综放面单侧采空煤柱稳定性研究及实测

在使用留煤柱护巷的长壁采煤工作面中,单侧采空煤柱的稳定是后采工作面安全顺利回采的保障.近年来随着煤矿开采强度加大,对采对掘情况比较普遍,形成的护巷煤柱将经历两次工作面回采动压影响,对煤柱的稳定产生较大影响,对巷道围岩控制带来困难,特别是在综放开采的矿井尤为明显.因此,对厚煤层放顶煤工作面及相邻巷道对采对掘形成的区段煤柱在单侧采空状态下煤柱内支承压力分布规律进行了理论计算和现场实测分析.以东坡煤矿922和923综放工作面间20m护巷煤柱为例,分析和研究了煤柱形成后各阶段支承压力演变过程,得到了单侧采空煤柱采空区侧和巷道侧极限平衡区范围计算公式、煤柱最小宽度公式;通过钻孔应力计对现场煤柱内支承压力进行实测,得到了本工作面回采超前压力的影响范围和峰值,并说明现场20m宽煤柱内存在稳定弹性核区,煤柱可进一步优化以提高采出率.     

大采高综采工作面护巷煤柱尺寸研究

以晋煤集团寺河矿西井区W1301综采工作面回采为背景,采用数值模拟和现场监测的方法对工作面侧向护巷煤柱的合理宽度进行了分析。数值模拟结果表明,当煤柱宽度为25~30 m时,能够有效保持巷道围岩的稳定性。现场监测结果表明,工作面侧向支承压力的影响范围约为27 m,验证了现场工作面护巷煤柱宽度为30 m的合理性。     

不同护巷煤柱宽度采空侧巷道支承应力分布规律

护巷煤柱宽度的不同,将引起采空侧巷道围岩侧向支承应力分布重新分布,对于回采巷道稳定性有着极大的影响。以常村矿3~#煤S6-1工作面的地质条件及工程为背景,采用UDEC数值模拟并且结合现场实际进行研究,揭示了不同护巷煤柱宽度对采空侧巷道围岩侧向支承应力分布的影响。研究表明,随着煤柱宽度的增加,支承应力峰值为先增大后减小最后趋于稳定。煤柱宽度小于20 m时,垂直应力呈三角形分布,煤柱宽度大于20 m时,垂直应力分布由三角形向梯形过渡;巷道围岩破坏情况随煤柱宽度的变化而变化。     

沿空跟掘回采巷道合理煤柱留设及围岩稳定性控制

沿空跟掘回采巷道掘、采全服务周期经受相邻工作面采空区未稳定压力、相邻工作面回采侧向支承压力及本工作面回采超前支承压力多重动压影响,煤柱稳定性差、围岩支护困难、异常矿压显现。以潞宁孟家窑煤业有限公司22115回风巷为工程背景,综合运用理论分析、数值试验研究并参照已有工程实践经验确定最佳护巷煤柱宽度,提出合理可行的围岩稳定性控制技术。研究结果表明:22115回风巷净煤柱宽度应不低于15 m。提出的分阶段、重点部位针对性加强高预应力强力支护方案井下工业性应用效果良好,掘、采全服务周期锚杆（索）受力稳定,强度利用率高;顶板离层量小且在较短时间内趋于稳定;围岩整体未出现大变形,完全满足安全生产需求。     

古书院矿煤柱回采工作面超前支承压力研究

通过对煤柱回采工作面运输巷、回风巷围岩变形和超前支护阻力的监测,预测超前支承压力分布范围.分析了煤柱回采工作面、回采巷道围岩力学特征,为回采巷道的支护和维护提供了科学依据.     

