深部高应力回采上覆岩层应力区带空间演化规律及对瓦斯抽采巷影响分析

瓦斯抽采巷已成为煤矿瓦斯抽放的主要手段,其采动破坏机理及优化布置还需进一步研究.以山西潞安常村煤矿2302工作面为工程背景,通过现场原位地应力测试及顶板40 m范围内围岩结构调查,揭示了23采区主要应力场类型为σH>σV>σh.采用UDEC软件分析了深部高应力高瓦斯工作面回采覆岩运移应力分布规律及顶板结构特征,提出了高...     

高应力全煤尾巷围岩变形破坏机理及控制技术

针对高应力综放工作面瓦斯尾巷围岩稳定性控制难题,综合运用理论分析、数值模拟及现场实测的方法分析围岩变形破坏特征。结果表明:在非采动影响期间,巷道两帮塑性区不断向深部发展是引起顶沉和底鼓的根源;受采动影响时,缺乏超前支护是片帮垮顶的主因。据此提出"支顶-控底-助帮"支护理论及技术,即:在尾巷内布设1排混凝土支柱,给顶板强有力地支撑,并将顶板压力传递至底板以控制底鼓,继而减轻两帮载荷,阻止两帮塑性区向深部扩展;同时,对尾巷起超前支护作用。     

开采扰动下底板巷道应力演化规律及围岩稳定性研究

为了研究开采扰动诱发底板瓦斯抽采巷围岩失稳问题,以龙凤煤矿5921底板瓦斯抽采巷为研究对象,采用数值模拟的方法分析了5921工作面开采过程中底板瓦斯抽采巷围岩应力演化过程及围岩变形破坏特征。研究结果表明：垂直应力在巷道跨度范围内随深度增加而增大,巷道位于工作面前方的位置,围岩应力分布特征大致相同,巷道位于采空区的部位,左帮岩体处于卸荷状态,而右帮岩体出现明显的应力集中现象;围岩变形在时空上相较工作面开采有一定的滞后,底板瓦斯抽采巷最大变形位置滞后于回采工作面10～30 m,工作面前方10 m范围内围岩变形呈增加趋势;底板瓦斯抽采巷位于采空区范围内的部位破坏以拉伸破坏为主,位于煤壁前方支承压力区的部位破坏则以拉伸-剪切组合破坏模式为主,巷道顶板垮落、底鼓的风险较大。     

王坡煤矿工作面低位抽采巷瓦斯治理技术研究及应用

针对王坡煤矿工作面"U+I"通风方式下瓦斯尾巷取消后面临的上隅角瓦斯治理问题,在高抽巷抽采的基础上提出了利用顶板走向低位抽采巷对上隅角瓦斯进行治理的方法。对顶板走向低位抽采巷抽采机理进行分析,给出了低位抽采巷设计原则,采用理论计算、裂隙带层位考察和顶板岩性分析的方法综合确定王坡煤矿低位抽采巷布置层位。并在3210工作面开展了顶板走向低位抽采巷试验,结果表明,低位抽采巷可有效拦截抽采涌向工作面上隅角的瓦斯,回采期间上隅角瓦斯浓度保持在较低水平,低位抽采巷对上隅角瓦斯治理效果明显,有效促进了工作面的安全回采。     

采动影响下瓦斯综治巷围岩稳定性控制技术

控制采动影响下瓦斯综治巷围岩稳定性是高瓦斯矿井亟待解决的支护难题,通过理论分析、数值模拟、现场试验等方法探究了切顶卸压技术在潘三矿瓦斯综治巷稳定性控制的实施效果。理论分析得出瓦斯综治巷所在岩层处于工作面开采后形成的裂隙带层位,巷道周边原有集中应力与工作面侧向采动支承压力叠加,引起瓦斯综治巷应力环境恶化,且采动应力场起主导作用。数值模拟研究表明实施运顺切顶卸压技术措施后,巷道两帮应力集中程度降低,应力集中系数减小,围岩破坏程度减弱,破坏范围减小,有效地改善瓦斯综治巷围岩应力环境。现场监测表明,实施切顶爆破技术措施后,对瓦斯综治巷的卸压保护效果有一定滞后,首个切顶炮孔前100m范围内瓦斯综治巷仍变形明显,但变形量随着切顶范围的增大逐渐减小,巷道维护状态逐渐改善;首个切顶炮孔前100m范围以外,远场卸压及应力阻断效果明显,瓦斯综治巷基本无剧烈变形破坏情况,巷道维护状态良好。     

