深井孤岛煤柱工作面沿空留巷支护技术研究

以车集煤矿深井孤岛煤柱工作面为工程背景，探究深井高应力孤岛煤柱工作面沿空留巷充填体—围岩变形机理；构建沿空留巷围岩力学结构模型，计算出沿空留巷支护所需充填体的宽度及强度，并通过FLAC^3D软件模拟、现场监测验证了充填体宽度和强度的合理性。研究结果表明：孤岛煤柱工作面沿空留巷采用高水充填材料巷旁充填技术，以充填袋成形方式进行充填，可使充填体有效接顶；采用“锚杆锚索联合支护+巷旁充填体”方式进行煤柱中巷支护时，合理的充填体宽度为4.0 m,应力达到8.0 MPa时巷道变形趋于稳定。现场监测结果表明：23下工作面开采30 d内，煤柱中巷最大顶板下沉量不超过50 mm,充填体帮部变形不超过40 mm;回采结束后30 d内，顶板下沉量不超过20 mm,充填体帮部变形量最大为348 mm,煤帮变形量较小，最大处为150 mm,沿空留巷效果良好。     

保德煤矿回采巷道顶板变形机理研究

以神东煤炭集团保德煤矿8#煤层为工程背景,以现场勘察、测试数据为基础,发现了81306二号回风巷顶板破坏边界为拱形,且巷道顶板表现为非对称变形,采用数值模拟软件建立模型,模拟了回采巷道顶板在回采工作面推进过程中竖直方向应力变化,并且监测了顶板变形下沉的位移量,结果表明,回采巷道的变形特征与滞后回采工作面距离有密切关系。     

三软煤层沿空留巷矿压显现规律研究

为探究沿空留巷矿压显现规律及支护对策，以河南西部典型三软煤层为研究对象，构建了数值分析模型，模拟了工作面前方和后方一定范围内巷道围岩变形和应力变化规律，得到了工作面后方围岩受采动影响大、范围广，顶板下沉现象明显。基于现场实测，得到了顶板下沉量、底板鼓起量、充填体的变形、实煤体变形等随采动影响的变化规律，监测了锚杆的轴向受载情况。研究发现，巷旁膏体充填与巷道内高强锚杆+W型钢带构成的支护体系，较好地解决了三软煤层回采巷道围岩控制问题，为类似开采条件下沿空留巷的实施提供了理论和实践依据。     

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。     

近距离房采煤柱下回采巷道失稳机理数值模拟研究

近距离房采煤柱下长壁开采将受到工作面顶板动压和上覆煤柱集中应力的共同影响,导致工作面剧烈来压从而引发回采巷道失稳事故。针对神东矿区大柳塔矿22202工作面潜在的巷道失稳事故问题,采用数值模拟研究了房采煤柱下长壁开采顶板的应力演化及运动规律,分析了回采巷道围岩的应力和变形特征。研究结果表明,工作面进入房采煤柱下方后,支承应力峰值点超前工作面距离会显著减小,造成超前支承峰值和工作面的顶板力叠加,在顶板来压和叠加应力共同作用下将引发巷道失稳事故;在房采煤柱采空区边缘前后20m范围内顶板运动和应力分布不稳定,巷道失稳事故发生的规律性差;远离采空区边缘60m后,顶板来压周期性明显,巷道失稳事故会周期性地发生。     

倾斜煤层综放沿空留巷围岩稳定性模拟研究

以倾斜煤层综放工作面为研究对象,运用数值模拟的方法,从技术因素和地质因素2个方面,对煤层刚度、煤层埋深以及巷旁充填体强度不同时,沿空留巷围岩应力和位移随下区段工作面推进的动态分布和变化规律进行了模拟研究,以揭示不同工况条件对巷道围岩稳定性的影响规律。结果表明:煤层刚度越大,巷道围岩变形量越小,但两帮垂直应力越大;煤层埋深越大,巷道变形量和两帮垂直应力越大,但煤层埋深对煤层底板及巷旁充填体的影响相对较小;随巷旁充填体强度的增大,实体煤壁侧的垂直应力受影响较小,巷旁充填体侧垂直应力逐渐增大,巷道顶板和巷旁充填体侧位移逐渐减少,巷道底板和实体煤壁侧位移量逐渐增加。     

