高应力复杂煤层沿空巷道锚注支护数值模拟研究

为了扭转高应力复杂地质条件下沿空巷道难以支护的现状,结合桃园煤矿1636工作面沿空巷道具体地质条件和支护工程实践,采用数值模拟软件UDEC建立了离散单元计算模型,分析比较了高应力复杂煤层沿空巷道采用U29型钢支护方案和锚注联合支护方案巷道围岩的应力和位移的分布及变化规律.结果表明,锚注联合支护方案,通过注浆将破碎围岩胶结成整体,改善围岩的结构及其物理力学性质,提高了围岩的强度,从而使围岩本身作为支护结构的一部分,承载能力得到了提高,围岩应力分布更趋合理,有效地控制了高应力复杂煤层沿空巷道的大变形,是解决该类巷道支护问题的有效途径.     

沿空留巷矿压显现规律模拟研究

结合冀中能源股份公司葛泉矿1528工作面运输巷的工程条件,在关键层理论研究成果基础上,通过计算机数值模拟的方法,建立了反映岩层基本特征的力学模型,研究了留巷上方顶板断裂的应力特征、变形特征和破坏特征.     

大采高煤层回采对邻近巷道变形及控制研究

针对陕西红柳林煤矿巷道受相邻大采高煤层开采影响而产生的巷道失稳、变形严重,原支护体系失效的情况。采用FLAC3D数值模拟软件,分析了巷道在大采高煤层回采过程中的应力分布特征及变形规律。结果表明,受大采高煤层采掘扰动影响,巷道采空区侧发生剧烈变形,变形量超实体煤侧变形量的47.5%;顶板总变形量由初始的48.2 mm增加到377.1 mm。提出了在煤层开采时,提前对相邻巷道采空区侧及靠近采空区侧顶板加强支护,避免巷道变形过大,造成损失。     

大采高松软煤层在耦合应力影响作用下的应力分布规律研究

以2302大采高松软煤层工作面为工程背景,对回采超前应力和邻近采空区侧向应力耦合作用影响下的应力分布情况进行研究.通过理论分析、现场测试及数值模拟,得出工作面邻近采空区侧应力较大,最高可达23 MPa;当工作面推进至测点10 m位置时,锚杆和锚索最大应力分别达到71、400 kN.针对工作面受应力影响而导致的片帮严重区...     

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。     

高应力复合顶板沿空掘巷煤柱留设研究

以某矿沿空掘巷为背景,采用FLAC^3D数值模拟软件对巷道围岩稳定机理深入剖析,基于煤柱尺寸留设原则,分别模拟煤柱在不同宽度下的应力分布特征和变形规律,确定该矿地质条件下煤柱的合理尺寸。结果表明:二₁煤层的顶底板属于软岩类,巷道围岩塑性区呈现蝶形分布特征,垂直应力和水平应力主要影响巷道浅部的围岩,其中侧压系数主要影响水平应力的大小,对垂直应力的影响主要表现在应力增速。煤柱的尺寸在满足原有原则下,还需考虑现有的工程地质条件和不同尺寸煤柱的应力分布和位移变化,结合巷道围岩的变形量,确定巷道和煤柱能够保持长期稳定的合理宽度,并利于采取支护措施。     

沿空掘巷窄煤柱应力及围岩变形规律研究

以南庄煤矿大巷煤柱回收为工程背景,利用数值模拟,研究了不同沿空掘巷窄煤柱宽度的应力变化和围岩变形规律,研究表明:掘进期间,护巷窄煤柱宽度增大导致其内部的应力集中系数增加;回采期间,宽度较大的窄煤柱,由于煤柱承载能力较强,能够承受较高超前支承压力,其中的围岩应力增幅很大。结合煤柱变形和隔离采空区作用,煤柱回收工作面沿空巷道煤柱宽度取5 m比较合适。     

大采高综采工作面矿压显现规律数值模拟研究

大采高工作面矿压显现特点是设备选型的重要依据。以三元煤矿2301大采高综采工作面为工程背景,通过理论分析、数值模拟相结合的方法,研究了2301大采高综采工作面顶板运移规律及矿压显现特点。理论计算和数值模拟表明,大采高综采工作面基本顶破断时可形成明显的砌体梁结构;上覆岩层中6 m厚的砂岩对其他岩层的运动起主导作用,为工作面关键层。研究也得到了工作面超前支承压力影响的范围及峰值点位置。研究结果对于三元煤矿大采高综采工作面的安全高效生产具有较高的理论意义和实践价值。     

