沿空留巷顶板下沉规律及其影响因素分析

针对沿空留巷顶板下沉量大、控制十分困难的问题,在分析沿空留巷顶板下沉规律的基础上,利用能量守恒原理,建立了沿空留巷顶板下沉力学模型,推导出顶板下沉量的计算公式,并对顶板下沉的影响因素进行了定量分析和灰色关联度敏感性分析。结果表明：某矿沿空留巷顶板下沉量计算值为371.45 mm,较好地吻合现场测量值,理论计算公式是准确的。顶板下沉随巷道宽度、采高的增加而增大,随直接顶厚度、巷内支护阻力、煤帮侧向支护阻力、巷旁充填体宽度和充填体弹性模量的增加而减小;对沿空留巷顶板下沉的敏感度大小的影响因素依次为采高、充填体弹性模量、充填体宽度、直接顶厚度、巷内支护阻力、巷道宽度、煤帮侧向支护阻力,其关联度分别为0.96、0.73、0.68、0.52、0.28、0.13、0.04。研究结果可为有效控制沿空留巷围岩变形提供依据。     

充填采煤沿空留巷顶板下沉量预测分析

为获得充填采煤沿空留巷顶板下沉量相对比较准确的预测公式,以某矿1316充填采煤工作面沿空留巷为工程背景,基于多元回归分析法,在分析充填采煤沿空留巷覆岩移动特征的基础上,以充实率、采高、巷道跨度、巷旁支护体强度、巷旁支护体宽度、硬岩厚度比系数、采深和工作面长度8个主要影响因素,结合正交实验设计、FLAC~(3D)数值模拟及SPSS软件对沿空巷道顶板下沉量进行了多元非线性回归分析,得到沿空留巷顶板下沉量的非线性预测公式。通过1316工作面实测参数对预测公式进行验证,结果表明多元回归分析生成的预测模型具有较高精确度。     

沿空留巷顶板下沉量计算及分析

基于支架-围岩整体力学模型,利用位移变分原理研究了沿空留巷时基本顶在给定变形下直接顶的受力、变形情况,探讨了顶板下沉量与巷内、巷旁支护阻力、直接顶厚度、巷道宽度及充填体宽度之间的相互关系.结果表明:巷内支护阻力对顶板下沉量几乎没有影响;顶板下沉量随巷旁支护阻力的增大而减小;直接顶厚度在2.5 m以内时,顶板下沉量变化不大;而直接顶厚度大于2.5 m时,顶板下沉量随直接顶厚度的增加而显著减少;巷道顶板下沉量随巷道宽度的增加而加大;巷道顶板下沉量随充填体宽度的增大而增大.     

固体充填采煤沿空留巷顶板下沉力学机理研究

基于固体充填采煤上覆岩层移动特征,为分析巷旁支护体和实体煤帮的稳定性,以唐口煤矿9301充填采煤工作面沿空留巷为算例,采用Winkler弹性地基梁理论,建立了固体充填采煤沿空留巷直接顶力学模型,推导出巷旁支护体宽度和实体煤帮的弹塑性区长度计算式。研究结果表明:求算得出影响唐口矿巷道直接顶下沉的3个主要参数值,即当巷旁支护体的弹性地基系数为50 MN/m~3,其宽度为3 m,采空区充填体弹性地基系数为80 MN/m~3时,可较好的控制巷道直接顶下沉;同时结合唐口煤矿9301轨道巷顶底板移近量具体监测结果,顶底板最大移近量仅为213 mm,沿空巷道围岩控制效果良好。     

综放沿空留巷顶板下沉规律与控制

针对综放沿空留巷顶板下沉控制困难问题,揭示了综放沿空留巷顶板下沉规律,建立了顶板下沉力学模型,结合损伤力学和能量守恒理论,推导出了顶板下沉量的理论公式,在此基础上对其影响因素进行了分析,提出了综放沿空留巷顶板下沉控制对策,并进行了工程应用。结果表明:顶板下沉量理论计算公式与现场实测值基本一致;各因素对顶板下沉影响程度依次为:巷旁支护体宽度、直接顶有效弹性模量、基本顶给定载荷、关键块破断位置、巷旁支护体有效弹性模量、巷内支护阻力、巷道宽度、顶煤有效弹性模量。顶板下沉控制对策应围绕关键性影响因素进行,据此提出"锚网索+高强度墩柱+木垛"耦合支护方式,即采用锚杆+锚索+高强度钢筋网进行巷内耦合支护,巷旁采用高强度墩柱支护,并用木垛进行巷旁加强支护。工程应用表明,综放沿空留巷围岩变形稳定,顶板下沉得到了有效控制。     