复杂构造带条件下底板岩巷控制技术研究

为减少矿井瓦斯涌出量,工作面底板瓦斯抽采巷道被广泛采用。由于受采动支承应力及地质构造带的影响,围岩应力大、稳定性差,因此,结合工作面开采时底板应力分布分析底板巷道稳定性,对采动影响下地质构造带底板岩巷围岩变形破坏机理、变形规律及控制手段进行研究具有十分重要的意义。为解决构造带底板岩巷开采过程中的控制问题,本文以某矿10414机巷底板瓦斯抽采岩巷为工程背景,采用理论分析、优化支护设计方案及参数和工程实践相结合的研究方法,对底板岩巷失稳主控因素及其破坏机理、围岩强化控制技术进行了研究。     

采动影响下底板瓦斯抽放巷稳定性研究

针对某矿底板瓦斯抽放巷受上部煤层采动影响破坏严重的现象,采用UDEC数值模拟对9#煤层开采过程中底板瓦斯抽放巷的稳定性进行分析,研究了采动影响下支承应力在煤层底板中的传播规律、底抽巷应力场、塑性区分布和围岩位移变化情况。通过采用锚杆锚索联合支护的方式,顶底板和两帮位移量明显减小,取得了较好的支护效果,保证了采动后底抽巷的抽采效果。     

乌兰木伦煤矿空巷围岩破坏特征分析及稳定性控制

针对乌兰木伦煤矿12405工作面过空巷导致空巷围岩严重破坏的问题,采用理论分析、数值模拟等研究方法,对空巷受工作面采动影响情况下的顶板破断特征、空巷应力分布规律、围岩破坏特征进行了研究。结果表明:在叠加应力作用下,老顶将产生3种破坏形式,即老顶在空巷后方、上方、空巷实体煤帮上方发生断裂;工作面与空巷间距离小于5 m时,空巷受工作面前方应力影响达到最大;当工作面与空巷贯通时,顶板破坏深度达到7.5 m。针对性地提出"锚索+钢带"、布置柔模泵送支柱支护顶板及采取停采让压措施控制顶板破断的综合围岩控制方案。     

近距离煤层水力压裂切顶卸压护巷技术研究

针对近距离煤层底抽巷在上部工作面采动后处于高应力状态而难以维护的问题,开展了水力压裂切顶卸压护巷技术研究,得出:工作面采动后坚硬厚顶板易形成较长时间跨度的悬顶效应是底抽巷压力显现的关键因素;水力压裂消除或减弱了坚硬顶板形成的悬顶效应,提高了采空区上覆岩层冒落性,改变了煤柱中应力分配比例,改善了底抽巷应力状态;现场采用同孔多段分次后退式水力压裂技术,结合跨式钻孔封隔器,在顶板坚硬岩层中形成明显的人工裂缝,缓解了底抽巷围岩应力集中,降低了底抽巷的维护难度,取得了良好的效果。     

内错尾巷围岩变形控制技术

针对阳煤二矿综放工作面内错尾巷受到强烈采动影响发生严重变形,分析了尾巷围岩变形破坏的原因,研究了尾巷围岩控制原理,提出了"采用分节组装式混凝土支柱将顶板压力传递到底板中央控制底鼓,同时减轻两帮受力,进而控制两帮的相对移近量"的高应力内错尾巷围岩控制技术,并应用于80704内错尾巷。试验表明,工作面回采过程中,在混凝土支柱加强支护段内未出现明显底鼓现象,支柱底端未插入底板,巷道断面积普遍保持在6.2 m2以上,顶底板相对移近量最大510 mm,两帮相对移近量最大130 mm。     

