遗留煤柱及断层影响下巷道掘进安全性分析#br#

针对复杂地质构造区遗留资源开发过程中巷道掘进安全性问题,为研究遗留煤柱及断层构造对巷道掘进的影响,以运河煤矿充填工作面巷道掘进为工程背景,综合运用现场调研、数值建模分析等手段,对遗留煤柱及断层影响下巷道掘进过程中应力变化规律进行了研究。结果表明,当巷道迎头距离断层40 m时,断层附近的集中应力开始迅速升高,巷道迎头距离采空区边界30 m时,掘进迎头集中应力开始升高;过采空区边界30 m后,集中应力降至正常水平以下。研究结果为类似地质条件的巷道掘进及针对性支护设计提供了依据。     

逆断层下盘侧巷道掘进稳定性研究

为了研究逆断层下盘侧不同断层煤柱尺寸对掘进巷道的影响,采用UDEC数值模拟软件,建立了逆断层下盘巷道掘进的数值模型,研究了5 m、10 m、20 m、30 m、40 m断层煤柱下巷道掘进时的应力分布、塑性破坏区范围和巷道围岩的变形量。结果表明,当断层煤柱尺寸小于20 m时,巷道附近应力受断层影响显著,巷道远断层侧应力集中明显;巷道底板受断层煤柱尺寸影响较小;当断层煤柱尺寸大于30 m时,随着断层煤柱尺寸的增加,巷道塑性区及围岩移近量变化趋于稳定,受断层影响较弱。     

特厚煤层掘进巷道强矿压显现机理及防治技术研究

为确保特厚煤层巷道安全掘进,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了掘进巷道强矿压显现的力学机制,进行了综合防治研究与实践。结果表明:在近距离煤层群开采条件下,受上部煤层工作面遗留煤柱的影响,造成下部煤层掘进巷道围岩产生高集中应力,是掘进巷道发生强矿压显现的主要影响因素;随着上部遗留煤柱水平距离的增大,掘进巷道围岩最大钻屑量呈降低趋势,回风巷(距离上部遗留煤柱10 m)是运输巷(距离上部遗留煤柱40 m)最大钻屑量的1.2倍。综合防治实践表明,采取的煤层卸压、加强支护、优化设计、加强监测等措施是合理的,可实现高应力条件下巷道围岩的有效控制,为类似条件掘进巷道强矿压防治提供了参考。     

迎采动宽煤柱承载特性及矿压显现规律研究

单翼开采矿井为解决采掘接替紧张的问题,常会出现迎采对掘的情况,而迎采动掘巷期间,矿压显现规律和煤柱宽度的确定是巷道掘进及安全回采的关键。以炭窑坪煤业100303运输巷迎采掘巷期间为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,对煤柱的合理宽度及迎采期间的矿压显现规律进行研究分析。主要结论有：通过理论计算,煤柱在受到掘进扰动和工作面采动的双重影响下,确保煤柱不完全发生塑形破坏且存在弹性核的宽度至少为30 m。数值模拟发现,掘进迎头至相遇位置前方20～30 m时,围岩变形开始增大,煤柱帮和回采帮变形量均超过0.5 m。当掘进至采空区后方一定距离后,围岩因同时受掘进扰动与采空区侧向支承应力的叠加影响,变形增幅加快,煤柱帮变形严重,最大变形量超1 m。提出100303运输巷掘进距100302综采工作面70 m时,停止掘进,在迎采扰动范围内,优化支护参数,提高煤柱承载能力。现场监测表明,巷道顶底板和两帮均变形较小均在可控范围内,有效控制了迎采动工作面掘巷的围岩变形。     

冲击地压矿井近距离煤层采空区下回采巷道合理错距研究

针对近距离煤层上层煤为采空区及遗留30 m煤柱情况,以葫芦素煤矿2-1煤层及2-2煤层煤为研究背景,建立上层煤采空区及遗留煤柱受力的力学模型,分析了上层煤区段煤柱下岩层的应力分布状态,研究了近距离煤层采空区下回采巷道布置的合理错距。研究表明:保护层开采后实现充分卸压后,最佳内错距离应为80 m;从上覆遗留煤柱的影响范围来看,最佳内错距离为40~80 m;从对上层煤巷道的影响程度考虑,最佳内错距离宜大于80 m,当内错距离取160m时,下工作面开采对21101回风巷的影响最低,综合4种不同的角度,对影响范围取交集计算,最终确定22103首采工作面的最佳内错距离为80 m。     

煤柱下开切巷应力分布分析及治理研究

为了消除宽沟煤矿B4煤层回采后遗留煤柱对下部煤层的影响,通过理论计算及数值模拟分析相结合的研究方法,对上煤层W1145工作面回采后所遗留的煤柱应力在底板传递的规律和下部煤层W1123工作面回采过程工作面应力分布状况进行研究,研究结果表明：B4煤层回采后煤柱应力变形集中区为13.12m|在煤柱铅直应力作用下,下部煤层距离煤柱60m处时,煤岩体内应力明显升高,距离剩20m左右位置时达到峰值|进入采空区后,煤岩体应力快速的降低,在远离煤柱35m后恢复至开采前的应力水平,影响走向范围可达140m。研究采用超前预裂爆破、两回采巷道侧向切顶方式综合处理顶板,以实现消除煤柱应力影响。     

