浅埋复合顶板沿空留巷矿压显现规律数值模拟研究

为研究浅埋复合顶板沿空留巷矿压显现特征,以哈拉沟煤矿12201综采面沿空巷道为研究对象,基于FLAC3D有限元数值模拟软件,分别模拟了顶板切缝对沿空巷道矿压显现规律的影响以及随工作面推进沿空巷道围岩体的变形特征。研究表明,对巷道顶板进行切缝,能够有效阻断采空区积聚应力向巷道传递的进程,减小煤体内部应力集中现象,随着回采工作面的推进,应力集中区域逐渐向煤体深处转移,在工作面后方0~30m范围内,沿空巷道垂直应力与垂直位移的峰值随距工作面距离增加逐渐增大,且增幅较快,工作面后方30~45m范围内,沿空巷道垂直应力峰值与垂直位移变化量增幅开始减小,并呈现出逐渐稳定的趋势。     

上覆及侧向采空条件下近距离煤层沿空巷道布置研究

沿空巷道的位置布置一直是国内外研究的热点和难点,对于巷道掘进及煤炭回采期间的巷道稳定性至关重要。本文通过地质调查、数值模拟和经验分析等方法,依据南屯煤矿相邻工作面不同回采顺序,分别对侧向工作面、上覆工作面的开挖对底板及沿空巷道围岩应力分布的影响进行模拟,分析了多工作面开采动态应力的叠加演化分布规律。上覆工作面回采后,应力传播向底板及沿空巷道工作面方向发展,加剧了其应力集中程度;此外,在分析多工作面开采后应力叠加特征基础上,确定了沿空巷道的留设煤柱尺寸为6~10m,在实践中的得到了很好的验证,为类似条件下沿空巷道的布置提供了参考。     

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。     

呼吉尔特矿区邻空巷对掘致冲风险分析及防治技术研究

为研究呼吉尔特矿区厚硬顶板条件下小煤柱沿空掘巷贯通期间冲击地压机理,以门克庆煤矿11-3107回风巷贯通期间矿压显现为工程背景,建立了邻空巷贯通期间应力分布模型及FLAC^3D数值模型,对比了距贯通点不同距离掘进工作面应力演化特征,揭示了邻空巷贯通期间冲击地压机理,并通过十字布点法、应力、微震等多种监测手段对巷道围岩变形、煤体应力进行了实测。基于机理分析和现场实测,提出卸压-支护一体化技术。结果表明：由于煤层顶板上方存在厚硬岩层,巷道开挖后,厚硬岩层通过应力传递作用于巷道围岩,使得滞后于掘进工作面的巷道顶底板及帮部发生较大变形;随着邻空巷掘进工作面距离贯通点越近,巷道变形量逐渐增大,通过巷道变形量的增加速率明确了距贯通点约160 m时,巷道变形量开始突增;微震事件主要集中在距贯通点190～60 m以内的巷道贯通区域,理论计算与现场矿压显现相符。     

基于煤柱应力实测的沿空掘巷煤柱宽度留设与围岩控制技术

针对复合顶板沿空巷道煤柱合理尺寸难以确定及支护困难等问题,以泊江海子矿3-1煤层一面三巷布置的工作面为工程背景,采用理论分析和现场实测的方法,研究工作面回采后煤柱应力的分布规律。现场实测结果表明,工作面回采后煤柱应力沿侧向可分为低应力区和高应力区,低应力区距采空区边缘距离为14.5m,高应力区距采空区边缘距离为14.5～20m,最大应力峰值为29MPa,考虑到煤层裂隙发育、煤壁片帮等因素,综合确定沿空掘巷煤柱宽度为9m。同时结合具体地质条件进行沿空掘巷支护方案设计及矿压观测,巷道支护实践表明,试验巷道采用所确定的煤柱宽度及锚索网支护参数后,巷道围岩稳定,实现了工作面安全高效开采。     