石港矿15109综放工作面初采期瓦斯涌出特征分析

石港矿综放工作面瓦斯涌出量巨大,初采期的瓦斯超限问题威胁着该矿安全生产。通过对15109综放工作面初采期瓦斯涌出特征的分析,得出初采期瓦斯涌出波动性较大主要是上覆煤岩层的活动引起的,直接顶和老顶的垮落相继引起邻近层瓦斯的大量涌出,得出初采期风排瓦斯量、高抽巷抽放瓦斯量以及尾巷瓦斯浓度的变化规律,尾巷瓦斯超限距离为4.5～27.8 m,石港矿15109工作面初采期的瓦斯涌出特征适于该矿一采区的其他大采长工作面,并对上覆煤岩层相同的其他采区工作面的初采期瓦斯治理提供了重要参数。     

采动巷道围岩非均匀变形特征及稳定性控制技术研究

受到原岩应力与采动应力叠加影响的巷道会产生非均匀变形,甚至发现顶板事故,采动巷道围岩稳定性控制是实现矿井安全高效开采的关键。针对长岭一号煤矿152106工作面轨道巷受到采动影响变形严重的问题,采用现场监测、数值模拟等研究方法,分析了采动巷道围岩变形特征及塑性区演化规律。结果表明：在采动影响下,巷道围岩变形呈非均匀特征,工作面前方巷道围岩变形量小于工作面后方,巷道煤柱侧变形量大于煤壁侧,顶板出现离层并且靠近煤柱侧底鼓量更大,局部可达400mm|工作面前方最大主应力、主应力比值、塑性区范围均小于工作面后方,塑性区呈椭圆形分布,巷道围岩位移量与塑性区范围具有一致性。据此提出了补强支护方案,即顶板补打锚索、煤柱对穿锚索及打设单体液压支柱,现场试验结果表明轨道巷煤柱帮变形减少了65%,巷道底鼓量260mm,工程应用效果较好。     

深井高瓦斯工作面“一巷多用”瓦斯治理新模式

埋深超过900 m的深井高瓦斯工作面瓦斯治理一直是世界性难题。针对千米深井1112(1)工作面(最大瓦斯涌出量为124.87 m3/min)的实际条件,通过相似材料模拟实验,确定了位于开采煤层顶板上方10倍采高、水平方向内错沿空留巷侧约20 m开始存在宽度为30 m的扇形环状瓦斯富集区,该高度采动影响范围沿倾向外错轨道巷最大不超过30 m。基于此,在上距顶板20 m,外错轨道巷35 m处布置一条多用巷,提出“一面三巷、一巷多用、联合治理、连续开采”瓦斯治理新模式。工程实践表明,多用巷内大直径穿层钻孔单孔抽采瓦斯纯量最大达9.84 m3/min,瓦斯浓度最高为98.5%,工作面瓦斯抽采率最高为92.4%,回风流瓦斯浓度平均0.4%,日产原煤量最高为10 324.6 t,抽采瓦斯总量为2 457.2万m3,实现了深井煤与瓦斯的安全高效共采。     

倾斜薄煤层切顶巷预裂顶板防治冲击矿压技术研究

针对倾斜薄煤层坚硬顶板型冲击矿压灾害的预防及控制问题,提出了切顶巷预裂顶板防治冲击矿压技术。采用理论分析、相似模拟、微震监测等研究方法,分析研究了切顶巷预裂顶板防治冲击矿压机理、切顶巷控制顶板破断减弱煤层应力集中的效果,并对切顶巷布置参数进行了优化。研究结果表明：切顶巷在坚硬顶板中形成了预裂弱化区域,工作面回采过程中,坚硬顶板因预裂弱化而破断步距减小,切顶巷控制了坚硬顶板的来压步距;同时减小了煤体应力集中,单个切顶巷区域,应力最大降幅可达29.4%,两个切顶巷协同作用时,应力最大降幅可达49.7%;同时在切顶巷预裂弱化作用下,矿震向工作面中下部转移,减弱了动载与工作面上部静载的叠加效应,有效降低了冲击危险。切顶巷间距应小于基本顶周期来压步距,按容许的来压步距在需要顶板预裂的区域进行成对布置,但其间距不宜小于10 m。     