采空区及煤柱下回采巷道合理布置位置研究

针对多煤层开采上覆煤层后采空区及遗留煤柱引起底板应力变化,对寺河二号井94313综采工作面回采巷道位置进行相似模拟研究,分析上覆岩层变形破坏对下部煤层应力的影响,为下煤层回采巷道布置位置提供理论依据。结果表明:残留煤柱下9号煤层垂直应力呈单峰值分布,距离煤柱边缘30 m以外垂直应力趋于稳定。     

近距离煤层回采巷道非对称破坏机理及其控制

近距离煤层开采时,上位煤层的遗留煤柱集中应力会对下位煤层邻近采空区的巷道掘进产生扰动影响。针对下峪口煤矿3#_下煤层回采巷道掘进时产生的非对称变形破坏及支护困难等问题,结合现场地质条件,采用力学分析、数值模拟和现场试验的方法,探究23306_下进风巷掘进期间产生的非对称变形机理,并提出合理的巷道支护参数及工艺,改善了巷道围岩条件。研究结果表明：上位煤层遗留煤柱及本煤层邻近采空区的存在导致巷道围岩主应力方向及大小发生变化,而非均匀的应力分布致使巷道围岩塑性区呈现蝶形破坏,巷道顶板水平应力变化幅度大、剪切应力大,造成巷道顶板极度破碎,顶板至上覆采空区间全为塑性区分布,顶板两侧应力及塑性区的差异性分布是造成巷道非对称变形的主要原因;数值模拟得到煤柱内X-Y,X-Z,Z-Z方向的应力受本煤层邻近采空区的影响较大,巷道两侧应力大小不等,致使巷道产生非对称变形;根据巷道围岩的受力状态、工作面地质条件及支护成本,优化了巷道支护参数,现场应用效果良好。     

近距离煤层开采合理巷道布置方法研究

为了研究近距离煤层开采合理巷道布置方法,以平沟煤矿为工程背景,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对遗留煤柱稳定性及其煤柱下应力分布特征进行了研究,进而确定了合理巷道布置位置。研究结果表明:20 m煤柱宽度所受均布载荷为4 MPa,小于煤柱的强度10.8 MPa,上部9号煤层工作面回采过后遗留的煤柱依然稳定;煤柱下垂直应力大小受上层煤遗留煤柱影响较大,巷道错开距离由15 m增加至19 m时,巷道位移平均降低量达59.4%,巷道错开距离由19 m增加至21 m时,巷道位移平均降低量达17.8%.确定巷道合理错开距离为19 m。     

近距离下煤层巷道布置位置对应力场影响模拟分析

为确定近距离煤层上煤层开采后下煤层巷道的合理位置,采用数值模拟的方法,假定上下煤层间距为8 m,分别模拟巷道距上煤层煤柱中心位置为0 m、5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m和35 m时的应力场垂直应力和水平应力分布。结果表明:煤柱下方为垂直应力集中区,巷道应尽量布置在采空区下方距离煤柱中心线15～30 m的位置;从水平应力的角度考虑,要将巷道布置在距离煤柱中心线15 m以外。综合垂直应力和水平应力对下煤层巷道布置的影响,确定下煤层巷道布置位置在距离煤柱中心线15～30 m之间比较合理。     

平顶山矿区上伏遗留煤柱对下伏煤层应力响应机制研究

平顶山矿区上覆戊组煤层群开采过程中遗留的上下山大型煤柱,对下伏己组煤层巷道掘进以及开采过程中顶板压力和煤层赋存状态具有重要影响。为研究上伏遗留煤柱对下伏煤层的影响,采用锚杆应力计对顶板的应力进行研究。根据下伏煤层巷道锚杆应力的现场原位监测,可将上伏遗留煤柱对下伏煤层的应力影响划分为三个区域：影响微弱区(Ⅰ区)、影响剧烈区(Ⅱ区)、稳定影响区(Ⅲ区)。并通过FLAC3D软件模拟分析了影响区内的应力变化趋势,验证了上伏遗留煤柱对下伏煤层的影响规律。研究成果可为下伏己组煤层掘进与回采通过煤柱时的顶板管理、瓦斯治理及防突措施提供理论依据和现场指导。     

高应力厚煤层不同宽度护巷煤柱数值模拟研究

为研究高应力厚煤层巷道掘进过程中护巷煤柱宽度留设的问题,根据掘进工作面工程地质概况,采用FLAC~(3D)数值计算方法对不同煤柱宽度进行模拟,研究不同宽度煤柱下的垂直应力、水平应力及塑性区分布规律。研究结果表明:煤柱宽度的留设对巷道围岩应力影响较大,留设5m煤柱,峰值应力达到43.3MPa,煤柱宽度为25m时,峰值应力为27.5MPa;巷道开挖过程中,受到压应力远大于拉应力,拉应力随煤柱宽度增加"先增后减",当煤柱宽度为15m时,压应力最大,为20.7MPa,当煤柱宽度为20m时,压应力最小,为17.7MPa;煤柱宽度小于10m,煤柱整体呈塑性状态,煤柱宽度大于10 m,弹性核区宽度随煤柱宽度增大而增大。综合考虑,留设护巷煤柱最佳宽度为20m。     