沿空留巷围岩变形机理及控制技术

为控制沿空留巷围岩变形,分析不同阶段巷道围岩结构和应力分布,研究围岩变形机理,结果表明:影响沿空留巷围岩变形的主要因素是巷道顶板的三铰接梁结构.结合影响巷道顶板下沉和巷帮挤出的具体因素,研究下沉量和挤出量的计算方法,并以下沉量和挤出量为依据,确定沿空留巷围岩变形的控制策略.通过研究巷旁支护对控制围岩变形效果的影响,提出根据顶板下沉量判断顶板触矸情况,确定巷旁支护工艺.利用数值模拟软件,计算某矿沿空留巷时巷道围岩与巷旁充填体的应力分布情况,验证该矿沿空留巷围岩变形的控制效果和巷旁支护的合理性.     

沿空留巷巷旁支护体宽度的合理确定

 巷旁支护体是沿空留巷围岩控制的关键,在充填材料力学性能和巷道高度确定的情况下,巷旁支护体的宽度就成了主要影响因数。本文以焦煤集团九里山煤矿巷旁充填沿空留巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,得出巷旁支护体合理宽度的确定方法。现场试验表明,采用该方法确定的巷旁支护体宽度在沿空留巷围岩趋于稳定后,巷道围岩及充填体稳定、变形量较小,说明采用该方法确定的支护体宽度科学合理,对沿空留巷实践具有一定的指导意义。     

复合顶板综采面沿空留巷技术研究与应用

矸石带巷旁支护的优点是节省支护材料、稳定性较好,缺点是矸石带的可缩量大、前期支护阻力小、顶板下沉量大、构筑矸石带的劳动强度大。对于复合顶板薄煤层综采工作面,有效控制巷道围岩状况,尤其是对巷旁充填段复合顶板的控制是沿空留巷技术能否成功的关键。通过结合数值模拟软件及现场留巷情况分析巷旁充填矸石带后巷道围岩应力及变形状况,模拟不同充填矸石带宽度对留巷效果的影响,得出在此条件下成功应用巷旁充填3 m宽矸石带沿空留巷的技术。     

坚硬顶板下沿空留巷巷旁充填体合理宽度研究

对于使用沿空留巷技术而言,巷旁充填体宽度是其控制巷道围岩变形的关键参数之一,特别是在坚硬顶板条件下,巷旁支护体合理宽度的确定就成了巷旁支护系统发挥最大支护作用的关键因素。以山西铺龙湾煤业有限公司4102综放工作面为工程背景,综合运用理论分析与数字模拟,对支护体合理宽度进行了研究分析。结果表明,4102综放工作面沿空留巷巷旁支护体宽度应控制在1.84.15 m范围内,当支护体宽度为4 m时巷道变形量最小,支护效果最好,能够保证矿井实现安全高效生产。     

水力压裂基本顶沿空留巷顶板变形特征研究

摘 要：为探究水力压裂基本顶沿空留巷对巷道顶板及巷旁支护体顶部变形的影响,本文以榆家梁矿43308运输顺槽沿空留巷水力压裂基本顶工程为背景,采用FLAC3D数值模拟方法对水力压力前后沿空留巷顶板与巷旁支护体顶部的变形特征进行了分析,结果表明：沿空留巷顶板下沉量呈现由煤壁处向支护体处逐渐增大的趋势,巷旁支护体顶部变形量呈现由沿空留巷处向采空区处逐渐增大的趋势,均呈现“倾斜”特征。水力压裂基本顶前后,沿空留巷顶板平均下沉量由10.7 mm减小到7.23 mm,而巷旁支护体顶部平均变形量由16.82 mm减小到9.13 mm,沿空留巷顶板下沉量与巷旁支护体顶部变形量分别降低32.43%和45.72%。现场实测结果显示,水力压裂基本顶沿空留巷的巷道顶板下沉量与巷旁支护体顶部变形分别维持在20 mm~25 mm和60 mm~65 mm之间。水力压裂基本顶沿空留巷技术在榆家梁矿的成功应用,为其他类似矿井或工作面提供了一定的借鉴意义。     