邻近高瓦斯综放工作面围岩支承压力分布模拟研究

为了保证邻近工作面顺利接续回采,高河煤矿在W4301工作面回采期间,应用边采边掘工艺布置W4302工作面回风顺槽.通过MATLAB数值模拟软件,对邻近高瓦斯综放工作面围岩支承压力分布规律进行研究,得出工作面不同区域超前支承压力和侧向支承压力的分布情况,为确定合理的护巷煤柱宽度提供依据,从而保证迎采巷道围岩稳定性,实现工...     

采空侧大变形巷道下护巷煤柱宽度优化

为解决深井采空侧巷道围岩变形量大导致的支护难题,运用室内实验,数值模拟和现场实测的方法,以常村煤矿为研究对象,研究了不同宽度护巷煤柱下采空侧巷道围岩变形破坏特征以及侧向支承压力的分布、演化规律。结果表明:当煤柱宽度达到30 m时,巷道围岩已具有相当的稳定性。     

煤柱尺寸优化与注浆锚索加强支护研究与应用

针对矿井深埋藏且资源枯竭的现状,以干河煤矿2-301联巷护巷小煤柱留设尺寸及围岩加强支护方式为研究对象,通过采场超前支承压力数值模拟、采场周期来压力学原理及井下实际矿压数据综合分析确定煤柱合理尺寸为8 m;利用注浆锚索围岩控制技术进行围岩加固,制定了注浆锚索加强支护方案,并进行井下现场试验。试验结果表明：注浆锚索围岩控制技术对8 m小煤柱且采动影响区巷道围岩变形控制效果较好,达到围岩整体变形小于120 mm目的,提高了资源采出率,为矿井今后小煤柱护巷的推广使用提供依据。     

护巷煤柱宽度与回采巷道支护的数值模拟研究

基于铁法晓明矿N2709综采工作面煤层赋存条件,采用FLAC2D数值模拟分析了区段护巷煤柱宽度为3,5,8,12,15,17,20,25 m条件下煤柱支承压力分布情况和巷道围岩变形破坏特点,确定工作面护巷窄煤柱合理宽度为3 m,并对该窄煤柱进行了回采巷道锚网索联合支护设计。通过现场矿压观测,证明了锚网索联合支护效果较好,不仅保证了巷道的安全稳定,而且提高了煤炭采出率。     

长壁二次回采工作面围岩破坏规律研究

针对回收煤柱过程中围岩异常的破坏规律,研究了二次回采工作面回收煤柱过程中煤柱、空巷、工作面顶板的破坏规律。研究表明:空巷断面较小时空巷破坏受工作面影响较小,被回收煤柱的破坏主要受工作面引起的支承压力的影响,空巷对工作面顶板及煤柱的影响较小;空巷断面较大时工作面顶板破坏受空巷围岩集中应力影响较大,煤柱受支承压力和巷道应力集中作用失稳宽度较大。力学分析可知,工作面悬顶长度一定时,空巷宽度越大,煤柱失稳时宽度越大。现场观测表明:随着煤柱被回采宽度减小,煤柱中应力集中程度增大,煤柱两侧片帮次数增加、两侧顶板冒顶次数增加。     

重复采动下顶板含水巷道顶底板变形机理及控制

针对内蒙古巴彦高勒煤矿重复采动下影响顶板含水层回风巷道顶底板变形较大的问题,采用现场实测及理论分析方法,通过分析巷道围岩松动圈的成因及影响因素,对巷道顶底板变形较大的机理及控制措施进行了研究。结果表明:初次采动影响时,支承压力主要作用于护巷煤柱,巷道顶板松动圈范围较小,护巷煤柱应力在巷道底板释放导致局部的底鼓现象,但巷道顶底板整体变形不明显;重复采动影响时,巷道顶板承受支承压力较大、两帮应力在底板释放,顶底板松动圈范围扩大,顶板松动圈发育至含水层后,顶板水弱化顶底板煤岩体强度,导致顶底板松动圈进一步增大,巷道顶底板变形较大;提出了相应的巷道变形控制措施,在现场应用效果显著。     

特殊地质条件下工作面终采线合理位置的确定

为解决褶皱构造条件下龙马矿3206工作面终采线合理位置确定的问题,模拟了3206工作面终采线距3207工作面回风巷25、20、15、10 m时回风巷的应力分布情况,并对比分析其围岩变形情况,结果表明:3206工作面终采线距3207工作面回风巷20 m时,围岩应力为6.2～ 12.6 MPa,支承压力峰值达到最小值,巷道顶板下沉量控制在100 mm以内,在保证3206工作面安全回采及减少煤柱损失的同时,也确保了3207工作面回风巷的稳定.     

