近距离煤层群采空区下回采巷道合理布置研究

近距离煤层群下行开采中,上位煤层开后造成下位煤层采场围岩力学环境发生改变,回采巷道的合理布置是下位煤层安全高效开采的关键。因此,本文以甘沟煤矿为工程背景,采用理论分析、数值计算、现场实测等手段,对上位煤层开采后,残留煤柱对底板影响进行分析。研究结果表明:利用滑移线理论确定B4-2号煤层开采后对底板影响的最大深度为18.7 m,选取内错式布置,内错距不小于6.03 m;采用UDEC数值模拟软件对B4-2煤层的残留煤柱下方底板应力分布规律分析,得到煤柱影响下的底板应力演化特征,煤层开采后残留煤柱造成底板破坏深度达20 m左右,理论部分计算符合;通过对不同内错距下塑性区域分布进行分析,得到内错距为15 m时,对下位煤层的影响最小。     

极近距离煤层下位煤层回采巷道合理位置的探讨研究

基于极近距离煤层开采条件,应用弹塑性理论及弹性力学理论分别对上位煤层开采后对底板的屈服破坏深度及残留煤柱在底板的应力分布情况进行力学分析计算。通过对煤层塑性煤柱临界宽度的计算,确定上位残留煤柱的稳定性,其在底板的非均布应力对下位回采巷道的合理布置至关重要。经过综合分析确定出下位回采巷道合理的内错距,此方法可为极近距离煤层开采回采巷道的合理位置的确定提供一定的参考。     

近距离煤层下行开采下煤层回采巷道布置

针对某矿残留煤柱下煤层开采所遇到的回采巷道合理布置问题,通过理论分析、数值模拟和现场应用等研究方法,分析了某矿近距离煤层下行开采残留煤柱的底板破坏范围及对下煤层回采巷道稳定性的影响。利用土力学的太沙基理论并结合某矿3~(-2)号煤层及底板岩体的力学性质计算了残留煤柱下底板破坏范围,又运用数值模拟研究了残留煤柱载荷作用下外错5 m布置回采巷道的应力场与塑性区分布情况,并且对某矿3~(-3)号煤33305工作面掘进巷道进行了验证分析,最终验证了回采巷道外错5 m布置的合理性。     

近距离煤层综放回采巷道合理位置确定

针对近距离煤层开采下部煤层回采巷道布置这一难题,采用理论分析与数值模拟等手段对上位煤层开采后造成的底板破坏深度、残留煤柱在底板的应力分布以及巷道在非均布载荷下易于破坏的原因进行研究。研究表明:煤层开采引起的侧向支承压力对底板造成的最大破坏深度为25.3m,已经波及到下位煤层巷道所在水平;在煤柱两侧边缘出现一定范围的应力降低区,煤柱正下方出现一定范围的应力增高区,煤柱底板的应力分布具有明显的非均匀性;下位煤层巷道在非均布荷载作用下,更易出现局部拉应力过大,从而造成巷道变形破坏。采用主应力改变量Δσ表示应力不均衡程度,考虑最大限度回收资源,结合数值模拟主应力分布特征,确定下位煤层回采巷道布置在距煤柱水平距离14 m。     

辛安煤矿近距离煤层回采巷道合理位置确定

为确定近距离煤层开采下层煤回采巷道布置问题,以辛安煤矿1102工作面为工程背景,采用滑移线场理论对上位9^#煤层开采后底板岩体的最大破坏深度进行了力学分析计算,同时结合弹性力学理论绘制了9^#煤层遗留煤柱下方岩体内应力等值线图,并通过数值模拟方法对下位11^#煤层回采巷道的应力和位移分布特征进行了对比分析,确定了11^#煤层回采巷道的合理布置位置为外错煤柱中心20 m。通过现场对1102工作面运输顺槽顶板及两帮的变形量进行跟踪观测,巷道在开始掘进到回采前,顶板最大位移为113 mm,两帮最大位移为81 mm。观测结果表明,该巷道布置位置合理,巷道支护效果较好,矿山压力显现较缓和,可为类似条件下的巷道布置提供一定的参考。     

近距离煤层下位煤层巷道内外错布置及应力分布规律研究

针对近距离煤层开采过程中下位煤层回采巷道受上位煤层开采影响煤柱应力集中、巷道支护困难等问题,以山西焦煤集团西铭矿８＃ 煤和９＃ 煤两层近距离煤层为研究对象,通过对比内错布置与外错布置的优缺点,提出了一种内外错相结合的回采巷道布置方式,并分析了煤柱宽度和巷道偏移距离对煤柱下巷道围岩变形的影响.研究结果表明:内外错相结合的巷道布置方式减小了巷道变形量,保证下位煤层安全高效开采;随上位煤层煤柱宽度增加,煤柱下巷道围岩变形量逐渐减小,结合现场工况计算得到煤柱宽度以４０m 为宜;位于上位煤层煤柱下方的巷道围岩应力呈不对称分布,巷道的合理位置位于煤柱正下方左偏２m 处,此时巷道顶板及两帮的应力分布基本对称.研究结果能够为近距离煤层下位煤层的巷道布置提供参考依据.     