矸石充填综采工作面沿空留巷技术

济宁三号煤矿6304工作面采用综合机械化固体充填采煤法,采空区采用矸石充填法管理顶板,为减少综采工作面掘进回采巷道,提高回采储量,实现2个临近工作面共用1条回采巷道,可对先采工作面运矸巷巷帮进行充填,实现后采工作面继续应用此巷道。结果表明:留巷稳定后,巷道平均宽度4.5m以上,巷道平均高度约为3m,满足了工作面安全生产的需要。     

沿空留巷围岩变形特征与控制技术研究

沿空留巷受两次工作面采动影响,巷道变形量大,为了研究沿空巷道围岩变形规律和控制技术,本文采用FLAC3D模拟上煤层回采后,本煤层一次回采巷旁充填、二次回采时应力位移变化情况。由模拟可知,伴随回采工作面的推移以及构筑巷旁充填体,工作面后方覆岩逐渐垮落,距后方100m后,上覆岩层基本稳定。采用锚网索支护和注浆加固提高沿空巷道承载能力,通过监测围岩变形量可知,支护取得了良好效果,能为类似条件下沿空留巷围岩控制技术提供借鉴。     

特厚顶煤大断面强采动煤巷围岩变形机理及支护对策

以酸刺沟煤矿6上特厚煤层大采高综放回采巷道支护为工程背景,基于井下地质力学实测结果,采用数值模拟方法,对比分析了酸刺沟煤矿6上煤层不同煤柱宽度和不同巷道断面尺寸下煤岩体的受力、变形及破坏特征。研究结果表明:6上煤层顶板结构较为单一,以粗砂岩为主,不同位置强度不同,大多在40~80MPa之间,巷帮煤体平均抗压强度为19.80MPa,所测测站中最大水平主应力为7.94MPa,总体处于较低的应力水平;煤柱宽度由15m增加到20m时,巷道变形减小最为显著;煤柱宽度由25m增大到30m时,巷道变形减小趋势变得不明显;巷道掘进与工作面回采阶段巷道围岩应力随宽度增加的变化趋势相同,随着巷道宽度的增加,巷帮垂直应力呈线性增加,巷道顶板的水平应力呈线性减小。基于上述结论,对酸刺沟煤矿6上煤层1109胶运巷进行了支护设计与井下试验,工作面回采后巷道断面收缩率小于15%,实现了特厚顶煤大断面强采动围岩变形的有效控制。     

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。     

掘进顺序对充填巷采煤柱稳定性的影响研究

为了研究掘进顺序对充填巷采煤柱稳定性的影响,以济宁三号煤矿十八采区矸石充填巷采工程为背景,根据掘进巷道时邻近巷道的充填数目建立了3种数值计算方案,应用FLAC2D平台综合分析了3种方案巷道围岩应力、变形、破坏规律及流变特性,得到了巷道围岩垂直应力峰值、剪应力峰值、顶板下沉量及两帮移近量随煤柱宽度的变化规律,和巷道顶板下沉量及两帮移近量随时间的变化规律,可为充填巷采工程设计和研究提供参考。     

变厚煤层沿空留巷变形破坏原因及规律

为揭示变厚煤层沿空留巷变形破坏原因及规律,理论分析了不同开采高度对沿空留巷的影响,并利用数值模拟分析了变厚煤层沿空留巷的围岩变形情况和应力分布规律。研究结果表明:煤层厚度增大,顶板下沉量增大,充填体所需支护阻力、充填宽度和回转角度增加,充填体变形破坏严重并向巷道内移,在巷道实体煤帮和帮角处产生应力集中,应力峰值向深部延伸。厚度较小时,巷道变形不显著,但实体煤帮应力集中,存在变形隐患。     

中厚煤层沿空留巷充填体宽度的确定

针对中厚煤层沿空留巷充填体宽度的确定,以某矿实际地质情况为工程背景,通过FLAC3D数值模拟软件,分析不同宽度下沿空留巷围岩变形规律。结果表明:随着充填体宽度的增加,巷道顶板下沉量降低,充填体承载能力增强,能够尽快切断采空区一侧顶板,使巷道趋于稳定。     

