采空区及煤柱下回采巷道合理布置位置研究

针对多煤层开采上覆煤层后采空区及遗留煤柱引起底板应力变化,对寺河二号井94313综采工作面回采巷道位置进行相似模拟研究,分析上覆岩层变形破坏对下部煤层应力的影响,为下煤层回采巷道布置位置提供理论依据。结果表明:残留煤柱下9号煤层垂直应力呈单峰值分布,距离煤柱边缘30 m以外垂直应力趋于稳定。     

近距煤层群下部煤层回采巷道布置研究

近距煤层群开采工作面间易相互作用,下部采场围岩力学环境复杂,巷道布置要求高,合理布置回采巷道是下部煤层高效开采的关键。为解决下部煤层回采巷道布置难题,综合采用现场实测、数值计算、理论分析等手段,对下部煤层回采巷道松动圈范围、巷道布置影响因素、巷道布置参数等进行研究,研究结果表明:近距煤层群下部回采巷道布置的主要影响因素为上部采场残余煤柱承载、上部采空区水及同煤层采动作用;残余煤柱承载形态呈现为马鞍状,煤柱承载会向底板岩层转移,并于煤柱附近底板岩层中发生应力集中,应力强度与距煤柱距离呈负相关性;下部煤层同煤层临近采场采动促使拟布置巷道围岩承压整体呈现出"升高-降低-升高-降低"的分布特征,且上下采场采动作用易叠加;近距下部煤层回采巷道布置的关键是兼顾上、下煤层采动影响,合理设计工作面间煤柱宽度。     

浅部煤层群采掘围岩应力分布规律研究

煤层开采后,原岩应力在工作面周围煤体重新分布,会在煤柱周围产生应力集中,近距离浅部煤层开采后底板的变形破坏和应力分布情况是影响下煤层回采巷道布置的关键因素。矿井浅部残留煤炭资源回收时,提前通过理论分析和数值模拟手段研究下伏9煤巷道在掘进过程中是否受到上位7煤回采工作面产生的超前支承应力和侧向支承应力的影响,对于实现矿井持续稳定开采和创造更多经济社会价值具有重要意义。     

近距离煤层不规则遗留煤柱下回采巷道围岩稳定性研究

针对近距离煤层不规则遗留煤柱下回采巷道稳定性差、支护困难等问题,以内蒙古某矿20314辅运巷为工程背景进行研究。根据近距离煤层实际开采条件,采用FLAC~(3D)软件模拟研究了上下煤层工作面回采后不规则煤柱下巷道垂直应力变化规律。研究表明:近距离上下煤层工作面回采后,在采空区之间遗留形成的三角型边角岩层区域出现垂直应力集中现象;遗留煤柱下的巷道受到本煤层工作面侧向支承压力与上部残留煤柱支承压力的双重影响,垂直应力大于巷道两帮煤体抗压峰值强度,则巷道出现破坏。     

煤柱下开切巷应力分布分析及治理研究

为了消除宽沟煤矿B4煤层回采后遗留煤柱对下部煤层的影响,通过理论计算及数值模拟分析相结合的研究方法,对上煤层W1145工作面回采后所遗留的煤柱应力在底板传递的规律和下部煤层W1123工作面回采过程工作面应力分布状况进行研究,研究结果表明：B4煤层回采后煤柱应力变形集中区为13.12m|在煤柱铅直应力作用下,下部煤层距离煤柱60m处时,煤岩体内应力明显升高,距离剩20m左右位置时达到峰值|进入采空区后,煤岩体应力快速的降低,在远离煤柱35m后恢复至开采前的应力水平,影响走向范围可达140m。研究采用超前预裂爆破、两回采巷道侧向切顶方式综合处理顶板,以实现消除煤柱应力影响。     

采空区及煤柱下回采巷道围岩控制技术

为有效控制采空区及煤柱下方的回采巷道失稳破坏,采用现场监测和数值模拟的方法,对采空区底板岩层应力分布规律及巷道失稳破坏原因进行分析,同时根据分区支护的思想对不同区域巷道断面支护参数进行优化。研究表明:煤柱在底板岩层中传递的垂直集中应力是下部煤层回采巷道发生失稳破坏的主导因素。受遗留煤柱传递荷载影响,下部9#煤层应力呈现单峰值的"钟形"分布,根据其应力分布规律,对交叉区域巷道进行分区优化支护,提出不同区域的支护方案。工程实践表明,支护参数优化后,巷道得到了有效地控制。     

某矿近距煤层回采巷道围岩控制研究

为研究某矿近距煤层回采巷道围岩控制方法,针对某矿近距煤层遗留煤柱下伏的2~#煤回采巷道围岩变形大、难控制等特点,通过理论计算和数值模拟,研究了1~#煤回采后的遗留煤柱对其下伏煤岩体的应力影响范围,确立了遗留煤柱下伏2~#煤层回采巷道合理布设位置,优化了巷道支护方案,并对优化前后的现场监测数据进行了分析。研究结果表明:①煤层遗留煤柱向下伏煤岩层传递的应力以煤柱中心线为中心呈对称分布,由浅至深,传导应力逐渐降低,且随着应力衰减速度变缓,衰减范围逐渐增加;②在下伏煤层中布置巷道时,应尽量将巷道布置在遗留煤柱扰动应力影响范围外;③巷道围岩支护方案应综合煤岩力学性质和围岩应力环境来制定。     

