沿空煤巷护巷煤柱宽度与非对称支护技术

以昌恒煤矿9102工作面窄煤柱沿空掘巷为工程背景,综合窄煤柱稳定性尖点突变理论计算结果、数值模拟结果和煤柱支承压力现场实测结果,综合确定9102窄煤柱合理宽度为9 m,得出锚索桁架非对称控制技术能够有效控制沿空掘巷顶板非对称变形破坏。现场宏观矿压观测结果表明,顶板、煤柱帮和实体煤帮位移量在工作面回采期间变形量较小,巷道控制效果良好,回采安全得到有效保障。     

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。     

孤岛工作面窄煤柱留设宽度研究

针对孤岛工作面大煤柱留设造成的资源浪费和巷道变形量大的问题,采用了理论计算和数值模拟相结合的手段,确定了郭庄煤业2306孤岛工作面留设窄煤柱的可行性,并对比分析了常规工作面开采与孤岛工作面开采条件下以及大煤柱与不同宽度煤柱情况下的巷道变形量和应力值的分布情况,确定了窄煤柱的合理留设宽度为8m,经现场应用结果表明窄煤柱在对孤岛工作面底鼓的治理有明显的作用。     

孤岛综放工作面沿空掘巷窄煤柱留设宽度优化设计

为了解决孤岛综放工作面沿空掘巷矿压显现剧烈、巷道围岩控制困难的难题,运用理论计算、数值模拟及现场实测的方法,研究了孤岛综放工作面回采巷道在不同宽度窄煤柱条件下的围岩稳定状况。基于采空区侧煤体支承压力分布特征以及沿空掘巷的力学模型,分别从内应力场和极限平衡理论角度计算分析,确定了护巷窄煤柱留设宽度的合理尺寸范围为4.46~7.3m。采用数值模拟方法对窄煤柱留设尺寸进行了对比分析,得到3204孤岛综放工作面护巷窄煤柱的最优尺寸为5 m。现场监测数据表明:3204工作面回风巷道两帮的最大变形量为147 mm,顶底板最大变形量为95 mm,能够满足安全生产要求。     

孙家沟煤矿1304孤岛工作面合理煤柱留设研究

为合理确定孙家沟煤矿1304孤岛工作面煤柱尺寸,结合该工作面工况条件,利用FLAC~(3D)数值模拟软件,制作了煤柱宽度4、6、7、8、10、12 m六种模型进行分析,重点分析了各推进阶段的巷道顶板、沿空侧和实体煤侧帮位移的变化。模拟结果表明:当煤柱宽度变化6～12 m,顶板位移和底板位移量变化较小,可以认为6 m以上煤柱均可应对采动应力对巷道的影响,设计煤柱的尺寸为7～8 m。     

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。     

大采高工作面回撤通道间隔煤柱失稳机理

为解决某矿2301大采高工作面回撤通道围岩稳定性差、非对称变形破坏严重等难题,应对对其关键承载部分——间隔煤柱的失稳机理开展系统研究。综合运用数值模拟、理论力学分析、数学建模等研究方法,分析了2301大采高工作面回撤通道煤柱内支承应力及塑性区分布规律的柱宽效应,建立"煤柱-顶板"结构力学模型,基于尖点突变理论建立并解析煤柱突变微分方程,进而计算出2301工作面间隔煤柱临界突变灾变宽度为4.1 m,且数值模拟计算结果与理论计算相吻合,即间隔煤柱留设最小宽度应大于4.1 m。     

大采高综放动压巷道窄煤柱沿空掘巷围岩控制

为研究大采高综放工作面窄煤柱沿空掘巷动压巷道矿压控制问题,以宁煤集团羊场湾煤矿2-2特厚煤层130205大采高综放工作面回风巷为工程背景,在原巷道留设35 m护巷煤柱全断面锚索支护已无法维护采掘巷道断面条件下进行窄煤柱研究。采用现场实测、数值模拟和理论预测3者相结合的研究方法,建立了巷道围岩内、外应力场力学结构模型,运用FLAC3D模拟回风巷道5、6、8、10、15 m不同宽度煤柱围岩应力分布规律。理论计算内应力场为9.5～10.3 m,窄煤柱合理宽度为5.14～5.56 m;数值模拟显示0～10 m为低应力区,10～14 m为应力峰值区,14～45 m为应力高值区、缓降区,超过45 m后逐渐趋于原岩应力,煤柱内的支承压力呈单峰分布,通过研究确定护巷煤柱尺寸为6 m。经现场应用得出,6 m窄煤柱回风巷道回采期间两帮最大变形量为241 mm,顶底板最大变形量为92 mm,巷道支护设计合理,窄煤柱注浆效果显著,窄煤柱巷道回采期间整体满足生产要求。     

