高应力软岩缓斜煤层沿空掘巷窄煤柱宽度研究

为研究在高应力软岩条件下窄煤柱留设问题,以曙光矿2~#煤层开采为工程背景,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,得出错层位外错式沿空掘巷窄煤柱的确定方法,即从上区段采空区侧向支承应力分布规律、护巷煤柱宽度的理论计算、煤柱垂直应力和煤柱塑性区分布4个方面综合考虑护巷煤柱的宽度。理论计算得出破裂区为3.35 m,塑性区为5.76 m,利用数值模拟得出煤柱合理留设宽度为3.37~5.13 m。通过对不同煤柱宽度下巷道围岩应力分布进行数值分析,结果表明:当煤柱宽度为4 m时,巷道围岩变形小。     

极近距离采空区下部煤层窄煤柱宽度的确定

采用数值模拟的方法,研究了极近距离煤层群下煤层工作面沿空掘巷留设不同宽度煤柱时巷道的塑性破坏、煤柱和实体煤侧垂直应力、巷道围岩变形情况。结果表明:随着煤柱宽度增加,煤柱中央的垂直应力呈现先增大、后减小趋势,其中5~7 m宽度煤柱中央的垂直应力相对较大,3~5 m宽度煤柱边缘垂直应力最小。随着煤柱宽度增加煤柱边缘垂直应力不断增大,在煤柱宽度达到7 m时最大,而实体煤侧的垂直应力相对变化不大。进一步的数值模拟研究表明,巷道的塑性破坏程度、围岩变形量在留设7~9 m煤柱时效果最佳。综合考虑得出了下煤层开采护巷窄煤柱的合理留设宽度为8 m。     

煤柱对上保护层开采卸压消突效果的影响研究

针对上保护层开采过程中留设特殊煤柱会对开采效果产生不利影响的情况,以淮北青东煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测的方法,就煤柱对上保护层开采效果的影响进行了研究。理论分析得出,在煤柱下方区域会存在卸压盲区;数值模拟分析了留设不同宽度煤柱情况下上保护层开采过程中煤体应力、位移等时空变化规律,得出在留设煤柱情况下上保护层开采时会造成保护区域不连续,且煤柱越宽,对上保护层开采效果影响越明显;对青东煤矿8210工作面煤柱影响区域煤层透气性系数和钻屑量2种指标进行实测,得出在上覆7煤层留设不同宽度护巷煤柱时,在煤柱下方区域的8煤层会存在潜在突出危险区;现场实测结果与数值模拟分析结果基本吻合。     

采空区下特厚倾斜煤层沿空巷道煤柱宽度研究

为了研究特厚倾斜煤层沿空巷道煤柱尺寸留设的问题,利用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析煤层上采空区底板卸压规律以及采空区下煤层侧向支承压力力学模型,确定合理的区段煤柱宽度应大于11.9 m或区段煤柱与巷道宽度之和小于11.9 m。根据理论计算,设置5组不同煤柱宽度数值模型,分析采空区下特厚倾斜煤层沿空巷道开挖后不同宽度煤柱所受垂直应力以及水平位移变化规律,确定合理的煤柱宽度为6～一8 m。结合理论计算与数值模拟结论,在巷道宽度为5 m的前提下,合理的区段煤柱宽度应小于6.9 m,建议区段煤柱宽度取6 m。     

缓倾斜煤层沿含水采空区掘巷煤柱稳定性研究

针对缓倾斜煤层含水采空区沿空掘巷存在围岩失稳和突水风险,为了分析和判断防水煤柱及其周围煤岩层的破坏规律和抗溃水能力与研究得出最优的沿空巷道支护控制技术,基于沿空掘巷的煤柱留设理论研究和现场实践,研究了沿含水采空区掘巷时护巷煤柱留设宽度的理论计算与无支护与有支护情况下护巷煤柱的流固耦合—力学反应,采用正交试验设计和FLAC3D数值模拟的方法综合分析了影响护巷煤柱稳定性的因素敏感性、不同护巷煤柱留设宽度下围岩的应力场、位移场、孔隙水压力的分布特征以及不同支护参数下的效果优化。研究结果表明:在煤柱宽度为12～18 m,水头压力为0～0.3 MPa,煤层倾角为2°～10°情况下,护巷煤柱稳定性影响因素的主次顺序为:水压煤层倾角煤柱宽度;在最大水头压力的作用下,护巷煤柱的合理宽度为12 m;确定了2214回风巷的最优支护参数。井下工业性试验验证了留设12 m宽度的护巷煤柱安全经济,采用主被动联合支护参数的沿空巷道的围岩表面位移均处于工程允许范围内。     

