区段煤柱下回采巷道围岩变形特征与控制技术

为解决区段煤柱下回采巷道维护困难问题,采用理论分析和现场试验的方法,分析了区段煤柱下巷道围岩稳定性,包括工作面进煤柱、过煤柱、出煤柱覆岩结构失稳及其对回采巷道矿压影响分析,基于此,采用锚网索+单体综合支护技术控制区段煤柱下回采巷道围岩,现场监测了区段煤柱及周围采空区下巷道变形和离层情况.结果表明,区段煤柱下回采巷道变形和离层是采空区下的1倍以上,但整体看,巷道围岩变形均较小,证明了控制技术和参数的合理性和优越性.     

综放孤岛工作面回采巷道窄煤柱合理留设

以三元小常煤业30222孤岛工作面回采巷道为背景,结合地应力实测数据分析了孤岛工作面围岩应力分布特征。研究表明:由于孤岛工作面面分担采空侧覆岩荷重,其围岩中应力相对常规工作面增大。在考虑工作面应力集中的基础上,建立了窄煤柱上方基本顶力学模型,推导了窄煤柱留设宽度计算公式,确定了窄煤柱宽度。现场实践表明,30222工作面留设6m窄煤柱、采用合理的支护,巷道变形能够较好的控制。     

窄煤柱巷道非均匀变形机理及支护技术

为了解决窄煤柱巷道非均匀大变形控制难题,以丰汇煤矿窄煤柱巷道为工程背景,综合采用现场调研、室内实验、数值模拟和理论分析等方法,研究了不同煤柱尺寸影响下,采动巷道围岩应力与塑性区分布特征;分析了窄煤柱巷道变形破坏规律与采场覆岩结构运动特征,揭示了窄煤柱巷道非均匀变形机理,指出采动应力场叠加,支承压力大;覆岩结构非对称,偏载作用显著;煤柱尺寸小、强度低,难以为顶板提供有效支撑;支护方案对称布置,针对性差,是窄煤柱巷道产生非均匀变形的主要原因。基于窄煤柱巷道围岩控制难点,提出以"改变巷道区域支护方式、增加支护密度、破碎围岩注浆改性"为核心的差异化支护技术,加强对围岩局部大变形的控制,充分发挥围岩的自身承载能力;现场监测表明,窄煤柱巷道在服务期间围岩非均匀大变形得到有效控制,稳定性好;可为同类型巷道围岩的控制提供参考。     

二次采动影响下区段煤柱破坏机制及围岩控制技术

针对二次采动影响下区段煤柱破坏严重巷道难以控制的难题,以小纪汗煤矿11215工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟方法,分析了该工作面面临的二次采动下覆岩空间结构经历"O"形变化为"厂"形的接替过程,揭示了二次采动影响下巷道围岩的破坏机制,提出了差异化巷道围岩支护技术,并采用现场监测方法验证措施的可靠性。研究结果表明:①采动影响下煤柱变形破坏的控制是确保巷道断面快速掘进和安全回采的重要保障;②应力叠加与高强度开采的耦合作用、巷道断面与支护参数匹配不合理及回采推进速度的不协调是导致煤柱失稳的主要因素;③采用长锚索、高预应力锚索+钢带联合差异化控制,有效控制了11213工作面剩余段围岩的强烈变形,基本满足了巷道的使用要求。但由于采动应力的影响,回采过程中回采帮侧顶板下沉0.3 m,煤柱帮侧顶板下沉0.15 m,顶板最大下沉量约0.42 m,但采取措施巷道围岩完整性较好,不会影响运输及工作面回采,该技术也为类似工作面安全开采提供了有益参考。     

孤岛型边角煤柱工作面反弧形覆岩结构诱冲机理及其控制

为有效控制边角煤柱回收过程的冲击矿压灾害,根据三侧采空的孤岛型边角煤柱特点,采用理论分析和数值模拟方法,分析了上覆岩层结构特征及诱冲机理及其控制措施.研究得出：三侧采空的孤岛型边角煤柱工作面具有“T”形与“Γ" 形结构组成的反弧形覆岩结构,该结构使煤柱形成一环绕工作面的反弧形高应力和弹性能积聚区;回采过程中,“Γ" 形悬顶的周期性运动导致反弧形覆岩结构处于动态变化过程,动静应力综合作用对煤体稳定状态造成影响,是诱发冲击矿压的主要原因;提出了对沿空巷道实体煤侧实施卸压弱化、对窄煤柱侧实施支护强化的非对称控制对策,降低反弧形覆岩结构的影响,控制冲击危险。     

分层开采中分层煤柱巷道失稳机理与控制技术研究

针对分层开采中分层煤柱巷道大变形与控制难题，以老公营子煤矿I05〖DK〗(8〖DK〗)2轨道平巷为工程背景，分析巷道围岩大变形破坏特征及失稳机理。研究表明，中分层回采后采空区空间增大，上覆岩层关键块体再次回转下沉是造成煤柱巷道大变形的主要原因|分层开采中区段煤柱受多次采动影响，煤柱整体已发生塑性破坏，其稳定性和承载能力不断降低，无法为锚固体提供稳定的锚固基础是造成巷道大变形的内在因素。基于巷道失稳机理，提出“强化煤柱、增强锚固”的控制思路，具体控制机制为表面喷浆固结破碎煤体提高巷帮完整性，煤柱内部注浆填充粘结裂隙为锚固体提供稳定的锚固点，煤柱帮增加锚杆支护提高浅部围岩整体性，增大锚索预紧力提高煤柱的自承能力。现场实践表明，巷道围岩变形量满足安全生产要求，联合支护方案能够有效的控制巷道围岩大变形。     