复合顶板动压巷道围岩应力演化和支护技术研究

三交河矿10_^#下煤层顶板为典型复合岩层,从已掘巷道来看,10_^#下煤层巷道顶板成型不佳,容易风化破碎,受采动影响下易出现顶板离层破碎下沉等破坏现象。10-2032巷为复合顶板条件采掘对穿巷道,支护难度较大,在分析地质条件的基础上,通过数值模拟,对10-2032巷与10-201回采面对穿前后的应力状态进行了分析。结合应力演化情况和锚杆支护原理,根据工程类比和数值模拟结果,提出10-2032巷锚杆锚索支护设计。顶板采用长短锚索组合支护,两帮采用单体锚杆搭配W钢护板支护,井下实践证明,与相邻回采面对穿后,2032巷仍能保持较好的支护效果。     

香山矿倾斜煤层动压巷道支护方法

针对平煤集团香山矿22140工作面倾斜煤层动压巷道合理支护方案设计,首先进行了围岩松动圈测试,得知上帮围岩松动圈范围普遍比下帮大;之后进行了采动作用下围岩应力变化的数值模拟分析,计算结果显示动压作用下上帮中部的应力增大值最大。综合分析结果,得知对于倾斜煤层动压巷道变形控制的关键在于针对围岩应力分布的非对称性进行设计,并给出了22140工作面巷道的合理支护方案,现场监测结果表明支护方案能够维护巷道在采动过程中的安全使用。     

神角煤矿孤岛工作面回采巷道合理位置研究

以神角煤矿2307孤岛工作面为工程背景,采用理论分析、现场测试、数值模拟等研究方法,对孤岛工作面回采巷道的合理位置进行了研究。开展了巷道围岩地质力学评估研究,分析了围岩岩性及顶板岩层组合情况、顶板破坏情况;讨论了2307孤岛工作面的区域应力场特征,主应力峰值位于采空区侧方5 m范围,主应力方向和比值均随工作面开采推进而变化;获得了不同煤柱尺寸下回采巷道围岩塑性区的形态特征与演化规律,综合确定煤柱尺寸为20 m。在上述分析的基础上,提出了柔性支护方案并进行了工业性试验,能够保障顶板稳定。研究成果能够对其他地质条件相似的孤岛工作面回采巷道的围岩稳定控制起到一定的指导和借鉴作用。     

顶板走向高抽巷和内错尾巷联合布置解决综放面瓦斯问题

对阳泉矿区综放面瓦斯涌出规律进行了分析 ,介绍了顶板走向高抽巷和内错尾巷联合布置形式的特点及优越性     

大采高采场切顶卸压小煤柱护巷技术研究与应用

为解决大采高工作面强动压影响工况条件下小煤柱沿空掘巷维护难题,以阜生煤矿1102大采高工作面1106沿空掘巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟及现场实测的方法,研究采空区侧顶板断裂对小煤柱护巷围岩稳定性的影响。建立了沿空掘巷侧向顶板断裂及煤柱载荷计算模型,得到煤柱载荷与采空区顶板断裂角呈线性递增的关系;基于切顶卸压沿空掘巷原理,提出采用切顶方法来减小煤柱载荷,达到卸压效果;计算得到1106工作面沿空掘巷煤柱宽度为8.0 m,对切顶卸压效果进行了数值模拟分析,认为经切顶处理后小煤柱及巷道煤帮侧应力峰值减小了23%,巷道顶底板及两帮变形得到了有效的控制;对切顶卸压小煤柱护巷技术进行了现场评价,现场应用结果表明切顶后的巷道顶底板移近量最终稳定在377 mm,两帮变形量稳定在242 mm左右,处于可控范围,巷道维护效果良好。切顶卸压小煤柱护巷技术的应用,实现了大采高工作面的安全高效开采。     

近距离突出煤层群上保护层开采瓦斯治理技术

结合青东煤矿上保护层开采条件,采用FLAC3D软件模拟了上保护层开采底板卸压规律。研究结果表明:被保护煤层卸压瓦斯涌出率为30.0%～36.5%;上保护层开采后被保护煤层原始地应力由10.5～10.8 MPa降低为1.0～1.5 MPa;被保护煤层初始卸压位置为工作面回采至40～50m。根据研究结果制定了顶板岩巷穿层钻孔、顺层预抽、顶板高抽巷、上隅角埋管及上保护层回风巷下向穿层增裂钻孔的立体瓦斯治理技术。工程应用表明,卸压瓦斯占工作面瓦斯涌出总量的86.8%,被保护煤层瓦斯涌出率为30.4%,被保护煤层初始卸压位置为工作面回采至40 m位置。