基于三铰斜拱的不同宽度区段煤柱下底板应力变化规律研究

为获取上保护层充分采动后,区段煤柱影响下的上覆岩层结构及底板应力传递规律,基于三铰斜拱理论推导了合理拱轴线方程;数值模拟了不同宽度区段煤柱的保护层底板应力分布规律;基于三铰斜拱和弹性力学理论2种方法得到了保护层底板应力分布的解析解,并通过现场实测验证。研究表明：三铰斜拱形态参数与留设煤柱宽度、煤层开采高度、采空区卸压宽度等动态相关;当煤柱宽度大于15 m时,采空区底板重新压实区将产生三铰斜拱结构引起的附加应力,并且应力极值点随煤柱宽度增加而向采空区中心移动。现场试验得出被保护层回采巷道应内错布置,合理错距为10～20 m。     

麻家梁矿沿空留巷合理护巷煤柱宽度模拟研究

针对麻家梁煤矿沿采空区边缘布置回采巷道、合理确定沿空留巷护巷煤柱宽度的问题,依据矿井生产地质条件及现场实际,采用数值模拟的方法,研究不同沿空留巷护巷煤柱宽度条件下煤柱内垂直应力、水平应力分布特征和巷道围岩变形特征,得到合理的沿空留巷护巷煤柱宽度,并计算出合理的巷道支护方案,为工作面安全回采、提高矿井资源利用率提供保证。     

采空区下薄煤层综采工作面护巷煤柱合理宽度研究

为研究近距离浅埋煤层群下部薄煤层回采过程中护巷煤柱的宽度,以凉水井矿431盘区工作面护巷煤柱为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究了不同煤柱宽度对煤柱稳定性的影响,为类似开采条件下的煤柱留设提供了参考。     

厚煤层辅运巷护巷煤柱留设及支护设计

黄陵二号煤矿区段护巷煤柱留设较大,造成煤炭资源浪费,巷道变形较大,维护较为困难.为了有效控制巷道变形,减少煤炭资源浪费,对303工作面护巷煤柱宽度进行了合理确定和支护设计.基于工作面煤层赋存地质条件,借助数值模拟软件分析护巷煤柱留设宽度应在5～10 m区间范围内,确定303辅运巷区段煤柱合理宽度为7m.辅运巷支护采用顶...     

切顶卸压自成巷巷内支护及其稳定性控制

针对恒源煤矿2632工作面大埋深、复合、破碎顶板的工程地质条件,为保证2632机巷顺利切顶进而沿空留巷,首先建立了上覆顶板"悬臂梁+铰接岩梁"的结构模型,通过力学分析、理论计算,确定了切顶卸压下巷内支护强度,相较于小煤柱护巷,切顶能够大幅降低巷内支护强度,覆岩压力向采空区和实体煤深部转移,留巷巷道位于相对低应力区;通过数值模拟,验证了切顶对巷道围岩的卸压效果,确定了切顶的高度和角度。恒源煤矿2632工作面机巷应用切顶卸压自成巷技术后,实现了大埋深破碎顶板的沿空留巷,同时回收了500 m巷道的煤柱,下一工作面可以少掘500 m巷道。     

厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设研究

针对厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设合理宽度的问题,以沙曲一矿4305工作面为工程背景,采用理论推导、数值模拟以及现场监测等方法研究分析煤柱的合理宽度、不同煤柱宽度下围岩变形特征以及现场监测煤柱应力。研究结果表明,根据极限平衡理论计算煤柱破坏塑性区宽度并结合煤柱稳定条件确定煤柱宽度至少为7.8 m.运用FLAC3D数值模拟软件,分析4305工作面与4306采空区留设5 m、8 m、15 m煤柱对应工作面巷道掘进及回采期间的变形及破坏规律可得,煤柱应力集中程度随着煤柱宽度逐渐减小而增大。确定选用8 m煤柱。现场压力监测表明,选用8 m煤柱并采用合理支护形式的条件下可以有效控制巷道围岩变形保障安全回采。     

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。     

深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定

针对深部煤层群沿空掘巷具体生产地质条件,采用理论分析、数值计算及现场试验相结合的方法,得出深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定方法,即从上区段采空区侧向支承应力分布规律和煤柱应力分布、巷道围岩应力分布、巷道围岩变形与煤柱宽度的关系及护巷煤柱宽度的理论计算5个方面综合考虑护巷煤柱的宽度,尤其充分考虑了下层煤回采对上层煤沿空掘巷护巷煤柱宽度大小留设的影响。现场试验结果表明：该方法确定的煤柱宽度科学、可靠,为深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定提供了科学依据,改善了深部巷道维护困难的局面和提高了煤炭资源采出率。     

沿空掘巷窄煤柱合理宽度的确定

针对皖北煤电集团祁东煤矿71煤层,应用FLAC2D软件模拟综放沿空掘巷留设不同宽度煤柱时围岩位移和应力的大小,确定了71煤层相邻工作面区段沿空掘巷留设煤柱的合理宽度,对类似综放沿空掘巷合理位置的确定具有参考价值。     

