倾斜煤层沿空掘巷覆岩关键块稳定性分析

针对沿空掘巷受覆岩关键块影响较大的特点,对常村矿2101W工作面沿空掘巷进行关键块稳定性控制分析,利用"S-R"稳定理论模型,判定沿空掘巷覆岩关键块发生转动失稳的可能性较大;通过研究分析巷道不同位置的支护效力,确定通过加强煤柱和顶板支护可以提高关键块B的稳定性,通过现场应用可知,煤柱帮变形减小17.6%,实体煤帮变形减小11.4%,巷道围岩变形控制效果显著。     

不稳定覆岩下沿空掘巷围岩大变形机理

为了掌握不稳定覆岩下沿空掘巷围岩大变形的机理,采用矿用钻孔窥视仪对不稳定覆岩下的沿空掘巷顶板岩层进行了钻孔摄像观测,提出了"基本测量尺度-裂隙条数法"钻孔裂隙统计方法,采用该方法对沿空掘巷顶板岩层中的裂隙进行了统计分析,并研究了裂隙分布及其演化规律。研究表明:纵向裂隙和横向裂隙为不稳定覆岩下沿空掘巷顶板岩层中2种基本的裂隙形式,其中纵向裂隙多分布于巷道上部顶板岩层中,而横向裂隙多出现在靠近采空区煤壁的顶板下部岩层中;随着上区段采空区上覆岩层稳定时间的延长,纵向裂隙逐渐演化成断裂带,横向裂隙逐渐演化成离层和径向错位,2种裂隙相互交叉延展极易形成异常破碎带;不稳定覆岩下沿空掘巷围岩大变形的根本原因是基本顶的断裂、回转和滑移,控制该类巷道围岩大变形的基本思路就是控制基本顶断裂后的关键块的回转和滑移。     

不同煤柱宽度厚煤层沿空掘巷围岩变形研究

为探究不同煤柱宽度条件下厚煤层沿空掘巷围岩的变形特征,采用FLAC~(3D)数值模拟软件,建立了不同煤柱宽度条件下的沿空掘巷围岩变形数值计算模型。通过对数值模拟模型进行合理的参数选择及运行计算,详细分析了不同煤柱宽度条件下沿空掘巷的顶板下沉量、底板鼓起量、两帮变形量。结果表明:随着煤柱宽度的增加,沿空巷道的顶板下沉量、底板鼓起量及两帮变形量均减小,巷道围岩更稳定。顶板最大下沉量所在位置为巷道顶板中部,底板最大鼓起量所在位置为巷道中部偏向回采帮一侧,非回采帮最大变形量所在位置为巷道中部偏向底板一侧,而回采帮最大变形量所在位置为巷道中部偏向顶板一侧。     

沿空掘巷窄煤柱应力计算方法研究

分析工作面侧向覆岩移动规律,提出上覆岩层弯曲下沉带三角形结构。通过理论分析,提出不同岩性顶板条件下沿空掘巷窄煤柱载荷的计算公式,在柳巷煤矿中硬顶板条件下,采高11.05m,巷道宽度4.86m,高度3.42m,煤柱宽度10m,计算得煤柱应力2.78MPa,现场煤柱中布置4个钻孔应力计,监测数据平均值为2.83MPa,窄煤柱应力理论计算值是现场监测数据的98%,基本吻合。     

复合顶板窄煤柱沿空掘巷技术探讨

阐述了窄煤柱沿空掘巷实质;依据某矿双巷掘进的实际情况,采用岩层控制理论和数值模拟等方法,对某矿复合顶板巷道沿空掘巷技术进行探讨;对窄煤柱沿空掘巷的可行性和煤柱稳定性进行了研究;依据不同宽度的窄煤柱与巷道围岩变形量的关系,确定了合理的窄煤柱宽度。研究结果表明,窄煤柱沿空掘巷的关键是煤柱宽度的合理确定.随着煤柱宽度的加大,顶底板位移量减小,围岩整体变形量呈减小趋势,结合极限平衡理论计算,最终确定窄煤柱的合理宽度为6m。     

