结合香山公司半煤岩巷的掘进现状,采用数值模拟方法对其支护参数进行优化设计,将锚杆间排距由0．7m扩大为0．9m,巷道围岩塑性区变化不明显,锚杆（索）作用在弹塑性范围内,巷道围岩位移及支护受力在250KN左右．现场工业性试验表明,巷道两帮最大变形量113mm,顶板最大下沉量128mm,稳定后收敛速率小于0．1mm／d;单月进尺达180m,施工段累积节省158．11万元,对同类条件下的半煤岩巷快实现快速掘进有一定的参考价值．     

柠条塔煤矿自动成巷无煤柱开采新方法

为减少巷道掘进量,提高煤炭采出率,削弱因煤柱留设引起的围岩应力集中,提出了一种自动成巷无煤柱开采新方法,并系统总结了该方法的工艺流程和关键技术.在自动成巷无煤柱开采新方法中,巷道顶底板与实体煤侧巷帮由采煤机截割而成,采空区侧巷帮则由采空区垮落碎石堆叠而成,巷道顶板与碎石巷帮的控制是决定成巷效果的关键.基于岩体碎胀特性,提出采用顶板定向切缝技术,优化留巷应力环境,减少上位顶板回转下沉,针对巷道顶板提出以"恒阻大变形锚索+切顶护帮支架"为主的支护方式,针对碎石巷帮提出"侧向动静结合、纵向伸缩让压"的控制理念.最后以柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面为工程背景进行了现场工业性试验,结果表明:采用自动成巷无煤柱开采新方法进行回采,当工作面推进约150m后留巷围岩开始稳定,最终下沉量基本稳定在70mm左右,满足下一工作面的使用要求.现场试验结果验证了自动成巷无煤柱开采新方法可以实现工作面回采无需提前掘进回采巷道、无需留设工作面护巷煤柱的目标,且成巷效果良好,经济效益显著.     

断层带煤岩应力分布特征数值模拟研究

通过FLAC3D软件对演马庄矿掘进巷道过F147断层过程中煤岩内部应力场分布规律进行数值模拟,研究巷道掘进过程中断层附近应力值的变化.模拟结果表明:F147断层带附近煤岩体破碎、裂隙发育,在采动影响下断层"活化".随着距断层面距离的减小,煤层及其顶板岩体破坏程度随之增加,使得断层面附近应力得到释放,断层面处压剪应力集中得以缓解,但是拉应力增大.通过进一步研究,确定了F147断层带的影响范围约为10 m,从而说明该方法能正确模拟巷道掘进过断层过程中煤岩内部应力场分布规律,进而可以有效地指导实践.