高瓦斯综采工作面沿空留巷充填体宽度优化

针对潞安余吾矿区巷旁充填体的沿空留巷现场充填宽度不足,导致巷道稳定性得不到保证且巷道变形较大的问题,理论分析了综放尾巷留巷巷旁充填体的受力特点和变形特征,并利用FLAC~(3D)对沿空留巷期内围岩变形特征进行数值模拟,确定了巷旁充填体的最优充填宽度。结果表明:巷旁充填体对巷道围岩的作用具有在短时间内可达到高强度、高阻力状态,并具备上佳的变形性能,从而实现非采煤帮、充填体和冒落矸石共同承但围岩压力;巷旁充填体宽度取值为1.5 m时,此时充填体宽度无应力集中向少应力集中的过度,峰值应力变化最为明显从8.3MPa增加到12.6 MPa,在此情况下,巷道围岩变形量较小,观测点实测结果显示,顶底板移近量分别为331.3 mm和280.7 mm,两帮移近量分别为225.4 mm和171.7 mm,巷道围岩变形主要以顶板下沉为主,沿空留巷段巷旁支护基本满足围岩控制要求。     

无煤柱开采巷道围岩稳定性分析

综合考虑沿空留巷围岩变形、采场覆岩运动规律及巷旁支护结构的特点,将沿空留巷顶板结构简化为采空区矸石、巷旁充填体及巷帮煤体共同作用的弹性力学模型,计算了该条件下的支护反力,利用控制变量的方法分析了影响支护反力的主要因素是充填体宽度和充填体弹性模量,得出了巷旁充填体压缩量计算公式。在此基础上,通过UDEC数值模拟方法,模拟了沿空留巷顶板关键岩块在弹性支撑条件下的应力状态,分别得出了充填体宽度及弹性模量与顶板下沉量的关系。综合以上分析,确定了赵官煤矿1705工作面沿空留巷巷道围岩控制方案。     

直覆厚硬顶板沿空留巷巷旁支护方式研究

巷旁支护体成功切顶是直覆厚硬顶板沿空留巷成功的关键。通过建立沿空留巷上覆岩层结构力学模型,分析了不同巷旁支护方式下顶板破断结构,得到了强力切顶支柱能够减小顶板悬露长度;在上述研究的基础上,以某矿10106工作面沿空留巷为背景,采用数值模拟方法分析了2.4 m和3.0 m充填体、强力切顶支柱巷旁支护时支护体的应力状态及巷道围岩变形特征,得到了强力切顶支柱是具有高初撑力、高阻让压和恒定支护阻力的支护体,能够及时切顶,保证留巷稳定。现场监测表明,强力切顶支柱能够保证较好的留巷效果,满足安全生产的需要。     

沿空留巷围岩稳定原理与控制技术研究

建立了沿空留巷上覆岩层结构力学模型,根据沿空留巷围岩载荷和变形特征,将沿空留巷分为3个阶段。研究得到沿空留巷围岩稳定机理:1巷内支护采用高阻让压支护,提高沿空留巷围岩承载能力和抗变形能力;2在采空区顶板破断和沿空留巷围岩应力调整的剧烈阶段采用高阻力巷内让压加强支护;3构筑的巷旁支护体具备:快速增阻并有较大的切顶阻力和变形能力,在上覆岩层剧烈活动阶段能有效切断采空区侧一定高度的顶板、冒落矸石有效支撑上位顶板,确保沿空留巷处于卸压状态;在上覆岩层活动趋于稳定阶段,巷旁支护体有一定的后期支护阻力,适应沿空留巷围岩一定变形与应力调整。工程实践表明:巷内采用锚杆、锚索支护,回采工作面后方应力调整剧烈阶段采用高阻力、让压巷内加强支护,采用高水材料构筑巷旁充填体,可适应沿空留巷围岩活动规律,有效控制巷道围岩变形,适当卧底后满足第2个工作面安全回采的使用要求。     

综采工作面沿充留巷围岩稳定性研究

采用理论分析方法对沿充留巷与沿空留巷二者巷道顶板压力进行计算对比分析。结果表明:沿充留巷与沿空留巷相比,在具有沿空留巷优势的同时,对采空区顶板有减压降沉的特点。计算沿空留巷顶板压力为P=212.94~358.54 MPa,沿充留巷顶板压力为P=161.98~256.62 MPa。可以看出充填体对采空区覆岩产生支撑力,有效减缓顶板下沉量,降低顶板压力。以金谷煤矿为工程背景,基于沿充留巷顶板压力理论计算值以及矸石充填开采技术特点,对巷道进行组合支架留巷、辅助支护以及巷旁注浆加固综合设计有效控制11101工作面矸石充填过程中巷道围岩变形量,确保巷道围岩稳定性。     