复采动压扰动下巷道交岔点围岩力学响应及控制分析

对旧采区进行复采时工作面会多次穿越空巷。过空巷时回采巷道与空巷会形成多个交岔点。交岔点附近回采巷道变形大、交岔点处顶板冒落、两帮破碎是复采回采巷道稳定性的主要问题。圣华煤业现场统计观测表明,在超前支承压力作用下交岔点附近巷道变形严重、空巷冒落次数增加,围岩破碎。建立了交岔点围岩应力分布的力学模型,分析了交岔点处围岩应力分布情况,结合现场实测和相似模拟等综合手段给出了交岔点处煤柱压碎区的范围。分析了交岔点处围岩变形与破坏规律,提出了交岔点跨度的计算方法。现场实测表明设计支护强度能够保证巷道支护安全。     

留底煤掘进双巷布置大采高工作面巷间煤柱尺寸优化研究

确定巷间煤柱合理尺寸是保证留底煤掘进双巷布置大采高工作面安全、高产与高效的关键所在。以某矿122106大采高工作面沿底掘进胶运巷和辅运巷之间的护巷煤柱为工程背景,对工作面生产地质条件展开现场调研,同时原位测试巷道围岩地质力学参数。基于上述原始数据理论,估算出煤柱极限强度与合理的煤柱宽度范围,通过数值试验研究手段,分析初步选定宽度煤柱条件下,二次回采阶段巷道围岩及煤柱内部应力、位移和塑性破坏特征。结果表明:煤柱的极限强度为50.48 MPa,合理的煤柱宽度为19.24~29.28 m。煤柱宽度20 m时,煤柱内塑性区是2个独立的区域;当煤柱宽度达到一定程度后,接续面回采对上个工作面侧煤柱应力影响较小,主要是对本侧煤柱影响较大;靠近煤柱侧顶板和帮部变形较大,垂直位移最大值集中在巷道肩角位置,顶板出现不均匀下沉;煤柱核区内垂直应力均小于其极限强度,能保证稳定;煤柱最大垂直应力集中在两侧,靠近采空区的位置,煤柱中部存在较明显的应力下降区域。     

房式开采煤柱回收时工作面围岩应力分布模拟

兰兴煤矿2201工作面是为回收旧房式开采所遗留的煤柱而设计的,条件相当复杂,为了能安全高效回采,经过理论分析和现场调研建立旧采区赋存状态模型,并运用有限元分析软件FLAC3D对旧采区复采进行数值模拟,对工作面回采过程中围岩应力分布情况进行分析研究,结果表明:载荷随工作面推进向前方煤柱内转移,采动影响范围为30³6 m,开挖煤柱内支承压力呈升高-降低-升高分布趋势,出煤柱及过空巷时应力集中明显,矿压显现强烈,应采取提前支护管理措施。     