孤岛工作面回采巷道合理煤柱宽度探究及应用

以河南能源焦煤公司赵固二矿二盘区里侧孤岛工作面为工程背景,通过理论计算得到工作面上侧屈服煤柱合理宽度不小于6.6 m。采用数值模拟软件FLAC3D对孤岛工作面应力分布进行分析,建立煤柱宽度分别为4,6,8,10,12,14,16,18,20 m的数值计算模型。分析不同煤柱宽度下巷道围岩的变形特征,结果表明：当煤柱宽度为4 m时,巷道围岩变形最大,煤柱宽度为20m时,围岩变形量最小。为了提高煤炭资源回采率,数值模拟分析确定合理的煤柱宽度为8～10 m。实际工程应用表明,煤柱宽度设计为3～5 m,采用“锚网索+钢筋梯+槽钢梁+喷、注浆”联合支护技术能有效控制巷道围岩的大变形,满足安全生产的要求。     

王家岭矿综放沿空掘巷合理煤柱宽度与控制技术研究

针对高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度留设问题,以王家岭煤矿为工程背景,通过钻孔窥视勘探基本顶断裂线位置阐明了巷道围岩的非对称破坏特征;建立了综放工作面侧向基本顶破断结构模型,推导出了沿空侧巷道顶板范围内弯矩表达式;采用FLAC3D数值模拟软件分析了不同煤柱宽度下巷道围岩应力与屈服区演化特征,确定了合理煤柱宽度为8 m;基于N2103回风平巷留设8 m护巷煤柱时顶板弯矩变化规律,提出了巷道围岩的非对称控制技术,并进行现场应用。结果表明：顶板、煤柱帮和实体煤帮位移量在工作面回采期间分别为216 mm、198mm和121 mm,巷道控制效果明显。     

小窑头矿复合顶板窄煤柱护巷技术研究与实践

为提高小窑头矿13号煤的资源回收率,在21305工作面进行了窄煤柱护巷煤柱宽度和支护技术的研究。综合采用理论分析、力学模型、数值模拟、工程类比等方法,得到的主要结论如下：(1)21305运输顺槽复合顶板破坏过程分为层间滑动、层间离层和下沉破坏3个阶段,两帮片帮形式主要为滑落式和劈裂式;(2)在力学模型的基础上,通过数值模拟分析,得出沿空掘巷窄煤柱护巷的尺寸为8.0 m,并结合工程类比法确定了支护方案;(3)现场矿压观测表明,21305运输顺槽巷道顶板稳定,下沉量较小,煤柱帮变形明显大于实体煤帮,离层值为36 mm,为巷道顶板整体下沉。     

倾斜厚煤层沿空掘巷围岩稳定性控制技术研究

为了解决倾斜厚煤层沿空掘巷期间动压显现剧烈,巷道支护破坏严重,维修困难等问题,通过优化巷道支护参数,布置矿压监测站,对留设不同宽度煤柱的巷道围岩表面位移、深部多点位移、顶板离层、煤帮应力、锚杆和锚索受力进行了跟踪监测。得出：巷道达到稳定状态后,煤柱宽度为6.0 m时,顶板下沉量为162 mm,两帮移近量为254 mm;煤柱宽度为8.0 m时,顶板下沉量为92 mm,两帮移近量为360 mm;煤柱宽度为9.0 m时,顶板下沉量为114 mm,两帮移近量为595 mm。结果表明：煤柱宽度为6.0 m时,围岩控制效果好,倾斜厚煤层沿空巷道立体协控技术有效地控制了巷道围岩变形。     

松软煤层综放开采护巷煤柱合理宽度研究

汾西新阳矿综放工作面煤柱留设大,为了减少煤柱宽度,提高采区采出率,基于极限平衡理论的分析方法,推导出计算煤柱宽度的表达式,结合煤柱强度与高宽比关系,设计煤柱宽由35m减少到25 m;采用连续自动采集装置,实测得煤柱侧支承压力范围为10～12 m,所设计煤柱宽大于2倍塑性区宽,理论计算与测试结果具有很好的一致性。现场监测结果表明：掘进期间,煤柱侧巷道顶板位移85 mm,两帮移近70 mm,顶板深部、浅部离层分别为8和10 mm;回采期间,顶板及两帮位移分别为105和90 mm,离层没有变化,煤柱和巷道都保持稳定,满足安全生产要求。     

