综采工作面回采巷道煤柱应力分析与参数优化

通过对大同煤矿集团有限责任公司同家梁矿81015综采工作面回采巷道煤柱中的应力观测，分析了回采工作面采动期间煤柱应力分布规律。运用数值模拟方法，研究了不同煤柱宽度下巷道围岩变形和破坏特征，确定了比较合理的煤柱参数，最后介绍了应用实例。     

多中段联合开采围岩扰动效应及采矿进路支护技术

受多次开采扰动影响,多中段联合开采过程中采场围岩稳定性差,地压显现剧烈,采矿进路支护难。以白象山铁矿-470,-430和-390 m中段联合开采工程为研究背景,采用大型相似材料模型试验及采场围岩数字照相变形量测技术,揭示多中段联合开采采场围岩应力变化特征及上覆岩层移动规律。研究结果表明：各中段逐分层向上回采对上覆岩层产生了累积叠加扰动效应,导致采场围岩反复承受荷载(多次扰动)而失稳破坏;各分层矿体下沉量随开采步的推进呈先增大后减小的趋势,采空充填区中部位置附近覆岩的下沉量最大,采场围岩变形具有明显的阶段性增长特征。各中段保留矿体(顶柱)对维持采场围岩稳定、减弱相邻中段间的采矿扰动和降低上覆岩层的变形破坏有积极的作用,受多中段联合开采扰动影响较大、完整性破坏严重的中段保留矿体中的应力可突然释放,出现了局部或整体失稳,威胁采场围岩整体稳定性。确定多中段联合开采扰动条件下采矿进路切圆拱断面形式,其拱高为2.0 m,提出锚网索喷联合支护技术,有效控制采矿进路围岩变形与破坏。     

大倾角厚煤层软弱围岩煤柱支承压力监测分析

大倾角软弱围岩环境下,工作面巷道扰动区内煤柱应力变化及分布特征复杂.开采扰动、煤厚及倾角因素的影响易造成区域内巷道围岩局部附加变形失稳和支护失效,而理论推导和定量验证得到的护巷煤柱参数往往与实际差别较大.基于现场地质力学调查,借助钻孔应力探测仪对工作面主运巷下帮护巷煤柱纵向和倾向移动支承压力显现特征进行了监测分析.得出纵向和倾向移动支承压力峰值位置和分布范围,并根据弹塑性极限平衡理论对峰值位置进行了计算和对比分析,为改善巷道维护状态和提高煤炭资源采出率及类似条件下的厚煤层开采提供有益借鉴.     

综放沿空煤巷不同支护方式围岩变形演化规律的数值模拟

针对综放开采沿空掘巷围岩控制的问题,采用数值模拟方法,以山西兰花集团公司大阳煤矿3203综放回风顺槽为研究对象,利用FLAC3D计算程序系统模拟了留设5m煤柱护巷时回采巷道围岩和小煤柱应力演化过程,对无支护、有支护情况下的巷道顶、底板及两帮的应力分布特征,巷道围岩位移特征和沿空煤巷围岩破坏区演化规律进行了对比分析.结果表明,锚杆(索)支护形式能有效控制围岩变形破坏,并且施加锚杆(索)支护后围岩松动范围能有效控制在锚杆(索)锚固范围之内,为保证综放沿空煤巷的稳定提供了理论与技术依据.     

回采巷道不同支护设计方案数值模拟分析

利用FLAC3D软件,研究孙疃矿81采区7219综采工作面巷道在采用联合支护、锚杆锚索支护和钢筋混凝土支护时巷道支护效果的不同。从三种支护结构的围岩稳定特征上看,联合支护从围岩应力分布特征、位移分布特征和围岩屈服特征都能有效地控制围岩变形和破坏．为现场煤层的安全开采提供依据。     

缓倾斜厚煤层浅部回采区段煤柱留设宽度优化

以某煤矿缓倾斜厚煤层浅部区段煤柱为对象.首先,利用数值模拟方法分析不同煤柱宽度下煤层回采时巷道围岩主应力、塑性区、支护结构应力及位移特征,评价巷道围岩稳定性,确定煤柱合理宽度范围.结果表明:煤柱宽度为3m时,区段煤柱莫尔应力圆与强度包络线相交、塑性区贯通、支护结构趋于破坏;宽度为6 m时,区段煤柱仅存30％弹性区、支护结构趋于破坏;宽度为9～12 m时,巷道围岩应力圆与强度包络线相离、处于弹性变形阶段、支护结构具有良好的承载力、围岩位移小,满足煤矿生产需求,为煤柱合理宽度范围.其次,通过工程实际验证.结果表明:煤柱宽度为9m时,能有效控制围岩变形破坏,煤炭生产效率与回收率最优化.可见缓倾斜厚煤层浅部区段煤柱留设优化宽度为9m.     