小煤柱沿空掘巷采动应力研究及支护对策

以金晖万峰煤矿为研究背景,基于小孔径水压致裂法与钻孔触探法测得的研究区域原位地质力学参数,采用有限差分数值计算软件FLAC~(3D)模拟分析1201工作面进风顺槽(沿空掘巷巷道)7 m小煤柱条件下采动应力演化规律,并确定小煤柱中性面位置,从而提出针对性的支护措施,在井下进行工业试验,并取得较好效果。     

迎采动宽煤柱承载特性及矿压显现规律研究

单翼开采矿井为解决采掘接替紧张的问题,常会出现迎采对掘的情况,而迎采动掘巷期间,矿压显现规律和煤柱宽度的确定是巷道掘进及安全回采的关键。以炭窑坪煤业100303运输巷迎采掘巷期间为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,对煤柱的合理宽度及迎采期间的矿压显现规律进行研究分析。主要结论有：通过理论计算,煤柱在受到掘进扰动和工作面采动的双重影响下,确保煤柱不完全发生塑形破坏且存在弹性核的宽度至少为30 m。数值模拟发现,掘进迎头至相遇位置前方20～30 m时,围岩变形开始增大,煤柱帮和回采帮变形量均超过0.5 m。当掘进至采空区后方一定距离后,围岩因同时受掘进扰动与采空区侧向支承应力的叠加影响,变形增幅加快,煤柱帮变形严重,最大变形量超1 m。提出100303运输巷掘进距100302综采工作面70 m时,停止掘进,在迎采扰动范围内,优化支护参数,提高煤柱承载能力。现场监测表明,巷道顶底板和两帮均变形较小均在可控范围内,有效控制了迎采动工作面掘巷的围岩变形。     

遗留煤柱下近距离特厚煤层临空掘巷合理煤柱尺寸北大核心

选择合理的护巷煤柱尺寸是临空掘巷成功和安全的前提;以某矿30503工作面为背景,采用理论分析、数值模拟和现场实践相结合的方法,对上覆遗留煤柱和本煤层相邻采空区条件下临空掘巷区段煤柱的合理尺寸进行了研究。结果表明:通过理论分析遗留煤柱沿底板应力变化规律,确定区段煤柱留设尺寸范围应在7~10 m之间;运用数值模拟分析了不同煤柱宽度条件下临空巷道煤柱应力和变形破坏规律,综合理论分析和数值模拟得出留8 m煤柱合适。现场监测结果表明,留8 m煤柱时,临空巷道顶板最大变形量为359 mm,两帮变形量为66 mm,巷道围岩变形稳定,能够满足现场实际生产要求。     

峻德煤矿倾斜煤层开采沿空侧巷道诱冲机理研究

针对峻德煤矿倾斜煤层开采期间沿空侧巷道冲击地压频发的问题,采用现场调研、微震监测、物理相似模拟和数值模拟相结合的方法开展了研究,结果表明：倾斜煤层工作面开采期间靠近沿空侧巷道的覆岩关键层更容易破断产生剧烈动载扰动;随着煤层倾角减小,沿空侧巷道煤柱帮应力集中程度减小,实体煤帮应力集中程度增大,应力集中由煤柱帮内向实体煤帮内转移;在动静载叠加作用下导致巷道两帮煤体失稳破坏诱发冲击地压,且不同倾角煤层冲击启动区域不同。研究结果对倾斜煤层工作面后续回采阶段卸压防冲工作具有一定的指导作用。     

上煤层遗留煤柱影响段沿空掘巷围岩破坏特征及补强支护措施

为研究近距离煤层开采期间上煤层遗留煤柱影响段沿空巷道围岩破坏特征及针对性补强支护措施,以神华宁煤集团灵新煤矿051606工作面工程地质条件为背景,通过现场调研、理论分析、工业性试验和矿压观测等手段,对051606回风平巷沿空掘巷期间受上煤层遗留煤柱影响进行研究。结果表明:当051606回风平巷掘进至上煤层遗留煤柱边界下方时,主要受剪切应力影响,而当继续掘进至遗留煤柱中轴线位置下方时,主要受垂直应力影响;051606回风平巷围岩主应力差呈非对称分布,煤柱侧内主应力差值整体要高于实体煤侧。提出以高强预应力锚杆和单体锚索为基础,辅以钢筋梯子梁、钢筋网和架棚支护的强护顶护帮围岩强化控制技术,现场应用结果表明,巷道顶底板和两帮移近量均约为300 mm,取得了较好的围岩控制效果。     

倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度留设研究

针对倾斜煤层半煤岩沿空掘巷围岩产生非对称大变形的难题,以贵州土城矿1509回风巷为例,进行了该类巷道合理煤柱宽度留设研究。基于极限平衡理论建立了倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度计算模型,结合该矿实际生产地质条件计算得出煤柱合理理论宽度为4.68～5.46m|通过数值模拟分析了5种不同宽度煤柱下1509回风巷围岩塑性区分布、应力及位移演化规律,模拟结果表明：当煤柱宽度为5m时,巷道稳定性较好且能保证矿井的回采率。现场试验结果显示,1509回风巷采用留设5m宽煤柱进行掘进护巷后,巷道轮廓相对完整,变形明显减小,围岩完整性较好,有利于提高倾斜煤层半煤岩沿空掘巷的稳定性。     

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。     

沿空留巷围岩应力演化规律及大变形机理分析

针对沿空留巷围岩要经受上下两个区段工作面采动应力影响,围岩变形量大、巷道维护困难的特点,以沁新煤矿为工程背景,运用数值计算的方法得出了沿空留巷全寿命期围岩应力演化规律和变形特征。通过对围岩加、卸载荷规律及破坏效应的分析,总结了沿空留巷围岩产生大变形的原因。结果表明:1巷旁支护体与实体煤帮力学性能的差异及其在形成稳定承载结构过程中为适应上区段工作面顶板垮落而产生的围岩持续变形是沿空留巷围岩大变形的主要组成部分;2沿空留巷全寿命期内围岩的受力可看作卸围压条件下的三次轴向加载和卸载作用,卸围压条件下的反复加卸载在加剧围岩变形破坏的同时也是围岩变形量积累的过程,最终导致围岩大变形的发生。     

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...     

大倾角煤层孤岛工作面采动应力演化规律研究

为指导大倾角煤层孤岛工作面矿压防控,以王家山煤矿203工作面为工程背景,通过数值模拟和现场实践,揭示该类孤岛工作面采动应力演化规律及冲击危险性。结果表明：在北部采空区、小窑破坏区和东部采空区的耦合影响下,203工作面回风巷侧采动应力集中程度高于运输巷侧;203工作面周围煤岩体存在顶煤和底煤双剪切带,导致顶板侧顶煤在重力作用下易于破碎放出,而顶板侧底煤的应力集中程度进一步加剧。基于采动应力集中系数K的分区结果和现场钻屑监测,203工作面回风巷是矿压防治的重点区域。提出综合大直径钻孔卸压和煤体卸压爆破的分级解危措施并在现场实施,解危效果显著。     

沿空掘巷小煤柱变形分析与中性面稳定性控制技术

依据小煤柱沿空掘巷条件下采场侧方煤体支承压力分布特征,通过数值计算和原位实测方法研究发现小煤柱内部存在不变形或变形极小的中性面区域。随煤柱尺寸增加,中性面区域的宽度逐渐增大,但其占煤柱宽度比例增速降低并逐渐趋于稳定。研究发现锚杆支护强度可以显著增大煤柱内中性面极限承载区的宽度与承载能力,通过采用高强度锚杆支护的方法实现了全塑性区小煤柱稳定性控制,并将研究结果成功地应用于工程实践。     

“双软”顶底板薄煤层沿空留巷底鼓机理分析

综放沿空巷道底鼓不仅造成巷道的破坏,对窄煤柱、巷旁充填体乃至整个巷道的稳定性也有重要影响,强烈的底鼓带来大量的维护和翻修工作,严重影响矿井正常的生产,大大增加了巷道的支护和维修费用。采用Winker弹性地基理论模型,建立了沿空留巷底鼓力学模型,结合工程案例,对巷道底鼓力学模型进行了验证,研究结果表明:实体煤与巷旁支护体侧底板变形接近零,巷道区域底板变形呈现为"抛物线"特征,具有非正对称现象,底鼓最大变形处位于靠近巷旁支护体侧,最大值为628mm;实测变形监测100d后底鼓量最大值为645mm,理论模型最大值与实测最大值误差为2.6%。