迎采窄煤柱巷道围岩控制技术研究

通过数值分析,研究了迎采窄煤柱宽度内应力场和位移场的分布规律,探讨了邻近工作面回采对巷道围岩稳定性、围岩变形的影响,并最终确定了合理的窄煤柱宽度,同时研究得到了高强锚杆锚索加固巷道围岩,重点加固窄煤柱帮的围岩控制技术。现场应用表明,合理留设迎采窄煤柱并采用高强锚杆锚索联合支护迎采窄煤柱巷道,经历两次采动影响后,巷道围岩顶底板和两帮变形量均300 mm,有效控制了围岩的大变形,技术经济效果显著。     

高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度与控制技术

针对高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度留设问题,以羊场湾煤矿为工程背景,建立了综放工作面侧向基本顶破断结构模型,推导出低应力区范围表达式及其影响因素;采用FLAC3D数值模拟软件分析巷道掘进和本工作面回采期间不同煤柱宽度下巷道围岩应力与位移演化特征。研究表明:(1)高强度开采综放工作面因采场尺寸大、推进速度快、断裂步距大,导致内应力场范围亦大于常规工作面。(2)高强度开采综放工作面区段煤柱宽度的确定,应充分考虑多次剧烈采动、基本顶破断、巷道大断面等因素,结合试验工作面地质生产条件确定内应力场范围6.31~7.58 m,合理煤柱宽度为9~14 m。(3)本工作面回采期间,覆岩结构被再次激活,致使围岩变形破坏加剧,煤柱宽度10~14 m时,煤柱具有一定自稳能力并承担较少的顶板载荷,综合考虑各因素确定合理煤柱宽度为10 m。(4)受高强度开采及基本顶破断等因素影响,窄煤柱沿空巷道可能诱发大范围破碎、煤柱帮大变形及顶板不对称下沉等变形破坏,要实现此类巷道围岩稳定性控制应对煤柱帮和顶板重点加固,据此,提出了非对称围岩控制技术,并进行现场应用,巷道控制效果明显。     

孤岛充填工作面初采致冲力学机理探讨

孤岛充填工作面由于要控制采空区顶板下沉而导致工作面煤体支承压力分布变得复杂,造成冲击危险性评估方法不同于常规工作面,为了提供充填回收孤岛煤柱采场围岩稳定性分析的理论依据,以山东某矿孤岛充填工作面为背景,通过对孤岛煤柱覆岩结构及演化特征进行研究,建立了孤岛充填开采条件下“充填体-煤柱-顶板”力学模型,得到了充填工作面超前支承压力估算方法,提出了孤岛充填工作面煤体冲击失稳的判据。研究结果表明:① 采空区充填效果决定了上覆岩层下沉运动的空间以及与两侧采空区覆岩发生水平联动的范围,是影响孤岛煤柱覆岩结构演化特征的关键因素;② 受回采巷道切割及大直径钻孔卸压工程的影响,工作面煤体承载能力呈现明显的区域差异性,弹性承载区煤体是上覆岩层传递载荷的主要承载体,工作面开采边界条件和回采巷道布置方式是影响工作面煤体静态稳定性的主要控制因素;③ 充填材料受到采空区顶板下沉运动中压应力作用下发生压缩变形,当顶板和充填材料达到力学平衡时顶板下沉运动终止,充填材料固结体压缩变形量和弹性模量是影响工作面煤体动态稳定性的主要控制因素;④ 决定孤岛充填工作面冲击危险性的关键因素是工作面弹性承载区煤体静态支承压力和采空区顶板下沉量。针对这类冲击地压的致灾机理,通过煤层注水、高压水压裂及优化工作面布置以降低工作面弹性承载区煤体静态支承压力和提高采空区充填率、优化充填材料固结体压缩性能以减小采空区顶板下沉量等措施,可有效降低孤岛充填工作面的冲击危险性。该研究成果可为类似开采条件下冲击地压的防治提供参考。     

孤岛工作面窄煤柱布置与支护研究

针对孤岛工作面回采巷道的布置与支护问题,采用数值分析软件对回采巷道不同窄煤柱宽度进行分析,发现回采巷道布置以后煤柱内应力场重新调整,应力峰值由煤柱中央转移至两侧,煤柱应力分布由钟形演变为驼峰状,应力集中系数有所降低。当窄煤柱为4 m时,巷道稳定性明显好于3 m窄煤柱,大于4 m后窄煤柱应力又有所升高,选择孤岛工作面回采巷道的窄煤柱宽度为4 m较为合理。根据回采巷道所处围岩环境,确定了锚网支护参数,监测结果发现巷道可两个月之内进入稳定控制状态,控制效果良好。     

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。     

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...     