深井综放工作面沿空掘巷合理小煤柱尺寸及滞后距离研究

为了确定孔庄煤矿IV1采区沿空掘巷的合理区段煤柱尺寸,针对孔庄煤矿深部开采的7433综放工作面地质和开采技术条件,利用FLAC~(3D)数值模拟软件建立工作面回采的三维力学计算模型,得出工作面侧向煤体支承压力分布规律。其中低应力区范围为10m,支承压力影响范围为58m,支承压力高峰位于煤壁内26m;回采后采空区上部岩梁运动基本稳定时滞后工作面的距离为280～300m。在此基础上,通过数值模拟软件分别对留设不同尺寸煤柱进行模拟分析,对比不同煤柱尺寸下沿空巷道煤柱侧水平位移、巷道顶板下沉量以及四周塑性区范围,最终确定留设煤柱的最优尺寸为7m。     

孤岛工作面窄煤柱沿空掘巷合理煤柱宽度确定

为了确定寺家庄煤矿15106孤岛工作面窄煤柱沿空掘巷的合理煤柱宽度,文章通过数值模拟与现场实测的方法,分析了不同窄煤柱留设宽度条件下窄煤柱的垂直应力特征及沿空巷道的围岩变形特征,最终确定了15106孤岛工作面区段煤柱的合理宽度,主要得到如下结论：随着窄煤柱宽度的增加,煤柱内部受到的垂直应力先增大后减小。当煤柱宽度为7m时,煤柱内部峰值垂直应力为50.23MPa,应力集中系数为3.52。窄煤柱宽度由7m增加至8m后,回采巷道顶板下沉量的变化差异不大,且煤柱帮移近量的变化幅度逐渐减小。最终确定15106孤岛工作面窄煤柱沿空掘巷的合理煤柱宽度为7m。经现场工程应用,巷道围岩变形较小,7m窄煤柱沿空掘巷工程取得成功。     

中厚煤层柔模混凝土沿空留巷矿压规律与围岩控制技术

为提高煤炭资源回收率,延长矿井服务年限,降低回采巷道掘进率,城郊煤矿在21404工作面轨道巷实施柔模混凝土沿空留巷技术,对中厚煤层快速推进情况下沿空巷道的围岩应力分布、变形规律及围岩控制等进行研究。研究结果表明:中厚煤层采用柔模混凝土技术沿空留巷,滞后工作面45m范围为应力集中区,顶板变形剧烈;滞后工作面约25m处应力达到最大值,顶板沉降速度最快;滞后工作面80m以外,顶板沉降趋于稳定。通过对留巷顶板及煤柱帮采取补强支护措施、巷内采取临时支护措施,提高巷道顶板整体强度,可控制上覆岩层离层、减少顶板下沉量。     

基于煤岩应力监测的深井沿空掘巷煤柱宽留设研究

为确定合理的区段小煤柱宽度,保证深部矿井沿空巷道的稳定性和实现工作面安全回采,以高家堡煤矿101工作面为例,采用钻孔应力监测方法,对101工作面推过前后的侧向煤体应力分布特征进行了实测研究,为沿空掘巷小煤柱留设提供实测资料。研究结果表明:工作面侧向煤体应力峰值至煤壁13~17 m,至煤壁9 m之内属于应力降低区,在该范围区内沿空掘巷,可避免受较高支承压力的影响,有利于巷道维护。在此基础上,采用数值模拟方法,优化分析得到103工作面沿空掘巷小煤柱合理宽度为6~7 m,103回风巷(沿空掘巷)实际小煤柱宽度为7 m,通过对103沿空巷道围岩变形及锚杆锚固力现场监测,表明巷道围岩变形量不大,顶板、小煤柱帮及工作面帮巷道最大变形量分别为112、88、75 mm,锚杆锚固力变化相对较小,巷道维护状况较好,能够满足工作面安全回采。     