沿空留巷顶板稳定性分析及其控制

 根据沿空留巷上覆岩层的后期活动规律，将顶板变形视为“给定变形”，建立顶板力学模型，采用变分法，推导顶板下沉量计算公式。依据具体的地质力学参数，验证力学模型的合理可行性，并研究分析顶板下沉量与各影响因素之间的定量关系。通过分析表明，在直接顶弹性模量较大时，巷旁支护阻力的变化对顶板下沉量影响不大；在直接顶弹性模量较小时，巷旁支护阻力对顶板下沉量影响较大。直接顶厚度在3~11.5m范围内变化时，随着直接顶厚度增加，顶板下沉量明显减小。当巷内和巷旁支护阻力较高时，顶板下沉量随着直接顶弹性模量增大而明显增大；当巷内和巷旁支护阻力较小时，直接顶弹性模量的变化对顶板下沉量影响较小。顶板下沉量与巷道宽度、煤层厚度、巷帮塑性区宽度、顶板旋转角度成线性增大的关系，与巷帮煤体残余强度、充填体宽度成线性减小的关系，与巷帮煤体弹性模量成反比例关系。根据各影响因素与顶板下沉量之间的关系，提出巷内支护采用“分期联合支护”，巷旁采用“超前复合加固”等控制沿空留巷顶板稳定性的措施。     

沿空留巷围岩变形力学分析

为研究沿空留巷围岩的变形机理,分析了留巷围岩顶板下沉的力学模型,得出了顶板下沉量的解析解,并根据具体的地质条件进行了顶板厚度、巷道宽度、支护阻力等影响因素的分析,顶板厚度越大下沉量越小,巷道宽度越大下沉量越大,支护阻力越大下沉量越小,从而为沿空留巷围岩的变形控制提供了理论依据。     

密实充填采煤沿空留巷巷旁支护体合理宽度研究

基于固体密实充填采煤的覆岩移动规律,分析了沿空留巷围岩变形特征及巷旁支护体的作用机理,得出夯实机构夯实充填体而传递来的侧压力是导致巷旁支护体失稳和变形的主要因素,据此建立了侧向压力与巷旁支护体稳定性力学模型,推导出巷旁支护体宽度计算公式.根据花园煤矿的具体条件,对不同宽度巷旁支护体的变形特征进行了数值模拟分析.结果表明,当支护体宽度大于2.5 m并采用锚带网联合支护加固后,侧压力引起的巷旁支护体变形可得到有效控制.现场工程实践证明该项技术成功有效,巷旁支护体稳定性力学模型及宽度计算公式合理.     

厚层灰岩直接顶沿空成巷切顶断裂条件及围岩移动规律研究

基于沿空留巷原理,分析了厚层灰岩直接顶板下巷旁充填沿空留巷和超前切缝断顶卸压法沿空留巷巷道顶板断裂位态,分别建立了2种不同顶板断裂位态下的结构力学模型,推导了巷道顶板支护阻力计算方法。研究表明:当切顶阻力Q≤ql时,巷道顶板沿煤壁内一定深度内断裂,沿空巷道侧向顶板悬臂结构可向沿空巷道围岩传递采场岩梁和上覆岩层移动压力;而当切顶阻力Q≥ql,巷内加强支柱+巷旁切顶墩柱+巷旁切缝的联合切顶作用时,可使得侧向坚硬灰岩顶板沿切缝结构面断裂滑落,实现顶板断裂位态主动控制,降低了坚硬灰岩顶板传递上覆岩层压力的移动变形压力,优化了顶板承载结构和围岩应力,降低了巷旁支护体承受的附加载荷。相关设计方法及研究成果应用到南屯矿厚层灰岩直接顶切顶留巷试验,取得了良好的应用效果。     

屯兰矿沿空留巷巷旁支护体的稳定性研究

以西山煤电集团有限责任公司屯兰矿18205运输平巷为研究背景,采用理论分析,数值模拟和现场工程实践相结合的方法分析巷旁支护体的稳定性。建立力学模型,计算得出巷旁支护体的切顶支护阻力和合理的充填宽度;建立数值计算模型验证合理的巷旁充填宽度为2.5m;现场工程实践表明计算得出的巷旁支护宽度可以有效控制围岩变形,巷旁支护体和顶板下沉量小,围岩变形量小。