缓倾斜煤层沿空掘巷小煤柱合理尺寸研究

根据某煤矿地质构造,采用理论计算及UDEC2D数值模拟,对缓倾斜煤层沿空掘巷小煤柱合理布置及尺寸进行研究。结果表明:小倾斜煤层沿空掘巷时,在不同煤柱宽度条件下的应力分布与覆岩运移特征有明显的差异,并得出9上槽煤层小煤柱的合理宽度为6.2 m,既提高了采区回采率,又保证了煤柱及巷道上覆岩层的稳定性。     

沿空掘巷煤柱留设宽度的数值模拟研究

在回采巷道的布置方式中,小煤柱沿空掘巷比留大煤柱护巷具有显著的技术及经济优越性,得到了大规模推广应用.运用FLAC数值模拟方法,研究了霄云煤矿沿空掘巷在不同煤柱宽度下的应力分布及变形破坏程度,得出了不同煤柱宽度下掘巷的煤柱应力,两帮移近量,顶板下沉量和底鼓量同煤柱宽度的关系.经过综合分析,确定了合理的沿空掘巷煤柱尺寸为5～6m.     

窄煤柱沿空掘巷锚梁网支护实践

通过上区段采空区上覆岩层结构对侧向煤体的极限平衡区和滞后时间的分析,确定沿空掘巷的煤柱宽度和最佳开挖时间,工程实践证明沿空巷道在掘巷和回采过程中围岩变形明显不同,固帮护顶能有效控制沿空巷道围岩稳定。     

沿空掘巷围岩控制的时效特征

针对掘巷滞后时间、沿空掘巷围岩经历掘巷和回采两次扰动的影响,采用理论分析、数值模拟和工程实践研究了沿空掘巷的开挖巷道和回采过程窄煤柱对围岩的控制作用.研究结果表明开挖巷道最佳时间和煤柱宽度的选择是沿空掘巷在掘进和回采期间控制围岩稳定的关键.沿空掘巷实体煤帮加固,延缓围岩小结构的失稳破坏;合理选择加固煤柱的支护结构对提高煤柱承载能力和维护其稳定至关重要.工程实践证明沿空巷道在掘巷和回采过程中围岩变形明显不同,两帮加强支护能有效地控制沿空掘巷的围岩稳定.     

深部倾斜煤层沿空掘巷上覆结构稳定与控制研究

采用理论分析方法,建立了深部倾斜煤层沿空掘巷上覆结构力学模型,分析了回采期间上覆关键块体稳定性与煤层埋深、倾角间的关系,发现沿空掘巷回采期间关键块体主要以发生转动失稳为主,控制关键块体转动失稳是维护巷道整体稳定的前提条件;并通过巷内支护阻力对关键块体转动失稳系数作用规律分析,得知关键块体转动失稳系数对窄煤柱与顶板承载能力的敏感性远大于实煤体帮,提高二者承载能力可有效抑制关键块体转动下沉。基于高强锚杆支护体系,提出以顶板高阻让压支护和倾斜穿层锚索加固窄煤柱为核心的深部倾斜煤层沿空掘巷非对称耦合控制技术,采用系统信息设计方法确定了试验巷道锚杆支护参数,成功地应用于工程实践。     

综放面沿空掘巷合理区段煤柱尺寸的优化研究

 为了确定合理的沿空掘巷区段煤柱尺寸,结合沿空掘巷覆岩破断特征,掌握了覆岩破断结构的关键参数,理论分析了合理煤柱留宽,计算表明,在煤厚12m、机采高度3.5m的条件下,综放面区段小煤柱宽度以8.05~9.45m为宜。在此基础上,对8.05m、8.5m、9m、9.45m不同的煤柱宽度进行数值模拟,结果表明,煤柱宽度9.45m时,煤柱中部出现1.5~2m的弹性核,煤柱整体承载性能优于其他留宽方案,因此煤柱留宽最终确定为9.45m,该研究为8号煤层综放面沿空掘巷合理区段煤柱尺寸的确定奠定了基础。     