深部沿空掘巷巷道围岩应力状态及现场实测分析

通过分析阳泉矿区深部矿井15号煤厚煤层巷道围岩地质条件、顶底板岩性特征及煤岩体地质力学参数,采用数值模拟方法研究了不同煤柱尺寸条件下沿空掘巷巷道围岩应力和变形特征,并对沿空掘巷巷道工作面侧帮和煤柱侧帮煤柱应力状态进行了动态监测。结果表明,沿空掘巷巷道工作面侧帮和煤柱侧帮煤应力状态差异较大,其中工作面侧帮煤体应力受本工作面回采影响显著,不同深度测点垂直应力变化明显,煤柱侧帮煤柱应力受本工作面和临近采空区双重影响,垂直应力峰值高,应力波动显著。     

孤岛工作面沿空掘巷巷道位置及支护设计研究

针对孤岛工作面沿空掘巷巷道位置及支护问题,结合2302孤岛工作面工程实例,采用理论分析、FLAC~(3D)数值模拟和现场实测等方法研究孤岛工作面应力分布特征,分析留设不同宽度煤柱对巷道安全生产的影响,确定巷道最佳位置及支护方案。结果表明,受两侧采空区影响,孤岛工作面应力呈现马鞍形分布;FLAC~(3D)软件分别模拟不同煤柱下巷道开挖情况,分析煤柱内应力分布与巷道顶板位移情况,确定沿空掘巷合理留设煤柱宽度为6 m;通过数值模拟与现场实测,得出巷道采用设计的支护方案,变形得到有效控制。     

庞庞塔矿综放沿空巷道煤柱应力分布与变形特征研究

以庞庞塔矿综放沿空巷道为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟的方法,分析了综放面沿空巷道基本顶岩层破断机制,指出单一采动和重复采动工作面基本顶破断机制的差异性和相关性,研究了不同煤柱宽度下综放沿空巷道煤柱应力分布与变形特征,研究表明,一定范围内增加煤柱宽度可有效改善煤柱承载性能,减小沿空巷道变形,当煤柱宽度一定时,煤柱具备一定的承载能力,在上工作面侧向支承压力的作用下,煤柱整体向沿空巷道移动,造成沿空巷道煤柱帮变形量加大,据此确定了庞庞塔矿10#煤层工作面煤柱宽度为8～10m,为后期矿井煤柱宽度和支护技术的确定提供参考。     

综放工作面沿空留巷技术与矿压显现规律研究

为进一步掌握司马煤业有限公司1218工作面回采期间沿空留巷技术在综放工作面的矿压显现规律，通过在1218胶带巷沿空留巷巷内“十字交叉法”测点、打设信号柱等措施，监测留巷巷道围岩收敛变形规律，分析得出留巷滞后回采工作面20～40 m时，巷道压力逐步开始显现，滞后回采工作面140～180 m时，压力基本达到峰值，巷道变形量最大，在滞后回采工作面200～260 m后，巷道压力趋于稳定。为合理优化沿空留巷设计、确定留巷巷内临时支护提供科学依据。     

千米深井综放工作面小煤柱护巷参数设计

针对千米深井强矿压煤层条件巷道支护难题,以新河煤矿3#煤层综放工作面开采实践为基础,模拟分析了宽度为5 m的小煤柱沿空掘巷侧向支承压力及煤柱应力分布规律,分析计算了合理的巷道断面尺寸及支护参数,进行了工作面超前支承压力及小煤柱应力分布规律的现场监测分析。研究结果表明:沿空巷道掘进后小煤柱应力分布呈现两侧压力降低、中间压力增高的趋势,工作面超前支承压力峰值位于工作面前方约20 m处,采空区侧超前支护范围应大于30 m,确定沿空巷道断面尺寸为4.5 m×3.8 m,小煤柱留设尺寸、巷道断面及支护参数满足巷道围岩控制要求。     

