窄高水材料巷旁充填沿空留巷围岩偏应力演化及控制

为了解决高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩破坏严重及难以控制的问题,以登茂通公司2202综采工作面1.4m窄高水材料巷旁充填沿空留巷为工程背景,基于实验室实验测试了水灰比为1.6∶1高水材料的强度特征,通过数值模拟及现场工程试验研究了高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩偏应力分布规律及其失稳破坏机制。结果表明：①随着超前工作面距离的不断增加,偏应力峰值带位置逐渐发生偏转,偏应力峰值大小逐渐减小,越靠近工作面采动影响越剧烈|②超前工作面40m范围内的巷道围岩偏应力峰值带主要集中在巷道右上肩角与左下肩角,超前工作面距离大于50m时的围岩偏应力峰值带主要集中在巷道顶底板围岩深部处,且近似呈对称状分布|③工作面回采且留巷完成后,留巷围岩偏应力峰值主要集中于实体煤帮与实体煤侧顶板处,支护时需保证锚索杆体穿过实体煤帮及顶板围岩偏应力峰值带位置。基于此提出高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩采用“顶板全锚索支护+巷内三排单体支柱+实体煤侧补强锚索加固+巷旁高水材料充填墙”对拉预紧锚杆并辅以单体柱护墙+采空区侧单体柱撑顶并辅以锚杆加固顶板的分区域非对称综合控制技术,通过现场工程实践证明了留巷围岩控制技术的合理性,保障了高水材料窄巷旁充填沿空留巷的稳定性。     

高瓦斯3206工作面沿空留巷围岩控制研究

基于南阳煤矿+3206沿空留巷所处的工程地质条件,分析了留巷变形特征、煤帮垂直应力分布规律,得到煤帮的破裂区、塑性区范围为1.63 m、2.56 m,并分析了巷旁支护的作用机制,制定了沿空留巷不同采动时期的支护方案并进行现场监测。结果表明：在超前压力影响下顶板总离层量为116 mm;滞后工作面120 m时,顶板总离层量为302 mm;顶板、煤帮、柔模充填体、底板变形量分别为103 mm、30 mm、19 mm、361 mm,巷道围岩控制效果较好。     

深井矸石充填工作面沿空留巷围岩控制原理与技术

深井工作面矿压显现剧烈使得沿空留巷存在诸多困难。采用矸石充填采空区可有效限制深部采场覆岩大范围的破断、运动,缓解深井工作面剧烈的矿压显现,为深井工作面沿空留巷奠定基础。通过现场实测和理论计算探讨了深井矸石充填工作面覆岩运动特征,探讨了沿空留巷围岩承载结构及其稳定性。根据新巨龙煤矿2305S-2号工作面实际情况,设计了以矸石墙+钢管混凝土立柱为主的巷旁支护结构,并提出了留巷顶板超前支护、强力护表、深部锚固,巷旁支护结构合理宽度、侧向约束、协同承载,实体煤帮卸应力、防冲击、控片帮的控制方式,留巷底板高应力深部转移的沿空留巷围岩控制原理和先固顶→再护帮→后控底的沿空留巷围岩控制原则。形成了锚杆+W钢带超前支护和长锚索+注浆锚索永久支护的沿空留巷围岩控制技术,成功实现了新巨龙煤矿2305S-2号深井矸石充填工作面沿空留巷。沿空巷道围岩实测发现留巷矸石墙变形不均匀,承载能力增长缓慢,钢管混凝土立柱钻底,顶板锚索易破断等问题。需要进一步加强留巷矸石墙的侧向约束,提高矸石墙承载能力。钢管混凝土立柱底部安装大垫板,控制立柱钻底量,沿空留巷顶板锚索要求具备一定的延伸率,实现长锚索与顶板围岩的协同变形与承...     

基于采动影响下塑性区演化的顶板稳定性控制

回采巷道围岩塑性区分布特征是围岩稳定性控制的关键。针对双巷布置条件下留巷易受到相邻工作面采动影响的特点,以塔拉壕矿为研究背景,采用FLAC3D数值模拟和理论计算的方法研究了采动影响下留巷的应力分布、塑性区演化、支护阻力对塑性区的控制作用。结果表明:1)留巷位置应力分布随推进尺寸而增加,最终趋于稳定,且对称分布;2)留巷位置侧压系数随工作面推进度而减小,最终趋于稳定,且对称分布;3)留巷塑性区由超前150 m到滞后200 m逐渐加大且由对称分布演化为非对称性分布;4)在现有条件下加强支护阻力减小围岩塑性区的作用有限。基于塑性区形态演化设计锚杆(索)支护参数进行巷道稳定性控制,并应用于现场实际,经过现场实测和数据分析,得出基于塑性区演化的顶板稳定性控制效果良好。     