掘采全过程沿空掘巷小煤柱应力分布研究

基于理论分析、FLAC3D数值模拟及现场工程实践的方法,研究了不同宽护巷煤柱沿空掘巷掘采全过程的应力场分布规律,分析了煤柱宽度对沿空掘巷煤柱和实体帮应力演化的影响。提出确定沿空掘巷合理煤柱宽度时,不仅需考虑掘巷扰动影响,还应将本工作面的超前采动影响作为一个重要影响因素。研究结果表明:仅考虑掘巷扰动影响时,沿空掘巷煤柱宽度应大于6 m,此时掘巷稳定后围岩变形量较小;当考虑超前采动影响时,煤柱增加到8 m后不仅对控制回采期间沿空掘巷两帮变形量的作用不再显著增加,反而会使顶底板变形量增大,因此合理的护巷煤柱宽度为8 m。     

软弱顶底板下沿空掘巷小煤柱合理宽度的确定

针对软弱顶底板下沿空掘巷的具体生产地质条件,以东怀煤矿3100工作面为研究对象,通过对沿空掘巷上覆岩层结构在掘进和回采期间稳定性的分析,阐述了沿空掘巷围岩稳定的基本原理,认为维护巷道围岩小结构的稳定是沿空掘巷稳定的基础.通过理论计算与数值模拟相结合的方法,确定小煤柱的合理宽度为5 m.经过现场工业性试验,留设5 m小煤柱的方案,能较好满足生产要求,保证工作面顺利回采.     

小煤柱沿空掘巷围岩变形控制机理研究

针对沿空掘巷围岩的力学环境和支护特点,在分析巷道上覆岩层结构和巷道围岩结构稳定性的基础上,建立影响巷道围岩稳定性的各因素间相互关系的沿空掘巷围岩结构力学模型,通过对方程求解和规律分析,揭示了综放沿空掘巷围岩变形控制机理.研究结果表明,在小煤柱两侧分阶段注浆加固,形成由小煤柱、顶煤、顶板构成的超静定悬臂梁结构,可以促使顶板断裂线的位置从实体煤侧向邻近工作面的采空区侧移动,减小煤柱载荷,从而达到减小巷道变形、增强巷道围岩稳定性的目的;加固后的煤柱强度为原来的4倍时最佳.加固参数应用于实践,工业性试验效果显著,巷道围岩变形得到明显控制.     

非充分稳定覆岩下综放沿空掘巷窄煤柱变形机理

为了掌握非充分稳定覆岩下综放沿空掘巷窄煤柱变形机理,采用矿用钻孔窥视仪对非充分稳定覆岩下综放沿空掘巷窄煤柱进行了钻孔摄像观测,提出了"基本测量尺度-破碎等级逐级评判"钻孔裂隙统计方法,研究分析了裂隙分布规律。研究表明:1)非充分稳定覆岩条件下综放沿空掘巷窄煤柱裂隙多以径向裂隙及离层形式存在,异常破碎带主要出现在煤柱两端,煤柱中部多存在间隔分布的径向裂隙,微小裂隙几乎全部存在于煤柱中部。2)按照破碎程度的不同,窄煤柱可分为3个区域,即近巷破碎区A、中部稳定区B和沿空破碎区C。B区更靠近C区,整体区域分布表现出几何上的不对称性。3)控制该类煤柱变形的基本思路是控制基本顶断裂后关键块的回转和滑移,提出了"控回转、重锚固、强限制"内外联合控制方法。     