浅埋近距离煤层开采房式煤柱群动态失稳致灾机制

针对我国西部矿区浅埋近距离煤层房采煤柱下开采时易发生工作面压架、地表台阶塌陷以及矿震灾害的现象，采用物理模拟及数值模拟方法对下煤层工作面采动时上覆房采煤柱群的动态失稳过程及工作面压架机理开展研究。实测统计榆阳区部分矿井本煤层房式开采后，只有当房采煤柱的弹性核区比例大于31%时，房采煤柱才能处于长期稳定。下煤层采后的模拟结果表明:上覆房采煤柱的破坏形式及其失稳次序同其与下煤层工作面相对位置密切相关，房采煤柱依次从工作面开切眼位置、工作面位置、采空区中部位置发生破坏及失稳，且工作面开切眼和工作面位置处煤柱多发生顺向采空区的斜切破坏，而采空区中部煤柱则发生垂向压裂破坏。根据石圪台煤矿数值模拟结果显示，上部2-2煤层房采后煤柱支承应力峰值由原岩应力2.8 MPa增大至12 MPa，应力集中系数为4.28;当下部3-1煤层工作面采后，上覆2-2煤层房采煤柱的支承应力峰值增大至30 MPa，应力集中系数达10.71;下煤层工作面开切眼侧与工作面正上方的房采煤柱呈现垂向不均匀承载特征以及受水平拉伸变形影响，是导致边界处房采煤柱易出现对角斜切破坏模式的主因。两侧边界煤柱失稳后，其顶板岩层瞬间发生整体拉剪破断从而引发矿震，顶板多层岩层以“整体运动”的形式急剧快速下沉并撞击底板，将采空区中部上方的房采煤柱压垮压塌，同时巨大的冲击力进而导致上下煤层间的岩层发生全厚切落，造成下煤层工作面发生切顶压架。实验发现从上覆房采煤柱群首个煤柱发生破坏至整体失稳运动并达到稳定，历时仅约为0.45 s，其中，上下煤层之间的岩层发生全厚切落历时仅约为0.05 s。     

近距离煤层群切顶留巷覆岩应力及变形响应研究

为了深入了解近距离煤层群切顶留巷上覆岩层应力及变形演化规律,以白皎煤矿B4煤层、B3煤层、B2煤层切顶成巷巷道2442、2443及2444运输平巷为研究对象,开展了3层煤回采巷道开挖物理试验研究,结果表明:①上煤层巷道切顶后,顶板卸压;煤层开挖后,采空区顶板垮落并支撑巷道顶板,顶板增压;煤层继续开挖,覆岩断裂,顶板卸压...     

基于双屈服模型的采空区下特厚煤层破坏特性北大核心

为了研究上煤层采空区对其下伏近距离特厚煤层的影响,确定下煤层巷道布置内错距离;以国投塔山煤矿为背景,基于有限差分数值方法,运用双屈服本构模型实时修正手段,模拟了上煤层采空区垮落带岩体压实特性,阐明了采空区下伏煤岩层内应力场传递规律及塑性破坏发育范围;结合理论分析及现场钻孔窥视结果,验证了数值结果的可靠性,确定了下煤层回采巷道布置内错距离。结果表明:上煤层采空区内遗留区段煤柱下方应力场在下煤层中形成近似"正梯形"影响范围,上下影响宽度分别为32、56 m;遗留区段煤柱下方塑性区在下煤层中呈"倒梯形"分布,上下塑性区宽度分别为81.36、61.47 m;结合理论分析及现场钻孔窥视结果,最终确定下煤层回采巷道内错距离应为13.5 m。     

同忻矿特厚煤层小煤柱 沿空掘巷分段支护设计研究

为确定同忻矿特厚煤层大采高综放面沿空掘巷巷道合理支护方案,达到改善回采巷道压力显现和提高资源回收率的目的,采用理论计算、数值模拟、工程类比及现场监测等方法进行综合研究.通过理论计算确定煤柱采空区侧应力降低区宽度和沿空掘巷小煤柱宽度;通过数值模拟得出侏罗系遗留煤柱垂直应力对5205巷的影响,从而将5205巷煤柱上方分为采空区和煤柱影响区,在这两个区分别进行锚杆索及组合锚索的相关方案设计;通过现场实测来验证支护设计的合理性.为今后同忻矿乃至其它类似条件生产矿井的小煤柱合理支护提供有效参考.     

特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度综合确定方法

为解决特厚煤层综放开采大煤柱尺寸下煤炭资源损失量大、沿空掘巷小煤柱合理宽度确定方法单一、研究结果与工程实际存在较大差距的问题,本文以扎赉诺尔矿区灵东煤矿为工程背景,提出了基于JW-6型地下高频电磁波CT系统、钻孔应力监测系统、数值模拟等多手段下特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度的综合确定方法,并依据此方法分析了灵东煤矿特厚煤层综放开采侧向支承压力分布规律及演化规律、煤柱承载及变形特征,以此确定了灵东煤矿特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度为6.0～9.0m。工程实践结果表明,该综合分析方法确定的特厚煤层综放开采小煤柱宽度合理,回采期间巷道围岩变形量绝大部分控制在300mm以内,变形量小,满足工作面安全生产需要,提高了煤炭资源回收率。该研究成果对特厚煤层综放沿空掘巷小煤柱合理宽度的确定具有重要参考意义。