深部连续开采充填工作面沿空掘巷围岩偏应力演化与控制

为解决深部连续充填工作面沿空掘巷围岩控制问题，以邢东矿1128运输巷为工程背景，借助FLAC^3D数值模拟软件，探究1126工作面采空区在不同充填率条件下沿空掘巷围岩偏应力分布规律，模拟分析充填开采工作面超前段受开采影响的围岩偏应力演化特征。研究发现：巷道浅部围岩形成环全断面低偏应力区，顶板低值区深度明显小于两帮与底板，低值区外的巷道四边均有一个偏应力高值区；围岩最大偏应力区位于巷道右上部，峰值大于20 MPa,当充填率大于90%时，巷道围岩四周偏应力值逐渐减小且沿巷道两帮呈对称分布；充填开采对超前段巷道围岩形成的高集中应力主要分布在工作面前方0～15 m,巷道顶、底板两尖角处围岩受巷道围岩偏应力影响形成4个“突出变形区”。结合模拟分析结果、锚杆索预应力承载结构及采空区高水材料充填性能，提出巷道围岩“超强锚杆+大直径高延伸率锚索”联合支护技术，并应用于现场工程实践，结果表明该技术可实现对深部连续开采充填工作面沿空掘巷围岩的有效控制。     

王家岭矿综放沿空掘巷合理煤柱宽度与控制技术研究

针对高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度留设问题,以王家岭煤矿为工程背景,通过钻孔窥视勘探基本顶断裂线位置阐明了巷道围岩的非对称破坏特征;建立了综放工作面侧向基本顶破断结构模型,推导出了沿空侧巷道顶板范围内弯矩表达式;采用FLAC3D数值模拟软件分析了不同煤柱宽度下巷道围岩应力与屈服区演化特征,确定了合理煤柱宽度为8 m;基于N2103回风平巷留设8 m护巷煤柱时顶板弯矩变化规律,提出了巷道围岩的非对称控制技术,并进行现场应用。结果表明：顶板、煤柱帮和实体煤帮位移量在工作面回采期间分别为216 mm、198mm和121 mm,巷道控制效果明显。     

双巷布置留巷围岩塑性区演化规律及补强支护技术

为解决红庆梁矿双巷留巷在一次采动后围岩失稳的问题,通过数值模拟对2次采动影响下的主应力差值分布特征及留巷在不同应力阶段下的塑性区特征进行研究。结果表明:留巷围岩主应力差值在一次采动和二次采动影响下经历了5个阶段,且呈现出阶段性增加的特征;留巷围岩在一次采动期间顶板塑性区由1.2 m增大到2.1 m,煤壁帮和煤柱帮塑性区由0.5 m分别增大到2.0 m和1.5m,在受二次采动应力影响后塑性区的扩展呈非对称的特点,顶板塑性区在煤柱帮侧塑性破坏较多,破坏深度可达3.0 m,两帮塑性破坏较对称,塑性破坏范围可达2.5 m。最终提出针对性的补强支护措施,现场应用后围岩顶底板移近量减小了38%,两帮移近量减小了36%,维护了巷道围岩的稳定。     

深井沿空留巷非对称破坏机制与控制技术研究

针对深井沿空留巷围岩非对称变形与控制难题,综合现场调研、理论分析、数值模拟及实测方法,探析围岩矿压显现几何形态、严重程度及动态演化过程,阐明深井沿空留巷围岩不对称变形破坏机制,并提出围岩结构分级分区耦合支护关键技术。结果表明:1)围岩剪切塑性破坏区和拉伸塑性破坏区主要分布于采空区边缘直接顶、实体煤帮和底板中,分布范围大且不均匀;2)关键部位(充填区域顶板)碎裂引发围岩各区域支护体被逐个击溃,依次是充填体偏心受载压裂、巷内顶板倾斜下沉、片帮外鼓和严重底鼓;3)煤岩层成岩性差且分布不均衡、不对称围岩结构的非耦合支护及其在强采动高应力状态下碎裂扩容、长期蠕变是围岩非对称变形的主因;4)将留巷围岩划分为4级9个支护分区,并具体分析各分区支护体力学效应及其保持围岩稳定性方面的作用,研究成果应用于深部沿空留巷并取得良好效果。     