双巷布置工作面留巷围岩主应力演化规律及控制技术

为解决双巷布置工作面沿空留巷围岩稳定性控制技术难题,以园子沟煤矿1012001工作面辅助运输巷为研究对象,基于弹塑性力学理论公式求解确定围岩应力分布状态,进而采用FLAC~(3D)数值解算与现场监测综合研究手段,通过"一掘二采"三次扰动影响围岩变形破坏规律分析,结合一次、二次采动围岩最大、最小主应力及主应力差分布特征研究,揭示留巷围岩主应力演化规律,为留巷围岩稳定性控制提供理论支撑。研究结果表明:基于留巷围岩弹塑性变形状态解析,确定煤体破裂区、塑性区、弹性区和原岩应力区分布范围,即相对一次采动,二次采动煤柱煤体应力集中系数增加1.08,煤壁应力集中系数峰值增加1.47,塑性区范围增加2 m,揭示了多重采动影响下留巷围岩非对称破坏特征,基于此针对性提出锚网索喷补强支护对策,应用控制效果良好。研究成果可为类似条件下双巷布置工作面围岩稳定性控制提供参考。     

大倾角多区段开采顶板运移及其采空区充填规律实验研究

为了研究大倾角煤层多区段开采围岩运移规律,采用物理相似模拟实验方法,分析了大倾角煤层多区段采场顶板和煤柱变形破坏规律、底板应力分布及演化规律、垮落矸石充填特征等。结果表明:大倾角煤层多区段开采围岩运移规律不同于单区段开采,下区段采动导致上区段采场倾向中、上部垮落顶板出现二次下沉和滑移,顶板运移曲线呈现沿倾斜方向"上大下小"的双峰特点,垮落顶板非均匀充填导致采空区底板应力沿倾向呈现出中部下部上部,下区段采动导致上区段采空区中部底板应力显著增加。下区段开采致使区段煤柱上、下两侧非对称受载并发生破坏,引发了煤柱-上区段采场煤岩体的连锁运动;区段煤柱支承压力从上区段开采时的"W"型分布变为下区段开采时的"V"型分布,增载系数达到4.9.研究可为大倾角煤层多区段围岩控制提供了理论指导。     

小煤柱二次动压巷道强力锚网支护技术实践

本文结合山西沁新煤矿2217回采巷道的工程地质特点,分析了二次动压巷道围岩变形与破坏的特征,合理地确定了小煤柱的宽度,在此基础上,以一次性强力支护为原则,提出了该巷道的锚杆支护方案,并在巷道掘进和工作面回采期间对巷道进行了压观测。结果表明,该支护方案有效地控制了二次动压巷道围岩体的变形量,保证了巷道能够满足下一个工作面的使用要求,解决了受两次动压影响的巷道支护难题。     

综放工作面煤柱合理宽度确定及巷道支护设计

应用FLAC3D数值模拟方法对河南某矿31111综放工作面在留设不同宽度煤柱条件下,护巷煤柱的破坏状态、煤柱上的支承压力以及巷道围岩位移变化特征及其变化规律进行了分析研究。根据分析研究结果,并结合该矿实际情况综合考虑,确定了该矿31111综放工作面留设护巷煤柱宽度为10 m,同时对巷道围岩进行了支护设计,确定了巷道支护参数.采用上述技术措施后,工作面煤炭损失量减少了45.5万t,煤炭采出率提高了4%,巷道围岩变形稳定.     

胡家河矿回采巷道变形及超前应力分布规律

受综放工作面开采影响,回采巷道的围岩变形破坏规律与超前支承应力影响范围既是巷道支护设计与优化的重要参考,又是矿井冲击地压防治与预测的前提。以彬长矿区胡家河煤矿402102综放工作面泄水巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的方法,分析煤层巷道受开采扰动影响造成的围岩变形破坏情况,揭示回采巷道超前支承应力峰值影响范围及超前支承应力影响范围。结果表明：泄水巷超前采动影响范围为工作面前方90 m范围内,且高层位岩层的位移要大于低层位岩层的位移;在一次采动影响阶段,泄水巷顶底板塑性区范围为1.25 m,两帮塑性区范围为1.0 m;泄水巷超前支承应力峰值影响范围实测值10 m,理论值11.4 m,模拟值12 m;泄水巷超前支承应力影响整体范围实测值100 m,理论值103.03 m,模拟值108 m。研究结果验证了理论模型的准确性与数值模拟方法的可靠性,为矿井同等地质条件放顶煤工作面的回采巷道支护优化、冲击地压防治提供重要参考。     

多煤层回采留煤柱护巷技术

为解决多煤层回采煤柱护巷巷道的变形破坏问题,以南阳坡矿两个相邻回采工作面为研究对象,在确定煤柱宽度和错开距离的基础上,采用现场监测、理论分析和数值模拟等研究方法,确定出煤柱的合理留设尺寸和巷道支护方法,并最终确定多煤层煤柱的布置方案.研究结果表明:该方法能够有效的控制巷道围岩变形,巷道变形短期内即趋于平稳,且支护成本低,煤柱稳定性好.     