厚煤层留窄煤柱沿空掘巷巷道支护设计

针对某矿2502采区250206上工作面轨道巷,提出采用留窄煤柱沿空掘巷技术进行采掘。通过FlAC3D建模分析留设窄煤柱掘巷支护的方案,理论上研究了锚杆、锚索各个参数对巷道围岩变形控制的影响,确定了最优的参数。通过对250206上工作面轨道巷进行现场应用,对巷道围岩多个测点进行数据监测,证明采用最优参数支护对巷道围岩起到了很好的支护效果。     

大采高工作面过空巷群顶板破断及矿压规律研究

为解决大采高综采工作面快速通过大断面空巷群,避免发生冒顶压架问题,以哈拉沟煤矿22311综采工作面过26条空巷群为研究对象,采用理论研究、数值模拟以及现场监测等方法,研究了综采工作面过空巷群期间空巷失稳机制及基本顶破断规律,模拟了综采工作面过空巷期间采用泵送支柱支护效果,监测了综采工作面过空巷期间顶板下沉量及压力情况,最终22311综采工作面安全顺利通过了26条大断面空巷群。研究表明:空巷失稳主要是由基本顶超前破断引起的,其次是由于空巷支护不足导致的,泵送支柱支护应具有可切割、大断面、高承载与让压变形特征。采用"泵送支柱+锚索+W钢带"联合支护方式,使支柱与顶底板围岩处于协同作用状态,可保证综采工作面安全通过大断面空巷群。     

深井沿空巷道合理位置确定及围岩控制技术

针对深井高地应力矿井煤柱应力大、巷道围岩变形严重及煤柱宽度大造成资源浪费等特点,以麦地掌煤业21214工作面为研究背景,通过地应力测试、钻孔应力测试了解工作面侧向应力峰值位置及大小。通过现场实测及分析得侧向应力峰值约为43MPa,且位于距巷帮约17m处。并运用理论计算、数值模拟,研究沿空掘巷围岩在掘采期间的变形破坏特征、合理窄煤柱尺寸的确定及沿空巷道的围岩控制。结果表明：煤柱宽度为6.5m时巷道围岩稳定性较好,掘进初期,围岩变形量及变形速率较大,后逐渐减小,掘进影响期为15天,回采期间由于小煤柱侧的支护强度大于工作面侧,小煤柱侧的变形量小于工作面侧的变形量,最大变形量分别为110mm和248mm,均在可控的范围内。     

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。     

顾北矿沿空掘巷临空活动段围岩变形控制技术研究

为了分析临空活动段对沿空巷道围岩支护的影响,以顾北矿南一采区1322(1)工作面为工程背景,通过UDEC数值模拟及现场试验,对临空活动段沿空掘巷煤柱的应力分布及围岩稳定控制技术进行了研究,结果表明：临空活动段留设煤柱存在应力集中现象,不同支护工况下可能发生压剪破坏,并且巷道帮部压力大于顶压。现场应用表明锚网索联合槽钢梁加强支护顶板和巷帮的围岩控制技术能有效提高临空活动段沿空巷道围岩稳定性。     

综放复合顶板错层位外错式沿空掘巷异型窄煤柱宽度优化研究

针对复合顶板沿空掘巷窄煤柱留设宽度以及围岩稳定性难题,以试验矿井具体地质条件为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟等方法,对综放沿空掘巷窄煤柱稳定性问题展开研究。分析了不同窄煤柱留设尺寸条件下传统综放工作面沿空掘巷“T”型煤柱围岩应力和塑性区分布特征,研究表明,传统综放工作面留设“T”型窄煤柱沿空掘巷两帮围岩塑性区呈非对称分布,顶板复合岩层破坏深度广,且窄煤柱帮处于不均衡承载状态,宽高比小,自身稳定性差,承载能力差。基于上述问题提出错层位外错式沿空掘巷技术,针对不同尺寸下异型煤柱进行数值模拟研究,结果表明,与常规“T”型窄煤柱相比,其具有优越的“堵漏风、阻变形、能承载”的护巷效果,为巷道围岩控制技术提供有利条件。     

大跨度破碎煤层巷道围岩控制及支护技术

针对王庄煤矿3045工作面回风顺槽跨度大、煤层破碎、巷道变形破坏严重的情况,为提高该巷道围岩控制质量,首先分析了大采高小煤柱巷道围岩的变形及受力特征;通过运用极限平衡理论合理确定煤柱尺寸、对大跨度破碎煤层巷道围岩控制机理进行分析,并结合王庄3045工作面实际情况给出了相应的围岩控制技术方案。基于原锚杆支护方案已不适应围岩控制要求,运用正交试验及数值模拟对原巷道支护参数进行优化。通过巷道表面及深部位移观测结果得知:沿空掘巷期间巷道表面最大位移量230 mm,工作面采动期间最大位移量1 049 mm,变化量均在工程允许范围内。工程实践证明围岩控制效果显著。研究实践结果对于其他大跨度破碎煤层条件下大采高小煤柱巷道围岩控制及支护参数选择具有指导意义。