深部充填沿空留巷巷旁支护体变形特征研究

以唐口煤矿埋深为1 152 m的9303充填工作面沿空留巷为研究背景,采用理论分析与数值模拟的方法研究不同埋深、工作面充实率、巷旁充填体宽度和强度条件下沿空留巷围岩应力演化与移动破坏特征。研究表明:随着工作面充实率从50%增加到90%,留巷煤帮侧的偏应力从16.7MPa下降到10.7 MPa,巷旁充填体侧的偏应力从0.4 MPa增加到5.9 MPa,留巷周围塑性区发育范围明显减小;随着巷旁充填体宽度从2 m增加到6 m,煤帮侧偏应力逐渐减小并外移,巷旁充填体上方最大主偏应力由2.1 MPa增加到6.4 MPa,宽度在3 m及以下的巷旁充填体失稳;随着巷旁充填体强度的提高,上方直接顶的偏应力和下沉量小幅下降,巷旁充填体对沿空留巷的"应力隔离"效果更加明显。提出唐口煤矿9303工作面沿空留巷方案,巷旁充填体宽度为4.1 m,强度大于4 MPa,监测结果表明沿空留巷断面为原断面的87%,应用效果良好。     

深部矿井Y型通风沿空留巷围岩控制技术

为了实现深部工作面无煤柱开采沿空留巷,有效地控制留巷围岩的合理变形,通过分析沿空留巷围岩结构模型,介绍谢一矿512(5)工作面运输巷沿空留巷时所采取的围岩控制措施,对留巷时围岩变形进行观测,并对锚杆锚索承载能力、充填体变形和所受载荷大小进行监测.结果表明:留巷围岩变形分为5个阶段,稳定后顶底板变形对留巷稳定性影响比两帮要大,留巷顶板应力在工作面前方5 m处达到峰值,在工作面后方140 m以外,逐渐趋于稳定,后方50 m充填体上最大应力为12 MPa.     

中厚煤层窄煤柱沿空掘巷围岩稳定性研究

以恒源煤矿487工作面窄煤柱沿空掘巷为工程背景,基于该矿工程实况采用理论计算、数值模拟等手段综合确定487工作面回风巷最优护巷煤柱宽度为5m;基于数值模拟分析了487工作面回采后沿空掘巷超前段顶板、实体煤以及煤柱内围岩应力分布、围岩变形与塑形区演化特征,针对性提出了高强锚杆索组合非对称支护技术,并分析了巷道支护应力场的...     

深部沿空切顶巷道底鼓破坏机制及强化控制技术研究

为解决深部沿空切顶巷道的底鼓大变形破坏及频繁翻修维护问题,分析了深部沿空切顶巷道围岩应力环境的转变特征,基于滑移线场理论建立了不同应力扰动阶段下沿空切顶巷道的底鼓破坏力学模型,研究了不同应力扰动阶段巷道底鼓破坏机制,并开展了底板强化控制试验.结果表明:深部沿空切顶巷道的围岩应力环境转变可分为掘进后切顶前、切顶后一次采动...     

沿空留巷围岩受力变形特征及支护对策

以贺西煤矿3311工作面沿空留巷为背景,采用FLAC~(3D)有限差分程序计算分析了不同工作面回采阶段沿空留巷围岩、充填墙体及煤柱中的应力、变形分布特征,提出了沿空留巷合理的支护对策。研究结果表明:沿空留巷直接顶内的垂直应力和水平应力变化剧烈程度明显大于基本顶;围岩及充填墙体受力变化受3311工作面回采滞后采动应力作用明显,且主要对垂直应力的变化产生影响;3313工作面二次采动阶段,巷道围岩的变形受采动影响的敏感性远大于受力,即在充填墙体和巷道围岩应力增加很小的情况下,巷道变形增幅却相对较大,且主要表现为底鼓和两帮移近。井下试验表明,采用锚杆锚索与充填墙体联合支护后,通过优化现场施工工艺,沿空留巷满足了回采工作面的通风需求,降低了巷道掘进成本,实现了回采工作面快速推进。     

高瓦斯突出煤层原位充填沿空留巷技术研究

为解决高瓦斯煤层巷道掘进过程中易出现瓦斯突出、工作面回采瓦斯浓度频繁超限、工作面采掘接替紧张等难题,以高山煤矿1902工作面为工程背景,研究了高瓦斯突出煤层原位充填沿空留巷技术。通过理论分析选定预制混凝土砌块墙原位充填支护方式,理论计算出充填隔离墙体留设宽度为0.72~1.68 m;运用FLAC^3D数值模拟软件分析了0.8、1.2、1.6 m共3种不同墙体宽度条件下巷道围岩塑性区、巷道应力及位移分布规律,并在1902工作面进行现场试验与矿压监测。研究结果表明:随着充填隔离墙体留设宽度的增加,墙体切顶能力增强,巷道围岩应力、位移变形量减小,最终确定墙体合理留设宽度为1.2 m。现场监测留巷顶底板平均总移近量基本维持在250 mm±50 mm,两帮平均总移近量维持在200 mm±20 mm,从而检验了该技术的可行性,可为类似条件煤矿应用沿空留巷技术提供借鉴。     