数字散斑技术在沿空掘巷煤岩体变形特征研究中的应用

根据柳巷煤矿3号煤层的赋存条件,采用数字散斑相关法和相似模拟实验,通过CCD相机构建图像数据采集系统,研究沿空掘巷上覆岩层移动规律和围岩体的变形特征。工作面回采后,上覆岩层之间出现了大量的斜交裂隙,但岩层之间依然保持连续性,整体倾斜弯曲下沉。沿空掘巷煤柱的x、y方向位移等值云图和剪应力云图表明,采空区边缘的位移最大,煤柱和顶板之间有剪应力,距离采空区边缘5 m剪应力最大,煤柱受到压、弯、剪的复合应力作用;使用虚拟引伸计进行煤层和顶板之间5个监测点的层间滑动位移分析,煤层和顶板存在不均匀滑动位移,靠近采空区层间滑动位移最大;煤层下方应力随着工作面的回采不断增大,应力在空间上分布呈现先增大后减小的单驼峰形状,在采空区边缘附近形成了应力集中现象。     

窄煤柱沿空掘巷围岩稳定原理与技术

针对沿空掘巷围岩的力学环境和维护特点,在分析了巷道上覆岩层大结构和巷道围岩锚固小结构稳定性的基础上,提出了沿空掘巷围岩大、小结构稳定的原理及沿空掘巷窄煤柱宽度的留设原则、影响因素和设计方法,为锚杆支护在沿空掘巷中的应用提供了理论依据。现场的工业性试验表明,沿空掘巷的围岩稳定原理和技术有效控制了巷道围岩变形,为矿井的安全生产创造了条件,取得了良好的技术经济效益。     

深井孤岛工作面沿空掘巷煤柱宽度的确定

 通过研究顶板岩层在煤体上方倾向断裂的主要影响因素,分析了深井工作面沿空掘巷围岩的控制机理与技术对策,针对顾桥矿1116(1)综采面,结合现场工程地质条件,采用离散元软件UDEC对该工作面运输顺槽留设不同宽度煤柱进行数值模拟,得出最终的合理煤柱宽度,对今后类似条件下沿空掘巷的煤柱留设具有一定的推广意义。     

松软破碎复合顶板沿空掘巷窄煤柱宽度与围岩控制技术

为了解决松软破碎复合顶板沿空掘巷煤柱宽度确定及其围岩控制难题，针对某矿21210工作面沿空掘巷复合顶板松软破碎、脱落离层甚至大面积冒顶等变形破坏特征；采用理论分析、数值模拟及工程实践等方法，综合确定其窄煤柱宽度为7 m；并提出了相应的围岩控制对策与技术。结果表明：内应力场宽度为11.8 m，靠近采空区侧与巷道侧的煤柱破坏宽度分别为2.5 m和1.8 m，窄煤柱合理宽度范围为5.6～7.3 m;7～11 m煤柱尺寸时，巷道顶板围岩塑性区减小，弹性核区范围扩大，有利于锚杆索在复合顶板中的锚固；采用7 m煤柱与“高强锚杆（索）槽钢桁架网+顶板注浆”联合支护技术后，实现了对松软破碎复合顶板沿空掘巷围岩的有效控制。     

浅埋薄基岩沿空掘巷围岩结构稳定性分析

为了分析浅埋薄基岩沿空掘巷围岩结构形成及失稳机理,根据浅埋薄基岩沿空掘巷覆岩破断特征,建立窄煤柱-实体煤-基本顶-覆岩共同作用的围岩结构受力模型,即"外伸梁"结构模型。通过对外伸梁结构的力学分析,揭示基本顶与窄煤柱对围岩稳定性的耦合作用机理,确定基本顶侧向极限悬跨度、窄煤柱压力及宽度等参数的计算公式。推导外伸梁结构系统平衡时需满足的解析条件以及稳定性判别条件,得到窄煤柱宽度与煤柱抗压强度成反比,且随基本顶抗剪强度增强而增大的强度关系。南梁煤矿30100工作面沿空掘巷窄煤柱宽度确定的实践表明,依据外伸梁结构模型确定的基本顶侧向极限悬跨度与其周期来压步距近似相等,窄煤柱宽度参数合理。