基于FLAC~(3D)的沿空留巷巷旁充填体宽度参数研究

余吾煤业瓦斯涌出量大且涌出具有不均衡性,根据余吾煤业复杂地质条件并结合多年开采实践,拟在N2105工作面采用沿空留巷方法治理瓦斯。通过应力分析软件FLAC3D建立沿空留巷立体结构受力特性模型,对沿空留巷巷道顶底板、充填体帮和煤体帮由于受采动影响而造成的屈服应力变形和移动规律进行模拟,研究充填体在强度确定的条件下宽度参数变化时巷道围岩屈服应力和变形的动态发展规律,找出合理参数。结果表明:随着充填体宽度的增加,充填体应力在宽度为1~1.5 m范围内的变化量比在1.5~2 m范围内的变化量要大,顶板下沉量和充填体帮移近量在充填体宽度1~1.5 m范围内的下降幅度要比在1.5~2 m范围内大,确定合理充填体宽度为1.5 m。在N2105工作面现场按照合理参数进行沿空留巷充填体支护,根据周期来压步距建立测站并对沿空留巷巷道顶底板、两帮变形和相对位移进行监测,支护效果达到了可控、安全的围岩稳定性要求。     

大采高沿空留巷围岩变形规律研究与应用

为了研究大采高沿空留巷围岩变形规律,应用FLAC数值模拟软件,分别对充填体宽度为3.0、3.5、4.0 m的大采高沿空留巷的围岩位移进行了数值模拟。结果表明:随着充填体宽度增加,沿空留巷的顶、底板移近量,充填体的纵、横向变形量均逐渐减小;巷道顶、底板移近量由巷道煤壁侧向采空区侧逐渐增大,充填体的纵向变形量由充填体采空区侧向巷道侧呈逐渐增大趋势,充填体采空侧的横向变形量很小,但巷道侧的横向变形量却较大,尤其在距顶板0.8 m左右的位置。     

中厚煤层沿空留巷巷旁柔模混凝土充填体合理宽度研究及应用

针对新景矿3213综采工作面的实际情况,采用数值模拟的方法对中厚煤层沿空留巷巷旁充填体宽度分别为0.8、1.0、1.2、1.5、2.0 m条件下的围岩变形情况进行分析,并通过充填体的承载力进行验算,确定柔模混凝土充填体的合理宽度为1.2 m。3213综采工作面留巷期间基本支护方式为锚杆+锚索+W型钢带+金属菱形网;巷旁采用宽度为1.2 m的柔模混凝土充填体支护,混凝土上安设锚栓与钢带;临时加强支护采用“一梁三柱”的方式,临时加强支护后在充填墙体两侧施工2排锚索。观测结果表明,留巷期间巷旁充填体保持稳定,围岩顶底板及两帮的最大移近量分别为293、211 mm,满足沿空留巷的使用要求。     

大断面沿空留巷巷旁充填体宽度合理化研究

针对某一特定大断面沿空留巷巷旁充填体的宽度设计问题,分析了留巷覆岩运动规律,计算得出基本顶断裂位置及关键块体B的长度,进而建立5个不同充填宽度的数值分析模型,通过巷道围岩移近量及塑性区宽度的对比分析,得出充填体宽度的合理值为2.5m。留巷实践结果表明:采用该充填宽度后实测沿空巷道顶底板移近量在30~170mm之间,两帮移近量在0~250mm之间,巷道围岩控制效果良好,达到了预期的控制目的。     

薄煤层沿空留巷围岩控制技术研究

采用数值模拟和工程实践相结合的方法,揭示了沿空留巷围岩应力分布规律和稳定机理,得出了煤层越薄,煤体承载力越强,越不容易产生应力转移,应力峰值距离工作面煤壁距离约为2.5m等结论,为沿空留巷支护设计提供理论依据。通过分析不同充填体参数,得出宽度1.2m时的巷旁支护体承载变化规律,实现对基本顶稳定性的控制。分析了薄煤层沿空留巷围岩-充填体承载结构底帮失稳特征,提出了相应加强支护方案,对充填体基座底板有效吸收载荷进行了优化,最终实现对沿空留巷围岩的有效控制。     

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。     

富康源煤业切顶沿空留巷合理充填体宽度研究

针对沿空留巷工作面开采时巷旁充填体变形破坏较严重的问题,以富康源煤业2106综放工作面为工程背景,提出“切顶+充填”的协同控制方案,通过理论分析得出切顶条件下巷旁充填体最小宽度为1.9 m,并采用数值模拟确定出合理的充填体宽度为2.2 m.现场应用结果表明,采用沿空留巷协同控制方案后,留巷段围岩稳定性较好,能够满足下个工作面的正常生产需求。     

两硬近距离薄煤层工作面沿空矸石充填留巷研究

为解决两硬(顶、底板均为坚硬岩层)近距离薄煤层沿空留巷巷旁充填体易失稳问题,通过建立充填体承载力学模型及不同充填体强度下留巷围岩塑性破坏数值模拟,认为留巷稳定的临界充填体宽度为2.0 m、抗压强度为23 MPa。实验室试验对充填材料(矸石)性能影响因素的权重、充填体强度特征进行了研究,提出了充填体高效材料配比和充填工艺。现场工程实测数据表明,上述研究得到的充填体宽度、材料配比和工艺参数能有效维护沿空留巷稳定性,较好实现两硬近距离薄煤层沿空留巷技术。     

鑫顺煤矿缓倾斜中厚煤层沿空留巷技术

以鑫顺煤矿4101工作面沿空留巷为工程背景,通过对沿空留巷覆岩运动变形机理进行分析,采用FLAC3D数值模拟软件对留巷充填体宽度进行了计算,确定采用巷内留巷方式,留巷宽度3. 5 m,充填体尺寸为:长×宽×高=3 m×1. 5 m×2. 5 m,现场工业试验表明,留巷后巷道顶底板及两帮围岩累计变形量分别为450 mm和280 mm,基本可满足下一工作面回采需求。     

高瓦斯突出煤层原位充填沿空留巷技术研究

为解决高瓦斯煤层巷道掘进过程中易出现瓦斯突出、工作面回采瓦斯浓度频繁超限、工作面采掘接替紧张等难题,以高山煤矿1902工作面为工程背景,研究了高瓦斯突出煤层原位充填沿空留巷技术。通过理论分析选定预制混凝土砌块墙原位充填支护方式,理论计算出充填隔离墙体留设宽度为0.72~1.68 m;运用FLAC^3D数值模拟软件分析了0.8、1.2、1.6 m共3种不同墙体宽度条件下巷道围岩塑性区、巷道应力及位移分布规律,并在1902工作面进行现场试验与矿压监测。研究结果表明:随着充填隔离墙体留设宽度的增加,墙体切顶能力增强,巷道围岩应力、位移变形量减小,最终确定墙体合理留设宽度为1.2 m。现场监测留巷顶底板平均总移近量基本维持在250 mm±50 mm,两帮平均总移近量维持在200 mm±20 mm,从而检验了该技术的可行性,可为类似条件煤矿应用沿空留巷技术提供借鉴。