深孔爆破切顶对沿空留巷围岩稳定性影响的研究

为了在山西省南阳煤矿３２０７工作面顺利实施沿空留巷无煤柱开采,在靠近巷旁支护墙 的采空区侧进行超前深孔爆破预裂顶板,通过数值模拟计算和现场工业试验,进行了深孔爆破切 顶对沿空留巷围岩稳定性影响的研究。 以南阳煤矿３２０７工作面运输巷沿空留巷为背景,构建了 数值模拟计算模型,计算了留巷的顶、底板位移和墙体、煤帮的位移,分析了留巷围岩的应力分布 与变化。 数值计算表明,切顶后沿空留巷围岩应力和位移的减小幅度较大,围岩稳定性显著提 高。 现场工业试验研究表明,深孔爆破切顶能有效地消除悬臂梁顶板对留巷围岩的旋转挤压破 坏,有助于沿空留巷结构保持稳定和完整。     

祁东矿巨厚坚硬顶板切顶无煤柱开采技术应用研究

为解决当前煤矿开采过程中存在煤炭采出率低、留煤柱开采引起应力集中、巷道围岩控制难等问题,以祁东煤矿7135工作面为工程背景,提出切顶沿空留巷技术。通过对巷道围岩运动特征和留巷技术原理的研究分析,确定切顶留巷关键技术参数,并在现场进行了工程应用。结果表明,采用高强预应力锚索补强顶板、垛式支架支撑顶板及可伸缩U型钢挡矸防护等联合支护体系,实体煤帮平均变形量达到166 mm,采空区帮平均变形量达到237 mm,顶板平均下沉量达到163 mm,平均底鼓量208 mm,留巷变形满足安全生产要求。     

综采工作面沿空掘巷巷道合理布置研究

为了确保沿空留巷巷道稳定性,研究了综采工作面沿空掘巷巷道合理布置,理论分析了沿空掘巷煤柱荷载,介绍了沿空留巷巷道布置原则,采用数值模拟软件,研究了沿空留巷煤柱宽度留设对巷道稳定性影响及巷道沿不同层位掘进时巷道垂直应力、塑性区分布以及巷道围岩变形。研究得出,沿空留巷煤柱宽度留设宽度为20 m,巷道沿顶板掘进更容易支护。     

沿空留巷底板变形力学分析及底臌防控

上覆岩层垮落产生的动载荷通过巷帮煤体、巷内支护体以及巷旁支护体传递给底板,造成工作面后方一段距离的沿空留巷底臌变形加剧。为了控制上覆岩层垮落引起的底臌变形,在分析沿空留巷力学环境的基础上,建立底板力学模型,计算出沿空留巷煤帮弹性压缩区、塑性区、破裂区的宽度,以及煤帮对底板的作用力。应用关键层理论,确定顶板硬岩层位置及其破断顺序,以及垮断极限层的层位;采用顶板载荷条带分割法,计算出巷旁支护体对底板的作用力,并引入等效载荷的概念,构建底板等效载荷分布力学模型,将沿空留巷底臌与上覆岩层垮落紧密联系起来,分析上覆岩层垮落对底板的受力及变形影响,推导出底臌变形计算式。研究结果表明:上覆岩层垮落引起的底臌主要是由于塑性区煤体和巷旁支护体下方底板岩层高应力压剪破坏,以及巷道底板和采空区底板在强卸荷条件的拉伸破坏共同影响造成的。基于此,提出了降低塑性区煤体和巷旁支护体传递给底板的作用力,提高采空区冒落矸石对底板的作用力,防止巷道底板岩层拉伸破坏,巷旁支护体宽度、刚度与底板岩层强度相匹配等底臌防控措施,并应用于工程实践。     

金谷矿沿空留巷预裂切顶技术及补强支护研究与应用

为了提高煤矿井下回采工作面沿空留巷的成功率,以及对沿空留巷围岩稳定性的控制。本文以金谷矿10901工作面为工程背景,采用沿空留巷技术将10901运输巷保留下来,作为10903工作面的回风巷道,通过理论分析,将基本顶简化为板结构,对其回转下沉力学进行分析,分析认为板在受纵向压应力时更容易破坏,对采空区顶板实施预裂切顶有利提高沿空留巷的成功率和完整性。在此基础上,结合工程地质资料,详细设计了沿空留巷预裂切顶方案和锚索补强支护方案,并运用于工程实践。通过对现场监测发现,采用预裂切顶和锚索补强支护后成巷比较完整,巷道顶底板位移和两帮位移较小,能够满足下区段工作面的生产要求。