近距离煤层群下位煤层沿空留巷合理布置研究

为了解决近距离煤层群下位煤层沿空留巷受多次采动影响,巷道围岩变形破坏严重的问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测方法,研究了巷道与回采空间合理的相对位置及支护参数。研究结果表明：上位煤层开采后在采空区正下方出现一定范围的应力降低区,为沿空留巷的布置创造了有利条件;上位煤层残留煤柱下方一定范围出现应力集中,煤柱影响范围和3+4煤层的交接与煤柱的水平距离为10.8~11.54 m。现场矿压观测表明,沿空留巷布置及巷道支护设计是合理的,巷道顶底板移近量以及墙体受力大小都在可控的范围内,为相似条件下沿空留巷合理空间布置及支护设计提供了依据和指导。     

东沟煤矿浅埋煤层群采空区下巷道最佳布置

为研究近距离浅埋煤层开采时下位煤层巷道布置方式及合理错距,以新疆东沟煤矿为工程背景,利用FLAC^3D数值模拟方法,开展了内错、外错、垂直错层位布置方式的模拟;对比分析了上位煤层开采后,残留煤柱对下位煤层应力分布的影响,以及不同错距下垂直应力分布、塑性区分布规律。研究结果表明：单考虑上位煤层残留煤柱底板应力传播的影响,B₃煤层回采巷道采取垂直错、内错距4～16 m时,均可减轻下位巷道矿压显现,避免巷道产生过大变形;综合应力分布、塑性变形、经济效益因素,B₃煤层采用垂直错时,可保障巷道稳定性,采出率、经济效益最高,为最优方案。工程实测结果表明：垂直错布置方式下,巷道两帮移近量为23～185 mm,顶底板移近量仅为12～85 mm。     

近距离下位煤层回采巷道合理布置

为了得到近距离下位煤层回采巷道合理步距,理论分析了己15煤层回采过程中采场支承压力与底板损伤特征;数值模拟了己15煤层底板应力时空演化规律、下位煤层巷道合理位置以及巷道应力与位移分布特征。研究得出,理论计算得到己15煤层回采后底板被动应力区域边界长度为106 m,揭示了己15-31040工作面、己15-31020工作面、己15-23160工作面依次开采时煤柱下方底板应力峰值由6338 MPa减小至5463 MPa、然后无明显变化的特征;结合底板被动应力区域边界长度、煤层与顶底板摩擦系数、煤柱压力影响角、煤炭资源回收率、安全掘进等因素,巷道采用外错上位煤柱25 m的布置方式,该布置方式下巷道处于低应力环境的特性,且可为巷道围岩控制提供一定的参考依据。     

近距离下位煤层面矿压显现规律数值模拟研究

针对木瓜煤矿面临着近距离下位煤层安全开采的难题,本文采用UDEC数值模拟方法,分析了近距离上位煤层(9煤)开采后采空区及遗留煤柱应力分布规律,确定了下位煤层(10煤)开切眼的合理布置位置,并进一步对10煤开采过程中垂直应力、顶板垮落及塑性区分布规律进行模拟,从而得出了10煤层工作面开采过程中矿压显现规律,为10煤工作面开采巷道布置及支护方案提供依据。     

采空区边缘下方回撤通道护巷煤柱合理宽度研究

为了研究浅埋近距离煤层中下煤层回撤通道护巷煤柱合理留设宽度,采用理论分析、相似模拟和数值模拟的研究方法,研究了下煤层回撤通道护巷煤柱覆岩结构特征,确定了采空区边缘下方回撤通道护巷煤柱合理留设宽度。研究表明:在上煤层开采完毕后,由于上煤层停采线煤柱的原因,下煤层回撤通道因布置位置不同将造成护巷煤柱的覆岩结构存在较大差异,从而导致煤柱所承载的荷载出现不同;在煤柱宽度留设时,从采空区压实区到卸压区应逐渐减小,从卸压区到上煤层实体煤下应逐渐增大,采空区压实区煤柱宽度应小于实体煤区。通过建立工况条件下采空区边缘下方回撤通道数值模拟模型,确定了护巷煤柱合理留设宽度为18 m。     

基于双屈服模型的采空区下特厚煤层破坏特性北大核心

为了研究上煤层采空区对其下伏近距离特厚煤层的影响,确定下煤层巷道布置内错距离;以国投塔山煤矿为背景,基于有限差分数值方法,运用双屈服本构模型实时修正手段,模拟了上煤层采空区垮落带岩体压实特性,阐明了采空区下伏煤岩层内应力场传递规律及塑性破坏发育范围;结合理论分析及现场钻孔窥视结果,验证了数值结果的可靠性,确定了下煤层回采巷道布置内错距离。结果表明:上煤层采空区内遗留区段煤柱下方应力场在下煤层中形成近似"正梯形"影响范围,上下影响宽度分别为32、56 m;遗留区段煤柱下方塑性区在下煤层中呈"倒梯形"分布,上下塑性区宽度分别为81.36、61.47 m;结合理论分析及现场钻孔窥视结果,最终确定下煤层回采巷道内错距离应为13.5 m。     