固体充填采煤沿空留巷顶板下沉影响因素研究

为研究不同因素对固体充填采煤沿空留巷顶板下沉的影响,分析了固体充填采煤沿空留巷的覆岩移动特征,基于Winkler地基假设,建立沿空留巷顶板力学模型。以济三煤矿63下04(南)-2运矸巷为工程背景,分析探讨巷道宽度、巷旁支护阻力、巷旁支护体宽度、采空区充实率与巷道上覆顶板下沉的关系,结果表明:顶板下沉量随巷道宽度的增加而增加、随巷旁支护阻力增加而减小、随巷旁支护体宽度增加而降低、随充实率的增加而降低。现场实践中,巷道宽度4.2m,巷旁支护体宽度4.5m,采用锚带网联合支护对巷道进行加固,采用垒砌矸石墙加混合充填体的综合支护方式进行沿空留巷的巷旁支护,实测得工作面后方留巷巷道两帮最大移近量230mm,顶板最大下沉量300mm。     

基于偏应力分布特征的综放区段煤柱宽度研究

针对王家岭煤矿20 m宽煤柱条件下回采巷道大变形控制难题,运用数值模拟方法,研究了顶板煤岩体偏应力第二不变量分布及迁移演化规律,得出203盘区相邻综放区段间煤柱合理宽度为4~8 m,且回采巷道煤柱侧顶板需要进行强化支护的结论。现场试验8 m宽煤柱,采用槽钢桁架锚索与单体锚索平行布置非对称支护技术支护20321综放工作面回风巷,顶板最大下沉量为102 mm,煤柱宽度留设合理。     

大倾角煤层沿空掘巷煤柱留设尺寸探究与应用

为确定大倾角煤层沿空掘巷预留小煤柱合理宽度,通过理论计算对护巷煤柱宽度进行了分析;运用UDEC模拟软件对不同煤柱宽度下巷道的变形量和煤柱应力进行了数值模拟。结果表明:理论计算的煤柱合理宽度应为5m;综合数值模拟中煤层顶板支承压力分布、巷道变形量和煤柱应力集中情况选取煤柱宽度为5m,与理论计算相符;将所得结果应用于21071工作面回风巷的掘进,即留设5m煤柱沿空掘进巷道,回采期巷道变形量能满足矿井正常生产需求,无需返修。     

新元矿矸石充填工作面沿空留巷技术研究与应用

为进一步提高煤炭资源的回收率,在新元矿3211综采矸石充填工作面进行沿空留巷的应用研究。根据数值模拟结果,充填体宽度对巷旁充填体的侧向变形影响较大,但对巷道表面位移影响较小,结合理论计算分析,确定充填体的宽度为3.0 m。现场应用表明,3211工作面运输巷变形量小,能够满足下工作面的回采要求。     

新景煤矿3105工作面沿空留巷围岩控制技术

新景煤矿属于高瓦斯矿井,回采工作面一般布置4条回采巷道,并且巷道均为一次性使用巷道,导致该矿存在采掘接替困难,煤炭采出率较低的问题。为此,设计在3105工作面采用巷旁充填沿空留巷技术,通过数值模拟分析,确定巷旁充填体宽度为1. 5 m,采用斜拉锚索对留巷顶板和充填区域顶板进行支护。应用期间对留巷围岩位移进行监测,监测结果表明沿空巷道围岩位移较小,效果良好。     

沿空留巷巷旁高水充填数值模拟分析

为分析研究沿空留巷巷旁高水充填体不同宽度对巷道围岩稳定性影响,以云驾岭煤矿12305工作面为研究背景,采用FLAC3D数值模拟软件,对充填体宽度分别为2、3及4 m时,巷道围岩应力应变演化规律进行研究分析。结果表明,充填体宽度越大,侧向支撑压力相对越小,煤帮相对变形越大,充填体承载及变形越大;充填体宽度为3 m时,巷旁充填体与顶板适应性较好,留巷围岩稳定性较好,并得到现场工程实践验证。     

软弱岩层下回采巷道围岩变形及控制技术研究

长壁开采过程中,由于采场侧向支承应力的影响,常常使得回采巷道严重变形。以察哈素煤矿31305工作面为研究对象,借助FLAC~(3D)软件,分析采场矿压对回采巷道变形的影响;提出顶板定向爆破技术,并对切缝深度以及相配套的恒阻锚索进行了理论分析及实验;采用FLAC~(3D)数值模拟软件对预期的工程效果进行模拟。结果表明,顶板定向爆破极大地降低了回采巷道围岩变形破坏的风险,各巷道顶板下沉量均有明显下降,当31305工作面顶板定向爆破切缝深度为6.8m,采用350 kN恒阻锚索支护后,在超前工作面9m处,其回采巷道顶板下沉最大值为243 mm,有效提高回采巷道的稳定性。