重叠煤柱作用下综放采场围岩应力演化规律研究

针对大同矿区石炭系特厚煤层工作面过上覆侏罗系煤柱时的强矿压显现现象,采用数值模拟和现场实测的方法,对上部重叠煤柱与采动耦合作用下的围岩应力演化规律进行研究。采用UDEC数值计算软件,对重叠煤柱作用下工作面的回采过程进行模拟,结果表明:工作面回采至侏罗系煤柱对应区域时,工作面超前支承压力峰值为32~37 MPa,较非煤柱区域提高了25%~33%;工作面的侧向支承压力与上部侏罗系井田边界煤柱应力相互叠加,工作面的侧向支承压力影响范围约为120 m,5105巷道围岩应力达到了27~32 MPa;邻空巷发生冲击性来压是邻近工作面侧向支承压力,本工作面超前支承压力和重叠煤柱应力传递的耦合作用的结果。利用顶板动态监测系统实时监测支架工作阻力,分析得到:工作面推进至侏罗系采空区对应区域,来压期间的支架工作阻力变大,支架增阻更为频繁,矿压显现强烈。     

深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定

针对深部煤层群沿空掘巷具体生产地质条件,采用理论分析、数值计算及现场试验相结合的方法,得出深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定方法,即从上区段采空区侧向支承应力分布规律和煤柱应力分布、巷道围岩应力分布、巷道围岩变形与煤柱宽度的关系及护巷煤柱宽度的理论计算5个方面综合考虑护巷煤柱的宽度,尤其充分考虑了下层煤回采对上层煤沿空掘巷护巷煤柱宽度大小留设的影响。现场试验结果表明：该方法确定的煤柱宽度科学、可靠,为深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定提供了科学依据,改善了深部巷道维护困难的局面和提高了煤炭资源采出率。     

浅埋深厚煤层护巷煤柱合理尺寸研究

为减小护巷煤柱宽度,提高盘区采出率,在分析受采动影响的203工作面回采巷道矿压显现特征的基础上,针对浅埋深巷道矿压显现不明显的实际情况,通过理论计算,得出隆德矿2~#煤层合理的护巷煤柱宽度为8.3~12.2 m;采用FLAC3D数值模拟分析了护巷煤柱宽度为8 m、10 m、12 m、16 m时的巷道围岩变形和塑性区分布规律。分析结果表明,随着煤柱宽度的增加,巷道围岩变形量减小,煤柱更加稳定,但当煤柱宽度超过12 m时,加大煤柱宽度对维护巷道的稳定作用并不明显,最终确定护巷煤柱宽度为12 m。现场实践表明,煤柱留设宽度减至8 m后,仍可满足下一工作面安全开采要求。     

高瓦斯多巷系统回采巷道布置方法研究

为了解决高瓦斯煤层两进两回通风方法中外圈巷道维护困难的问题,综合应用理论分析、数值模拟和现场实测等方法研究分析了：① 巷道群及煤柱在掘巷、一侧采动、两侧采动后围岩应力演化规律和巷道变形特征;② 煤柱宽度对巷道围岩稳定的影响规律。揭示了在两侧采动条件下、煤柱内巷道及煤柱本身变形稳定机理,提出了一种高瓦斯、厚煤层两进两回回采工作面接续的巷道布置新方法,即：第1个工作面外圈巷道作第2个工作面内圈巷道使用,采用宽煤柱护巷;第1个工作面回采稳定后,在区段宽煤柱内沿采空区边缘布置第2个工作面瓦排巷,采用小煤柱护巷;新布置方法缩短了工作面外圈巷道的服务年限,显著改善了巷道围岩应力环境和维护状况,提高了资源回收率和巷道系统可靠性。现场应用效果表明,新的布置方法有效控制了两侧采动支承压力作用下煤柱内巷道围岩变形。     

神经网络在锚杆支护方案优选及变形预测中的应用

根据综放回采巷道的特征,确定其锚杆支护形式优选需要考虑的因素为：围岩强度、煤层强度、巷道埋藏深度、围岩节理裂隙发育程度、采动影响、顶煤厚度、护巷煤柱宽度、巷道断面面积,这些因素和支护形式、支护参数一起对巷道围岩变形产生影响.根据巷道支护方案和围岩变形与其影响因素为非线性关系的特点,建立了综放回采巷道支护方案优选和围岩变形预测的神经网络模型,为支护设计和生产管理提供科学依据.