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。     

高应力软岩缓斜煤层沿空掘巷窄煤柱宽度研究

为研究在高应力软岩条件下窄煤柱留设问题,以曙光矿2~#煤层开采为工程背景,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,得出错层位外错式沿空掘巷窄煤柱的确定方法,即从上区段采空区侧向支承应力分布规律、护巷煤柱宽度的理论计算、煤柱垂直应力和煤柱塑性区分布4个方面综合考虑护巷煤柱的宽度。理论计算得出破裂区为3.35 m,塑性区为5.76 m,利用数值模拟得出煤柱合理留设宽度为3.37~5.13 m。通过对不同煤柱宽度下巷道围岩应力分布进行数值分析,结果表明:当煤柱宽度为4 m时,巷道围岩变形小。     

受上覆采空区影响的巷道群稳定性控制研究

近距煤层下行开采中,因受上层煤采空区及煤柱的影响,下层煤巷道的应力环境及围岩破坏机理均发生复杂变化。采用理论分析、数值模拟与工程应用的综合方法,研究下层煤应力分布规律、巷道群的变形破坏机制及稳定性控制对策。研究表明:受上覆采空区释压作用影响,其下方巷道围岩应力集中较小、巷道较为稳定;受煤柱压力传递影响,煤柱下巷道围岩垂直应力急剧升高,应力集中系数达3.84,巷道两帮及肩部大范围压剪破坏,最终导致巷道整体失稳;煤柱下高应力区巷道宜采用拱形断面,增加支护强度与锚固预应力,顶板锚索(杆)向巷道两肩角倾斜布置,使支护体系与围岩塑性破坏区相互耦合并得到共同强化。在支护优化后巷道顶板下沉量减小42.8%,锚杆、锚索实测工作载荷分布合理,实现了对煤柱下近距煤层巷道的安全有效控制。     

近距离下部煤层回采巷道合理位置确定

为研究燕子山矿近距离下部煤层回采巷道的布置,通过理论计算对上部4号煤层4216、4218双侧采空遗留区段煤柱建立力学模型,明晰遗留区段煤柱主应力差在其底板的传递规律;应用FLAC3D数值软件模拟上部区段遗留煤柱在底板不同深度垂直应力、水平应力及主应力差的分布特征,分析了主应力差与应力降低区因素对巷道合理内错距离的影响。结果表明,巷道应布置于低主应力差环境,避开主应力差峰值区域,下煤层水平距离上部煤柱边缘30 m位置时,垂直应力接近原岩应力,平均主应力差值小于1.24 MPa,且主应力差变化率较低;最终确定下煤层工作面回采巷道采用内错30 m布置。现场实践证明,在该错距下巷道围岩变形较小,能够保证矿井安全、高效生产。     

香源煤业近距离煤层联合开采巷道布置及支护研究

针对香源煤业的近距离煤层群开采的地质条件,为了优化香源煤业2#、3#、4#煤层联合开采的巷道布置方式及支护方案,综合采用理论分析、数值模拟与现场监测等手段和方法,通过探讨下部煤层巷道回采方式以及上煤层开采对下煤层的破坏程度的分析和计算,提出3#和4#煤层采用同向内错式布置且内错距至少3m,适当可增加错距。并结合矿井现场观测巷道围岩变形量,对于局部层间距变小、无法施工锚索时,提出采用“锚网梁+11#工字钢棚”支护。结果表明：提出的3#和4#煤层巷道布置方式更合理,优化后的巷道支护方案对维护巷道围岩顶底板区域效果明显,同时此研究结果也为其他相似地质条件的矿井合理进行回采巷道布置及支护提供了参考依据。     

近距离煤层群窄煤柱下应力分布及巷道布置北大核心

针对近距离煤层群窄煤柱下的应力分布及巷道布置问题,采用理论分析、数值模拟及现场实测等方法对窄煤柱下部煤岩层的应力分布特征进行分析。研究表明:受相邻工作面顺序回采的影响,煤柱上覆岩层向后回采工作面侧回转,导致支承应力峰值向后回采工作面一侧偏移,煤柱支承应力呈不对称分布;受支承应力影响,煤柱下部煤岩层应力分布表现出与支承应力对应的不对称性,不对称程度随煤柱宽度的减小而升高。结合实际工程案例,根据下部煤层底板垂直应力及主应力差分布,同时考虑到应力不对称分布的影响,最终确定了下部煤层回采巷道位置。