申南凹矿综放工作面沿空留巷煤柱合理宽度确定

针对高强度开采综放工作面围岩结构复杂和巷道围岩变形严重,留设煤柱宽沿空掘巷造成资源浪费等问题。以申南凹矿20108工作面为工程背景，利用数值模拟软件对合理留设煤柱宽度进行研究，首先对留设不同宽度煤柱下巷道垂直应力和水平位移进行分析，发现当煤柱宽度小于6.0m时，无法满足巷道稳定性要求。当煤柱宽度大于6.0m时，此时煤柱内部稳定区域增加，煤柱稳定性较好，同时当煤柱宽度大于6m时，煤柱抗水平变形能力增强，水平位移较小，同时发现随着煤柱宽度的增大，巷道顶板和巷道两帮移近量呈现出逐步减小的趋势，综合分析确定最佳煤柱宽度为6m，并进行现场应用,巷道围岩控制效果明显。     

孤岛工作面不同宽度煤柱防治冲击地压分析

随着煤矿开采机械化程度的提高,矿井产量和开采深度不断加大,近年来相继出现了采区孤岛工作面现象。由于孤岛工作面两侧已采空,工作面及其周围巷道、煤柱附近应力集中程度较高,顶板覆岩运动剧烈,再加上工作面地质构造的影响,采深较大时,冲击危险程度就很高,易引发煤柱型冲击矿压。利用FLAC4.0数值模拟软件模拟了不同宽度煤柱条件下,工作面围岩应力分布及变化规律,模拟分析确定了某矿孤岛工作面合理的煤柱宽度为5m。合理的煤柱宽度,既有利于提高煤炭回收率,减少巷道压力,也有利于预防煤柱型冲击矿压的发生。     

孤岛工作面煤柱合理尺寸研究与应用

孤岛工作面巷道围岩应力集中程度较高,回采巷道支护困难。以某矿30222孤岛工作面回采巷道为背景,结合理论和UDEC数值模拟,分析了该孤岛工作面巷道围岩应力分布特征。研究表明:由于孤岛工作面围岩应力相对常规工作面增大,通过力学模型计算并结合数值模拟分析,留设6 m窄煤柱能够使围岩处于较稳定的状态;工程实践表明,采用锚网索加注浆加固能够较好的控制巷道围岩变形。     

孤岛工作面预留煤柱合理宽度的确定

为了研究屯兰矿12305孤岛工作面预留煤柱的合理宽度,在保障安全的前提下,尽可能减少煤炭资源的浪费,在工作面现有地质资料的基础上,从理论上计算出煤柱最小合理宽度为3.76~4.41m,再结合数值模拟软件对工作面煤柱宽度和巷道变形量进行数值模拟,得出煤柱宽度与巷道顶底板移近量的变化关系。将理论计算结果与数值模拟结果比较后,最后得出屯兰矿12305工作面预留最合理的煤柱宽度应为4m的结论。     

基于偏应力第三不变量的窄煤柱合理宽度确定

为解决王家岭矿20103运输平巷窄煤柱合理宽度留设问题,提出了以偏应力张量第三不变量J_3为指标的研究方法。偏应力张量第三不变量表征了介质点应变行为,通过数值模拟手段进行围岩J_3来确定最优煤柱宽度问题。柱宽方案对比得出,8 m柱宽时,巷道实体煤区顶板围岩为低强度压缩应变状态,煤柱区顶板围岩为平面应变或低强度的拉伸应变状态,最终确定20103运输平巷合理的窄煤柱宽度为8 m。数值模拟和现场应用表明:剧烈综放采动影响下,8 m的窄煤柱仍存在有2~3 m的弹性核;现场未发现窄煤柱失稳现象且巷道服务状况好。     

屯兰矿18406孤岛工作面沿空掘巷技术应用研究

为解决山西焦煤集团屯兰矿孤岛工作面区段煤柱宽度设计不合理的问题,通过理论分析、数值模拟等方法确定合理的煤柱宽度应当在8.0m左右。调整18406孤岛工作面煤柱宽度为8.0m,对沿空巷道支护方案进行优化。现场应用及围岩位移观测结果证明取得了良好的应用效果。     

残采孤岛工作面蠕变煤柱宽度数值研究

为确定孤岛工作面顺槽煤柱受采空区二次蠕变破坏影响后的合理宽度,通过理论分析计算蠕变煤柱宽度,数值模拟论证孤岛煤柱模型。研究表明:由计算知煤柱稳定宽度为5.4~6.3m,并经模拟论证宽度为6 m时,煤柱受采空区影响后能保持稳定。由数值分析确定5m煤柱破坏主要原因是高强应力下长时蠕变,弹性核区微破裂隙贯通,煤柱失稳;设计提出高强高预应力锚杆支护技术,支护后巷道煤柱侧位移量减小190.5%~407.27%。