综放大断面巷道围岩失稳因素分析与控制技术

东滩煤矿1306轨道顺槽为综放大断面厚顶煤巷道,回采过程中顶板离层量大,部分地段发生过大面积锚杆、锚索破断现象,巷道两帮出现明显的剪切滑移大变形,帮顶基角处破坏严重。本文基于综放大断面厚顶煤巷道围岩破坏特征,分析其主要影响因素:上覆围岩裂隙发育存在明显不稳定的软弱夹层、区内应力异常、前期支护不合理等;提出高预紧力锚杆索协同强化控制原理及技术,关键在于顶板高性能锚杆预应力支护技术、高帮部桁架支护技术、帮顶基角"斜拉"锚索梁支护技术等,较好解决了综放大断面煤巷支护技术难题,回采期间断面收缩率控制在30%以内,为工作面安全高效回采提供了必备条件。     

深井综采工作面厚层顶板两巷支护技术研究

随着矿井开采深度的不断加深,深井综采工作面厚层顶板两巷支护问题日益突出,已成为制约矿井安全生产的一个难题。常规的锚杆支护方式及支护强度已很难适应深井综采工作面厚层顶板的变形特征,无法有效限制巷道围岩破坏。丁集煤矿第一水平-826m,属于典型的深部矿井,目前东翼主采的11号煤层顶底板为厚层状砂质泥岩,两巷支护难度极大。本文以该矿1311（1）两巷为例,开展新型锚杆强化支护体系的应用研究,采用超高强预应力组合锚杆及11号工字钢对棚支护技术,通过加强支护强度及各种补强措施,充分调动围岩自身承载能力,有效的控制了巷道围岩变形,实现了巷道的稳定,为工作面正常安全回采创造了条件,并为综采工作面两巷顶板支护积累了经验。     

孤岛工作面沿空掘巷合理窄煤柱宽度模拟

针对孤岛工作面的回采巷道留设大煤柱造成煤炭资源的损失,且较宽的区段煤柱在工作面回采后形成应力集中,影响邻近煤层的开采和底板巷道的稳定的问题.以城郊煤矿2107孤岛工作面回采巷道沿空掘巷为工程背景,采用UDEC数值模拟软件对2107工作面回采巷道不同宽度条件下的围岩稳定进行了分析研究,结果表明:当区段煤柱宽度为4m时,巷道围岩控制能满足工作面安全生产的需要.     

采动影响下回采巷道围岩控制技术与区段煤柱尺寸优化

区段煤柱合理宽度直接影响动压回采巷道围岩控制效果。本文针对崔家寨矿5~#煤层E12505工作面地质条件,提出采用锚梁网索联合支护技术控制围岩变形,并对支护参数进行系统优化。继而根据三维应力状态下煤岩体的极限平衡理论,推导出合理煤柱宽度理论值,同时采用FLAC~(30)模拟软件分析不同宽度煤柱受力状况。理论计算与数值模拟结果综合对比,确定了崔家寨矿5~#煤层回采巷道合理支护参数及煤柱尺寸(6~7m)。研究成果为复杂应力条件下巷道围岩稳定性控制、煤柱宽度的合理留设提供了理论依据。     

特厚煤层大采高综放开采区段煤柱留设宽度研究

针对特厚煤层大采高综放开采区段煤柱合理留设的问题,以同发东周窑煤矿为工程背景,采用弹性力学极限平衡法求得煤柱合理的理论留设宽度为20.87～24.08 m,利用工程类比法得到该煤矿上区段采空区煤柱侧严重塑性破坏区宽度约为4 m.运用FLAC3D数值分析软件对四种煤柱留设方案下煤柱内部的垂直应力、塑性破坏特征及巷道围岩的变形量进行剖析,以确定该煤矿区段最合理的煤柱留设宽度.结果显示：窄煤柱受大采高综放开采的特厚煤层和下区段回采双向侧向支承压力叠加的影响容易失稳变形破碎.综合考虑,最终确定该煤矿区段煤柱合理留设宽度为24 m.     

43307工作面过42煤残余煤柱矿压显现规律数值模拟研究

通过对榆家梁煤矿43307工作面矿压显现的分析,建立工作面回采计算模型,利用数值模拟方法研究工作面推进与工作面压力分布情况,并给出矿压显现的几何量值,为工作面安全生产和巷道合理支护提供科学的理论指导。同时,通过多种矿压观测手段分析了工作面开采过程中的采场来压规律及过应力集中煤柱的矿压规律,对该矿区其他相同条件工作面及类似条件下回采采场围岩控制具有工程决策意义。     

大采高综采超前支承压力观测及应用

通过对大采高工作面超前支承压力的观测并进行总结分析,掌握了大采高工作面在开采过程中巷道围岩应力的活动规律,确定了今后大采高工作面和普通综采工作面巷道掘进的支护方式及回采生产时的超前支护形式;进一步加强了掘进巷道的顶板支护以保证回采过程中巷道顶板的安全。     

大倾角“三软”富含水大采高工作面围岩运动规律

掌握复杂条件下大倾角大采高工作面围岩运动规律是保证安全回采的前提条件。以宁东矿区清水营矿大倾角"三软"富含水大采高工作面为背景,根据现场勘查、室内实验和现场监测成果,建立了基于倾角变化的FLAC3D数值模型,计算分析了开采扰动过程中大倾角大采高覆岩应力与变形演化的特殊规律,确定了工作面周期来压步距为10~15 m左右,为安全开采提供了科学依据。