断层煤柱及倾角对采动应力及能量分布的影响特征

针对工作面沿正断层走向布置,建立上下盘工作面开采三维数值计算模型,模拟研究上、下盘工作面采动应力及弹性能的分布特征、断层煤柱宽度及倾角对应力场和能量场的影响规律。研究表明:正断层上盘或下盘工作面开采,断层侧工作面端头及断层煤柱上的采动应力和弹性能较高,且上盘工作面开采时更高,断层阻隔效应较为明显。随着断层煤柱宽度减小,断层对工作面采动应力及弹性能积聚的影响程度逐渐增加,断层侧工作面端头采动应力及弹性能峰值明显升高;当断层煤柱宽度由50 m减小到20 m,断层煤柱应力及弹性能不断升高,煤柱宽度减小为10m时,小煤柱承载能力及弹性能降低。随着断层倾角增大,断层侧工作面及断层煤柱采动应力及能量峰值升高,高角度断层的影响较大。断层侧巷道两帮处于采动高应力状态,积聚着较高的弹性能,回采过程中应加强巷道支护,采取必要的灾害防治措施。     

特厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度研究

针对塔山矿特厚煤层综放工作面与回采巷道对头施工过程中面临的区段煤柱合理宽度留设、回采动压影响范围确定等问题,采用理论分析、数值模拟及现场应力实测等手段对特厚煤层综放采场覆岩断裂结构、区段煤柱应力分布及区段煤柱合理宽度进行研究。采空区一侧煤体应力,应力剧烈影响范围30~35 m。煤柱应力现场实测表明,相邻工作面回采期间应力沿煤柱宽度大致呈单峰型、非对称分布,应力高峰区距8210回风巷21~30 m、距8208采空区8~17 m,采空区顶板运动稳定滞后距离120~130 m。结果表明,塔山矿特厚煤层综放面对头施工条件下留设38 m煤柱是安全的,从煤柱应力分布角度分析煤柱宽度可减小至30~32 m。     

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。     

上覆煤层采空区遗留煤柱对8303工作面的影响研究

为研究上覆山4#煤层遗留煤柱对8303工作面的影响,通过煤柱向底板应力传递的理论分析得出遗留煤柱区域垂直应力峰值在煤柱中心线下方.采用数值模拟软件进行遗留煤柱对工作面影响特征的分析,结果表明:遗留煤柱两侧各20 m、实体煤边界60 m范围内应力有所增加,上层采空区边缘靠近实体煤侧30～35 m位置和采空区边缘前方180...     

遗留煤柱影响区沿空掘巷支护技术研究

为有效控制遗留煤柱影响区沿空巷道的围岩稳定,采用数值模拟的方法,对遗留煤柱上覆岩层应力场及位移场分布规律进行了研究,初步探讨了遗留煤柱影响区沿空巷道支护技术。数值计算结果表明,遗留煤柱对4煤层应力集中影响范围大约为煤柱前后50 m区域,最大集中应力程度达到原岩应力的1.65倍。在恒源煤矿454工作面巷道施工中,以数值计算结果为指导,对遗留煤柱影响区采用高强锚梁网索支护技术,取得了良好的技术效果。     

高突矿井综采工作面合理区段煤柱留设

针对高突矿井采煤工作面矿压显现导致煤柱产生裂隙裂缝,相邻工作面采空区瓦斯扩散影响工作面安全回采的难题,在双柳煤矿33(4)23和33(4)25工作面通过理论计算、数值模拟、现场测定,研究煤柱宽度留设的极限值、应力分布规律以及现场瓦斯浓度。试验结果证明：最佳煤柱留设距离为30～40 m;巷道侧最大应力位置为距巷道2.5 m处,煤柱附近应力随距巷道距离增大先快速下降,接着逐步升高,在靠近采空区区域发生应力增大,接着应力逐步下降。通过在33(4)25工作面施工围岩钻孔开展应力测定以及检测工作面瓦斯浓度,发现工作面之间留设30 m的煤柱,不但可以满足巷道支护强度的要求,还可以阻碍瓦斯扩散。     

解放层下工作面开采边界煤柱优化

针对某矿一采区煤层解放层下工作面在相邻采空区条件下开采的问题,采用UDEC数值模拟软件对下分层工作面内错、外错或平齐上分层煤层煤柱一定水平距离时巷道顶底板和两帮变形量进行研究,优化下分层煤层边界煤柱,使下分层工作面巷道受上方煤柱影响程度达到最小。研究表明,当下分层工作面开采边界煤柱内错上分层10~30 m(即开采工作面煤柱宽85~105m)时,工作面巷道顶底板和两帮变形量较大,巷道变形严重,在该地质条件下,工作面开采边界煤柱宽度以10~30 m为宜。     

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。