综采工作面沿空掘巷巷道合理布置研究

为了确保沿空留巷巷道稳定性,研究了综采工作面沿空掘巷巷道合理布置,理论分析了沿空掘巷煤柱荷载,介绍了沿空留巷巷道布置原则,采用数值模拟软件,研究了沿空留巷煤柱宽度留设对巷道稳定性影响及巷道沿不同层位掘进时巷道垂直应力、塑性区分布以及巷道围岩变形。研究得出,沿空留巷煤柱宽度留设宽度为20 m,巷道沿顶板掘进更容易支护。     

沿空留巷底鼓滞后规律的分析与研究

以乌兰木伦煤矿12407工作面主运顺槽沿空留巷为研究对象,通过理论分析、数值模拟及现场矿压监测,揭示了在回采过程中,沿空留巷底鼓滞后过程的一般规律。研究表明：沿空留巷两侧载荷的分布不均是导致底鼓的直接原因,工作面后方的沿空留巷底板承载载荷,存在着不断积累和转移的过程,这为底鼓出现滞后过程创造了条件。再者通过对综采面进行数值模拟以及12407工作面现场的矿压监测,发现沿空留巷底鼓滞后过程主要包括2个阶段：滞后凸显阶段和滞后稳定阶段。并得到了各阶段的力学特征,可以确定顶板变化及垂向压力的关注范围一般为初始滞后工作面后方10～25 m的一段较短距离;滞后采空区关注底板变化范围为实际工作面后方的中部;日常巷道的监测维护及矿压监测范围一般为底鼓滞后最大距离之后。该研究规律,可为相似工程的综采面沿空留巷支护设计以及巷道的加强支护区域提供参考。     

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。     

沿空留巷围岩受力变形特征及支护对策

以贺西煤矿3311工作面沿空留巷为背景,采用FLAC~(3D)有限差分程序计算分析了不同工作面回采阶段沿空留巷围岩、充填墙体及煤柱中的应力、变形分布特征,提出了沿空留巷合理的支护对策。研究结果表明:沿空留巷直接顶内的垂直应力和水平应力变化剧烈程度明显大于基本顶;围岩及充填墙体受力变化受3311工作面回采滞后采动应力作用明显,且主要对垂直应力的变化产生影响;3313工作面二次采动阶段,巷道围岩的变形受采动影响的敏感性远大于受力,即在充填墙体和巷道围岩应力增加很小的情况下,巷道变形增幅却相对较大,且主要表现为底鼓和两帮移近。井下试验表明,采用锚杆锚索与充填墙体联合支护后,通过优化现场施工工艺,沿空留巷满足了回采工作面的通风需求,降低了巷道掘进成本,实现了回采工作面快速推进。     

厚层复合顶板孤岛工作面小煤柱沿空掘巷围岩控制技术

通过理论分析、数值模拟,研究了孤岛工作面塑性区及垂直应力分布情况,确定出工作面预留煤柱合理宽度为8.0 m,模拟了不同支护方案下巷道围岩塑性区分布情况。结合锚索梁钢带及注浆联合支护方案、矿山压力观测数据,分析了孤岛工作面小煤柱沿空掘巷的矿山压力显现特征,可为后续孤岛工作面沿空掘巷围岩控制提供一定的参考。     

沿空留巷围岩变形特征及加固支护技术研究

为研究沿空留巷巷道在掘、采全过程中围岩变形规律及留巷巷道支护技术,以色连二号矿12205采煤工作面辅运顺槽为工程背景,运用现场实测的方法,以围岩变形量和围岩应力为指标,直接衡量沿空留巷巷道的变形规律,并在采煤过程中对留巷巷道进行了不同方式的加固支护。研究表明:12205辅运顺槽围岩变形受工作面采动影响主要为滞后影响,其中围岩变形剧烈影响区为工作面采后30~220 m区段;不同区段、不同围岩条件、不同加固方法,巷道围岩变形差异均较大;在工作面采动支承压力影响前主动加固留巷巷道顶板,能大幅降低巷道围岩变形量。