综放开采煤层支承压力分布规律现场实测分析

依据谢桥矿1151（3）综放面开采地质及技术条件，采用钻孔应力计对工作面回采过程中煤柱和工作面煤层及巷帮侧向实体煤的应力进行观测。研究分析表明，在非对称开采条件，回采期间工作面及巷道周围煤层应力分布规律明显不同，煤柱和工作面煤层沿走向在工作面前方存在支承压力峰值，但巷帮侧向实体煤沿走向在工作面前方并不存在应力峰值，其峰值在采空区后方，而煤柱和巷帮侧向实体煤沿倾向均存在应力峰值，邻近工作面煤柱及工作面煤层应力均处于降低区。     

浅析近距离煤层采动后底板应力分布规律

近距离煤层上部煤层开采所形成的应力集中会在底板中传递,对下部煤层回采巷道的布置造成一定影响。本文通过对煤柱内集中应力的分布状况及其在底板岩层中的传递规律进行理论计算,得到了不同宽度的煤柱下方底板应力传递及分布规律,对近距离下部煤层回采巷道位置的选择有一定的指导意义。     

极近距离煤层同采工作面顺槽外错布置合理位置研究

以层间距平均为5.32 m的9#、10#近距离煤层为研究对象,通过理论计算和数值模拟,对上煤层回采形成的侧向支承应力在底板煤岩层中的传递与分布规律及其对下部煤层应力分布的影响进行了分析,确定下煤层工作面顺槽外错式布置时,应布置在实体煤侧距上部煤层侧向煤壁水平距离10 m以外。并根据对现场实测数据的分析,确定这种布置方式在回采过程中可以保证巷道稳定性。     

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。     

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。     

上覆煤层煤柱下采掘工作面应力分布规律研究

针对回采巷道布置在上覆煤层煤柱下的空间特点,利用FLAC3D数值模拟软件对老石旦煤矿031604综放工作面和031604工作面对接巷道以及上覆的9#、12#煤层的煤柱应力集中区的应力分布情况进行研究,通过数值模拟对上覆煤层煤柱下采掘工作面应力分布规律进行了详细的研究分析,并采取了针对性的防范措施,保证了工作面的安全高效地回采。     

近距离下部煤层应力分布规律研究

针对近距离煤层中上部煤层开采容易引起下部煤层应力环境复杂化而导致巷道难以维护的问题,采用数值计算的方式分析了近距离煤层的煤柱宽度、埋深、层间距等因素对下部煤层应力分布的影响。研究得出:随着煤柱宽度增加,上部煤柱底板附近应力呈降低趋势,但应力衰减速度和下部煤层应力增高区范围呈增加趋势;随着埋深增加,上部煤柱底板岩层应力和传递深度呈现增加态势,但下部煤层应力增高区扩散范围逐渐减小;层间距的变化对于上部煤柱底板岩层的应力传递影响较小,但下部煤层应力增高区扩散范围增大,且增加幅度高;当采空区顶板能够及时垮落时,工作面长度变化对于上部煤柱底板附近岩层应力分布影响并不明显,但使得采空区下方低应力区范围扩大,有利于下部煤层巷道布置位置选择。     

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。     

千米深井锯齿形断层煤柱群应力分布及微震活动规律*

上部遗留煤柱存在较高的应力集中,会导致下部工作面或巷道应力升高。对于形状不规则煤柱,应力分布更加复杂,从而使下方工作面过煤柱不同阶段的矿压显现规律不同。针对赵楼煤矿千米埋深7301强冲击危险工作面上部存在锯齿形断层煤柱群的实际情况,采用数值模拟和现场监测手段,研究了各煤柱对工作面应力集中的影响范围及工作面过煤柱群下方的微震活动规律。结果表明：①煤柱内应力峰值及煤柱与工作面相对位置是决定其对工作面影响范围和强度的重要因素,煤柱应力峰值较小及煤柱距工作面较远时均对工作面影响较小;②工作面回采接近煤柱边缘及煤柱交界处时,微震能量和频次均会达到峰值,相应微震大能量事件的振幅增加,主频降低,能量主要集中在低频区,此时工作面的冲击地压危险性最高;③根据震源定位及现场卸压情况,确定煤柱边缘及交界处是高应力集中区,需采取大直径钻孔卸压,以达到降低应力集中的目的。     

近距离下煤层岩层破断监测及煤柱确定研究

针对木瓜矿近距离下煤层109工作面巷道支护、区段煤柱的合理宽度确定的技术难题,基于微震监测理论,采用现场监测的方法,对工作面回风巷上覆岩层破断的时空位置、能量和微震事件分布形态特征等随工作面推进的变化进行监测,确定109工作面侧向矿山压力分布规律、上覆岩层的破断规律及破坏程度,为确定区段煤柱的合理宽度提供现场科学数据,实现近距离煤炭资源的安全高效回采,该成果对近距离下煤层安全开采研究具有现场指导意义.     

区段煤柱内沿空掘巷窄煤柱留设尺寸研究

为了解决区段煤柱内沿空布置瓦斯通排巷时合理确定留设煤柱尺寸的问题,以白芨沟煤矿布置010203工作面瓦斯通排巷为工程背景,通过采用理论计算、现场实测与数值模拟相结合的方法,对区段煤柱应力分布特征展开研究。结果表明：引用内应力场理论求得区段煤柱侧内应力场宽度为8.35m;基于现场实测结果分析得出内应力场分布范围约距采空区0-7m;运用FLAC3D软件对留设不同窄煤柱尺寸下区段煤柱内应力分布、巷道围岩变形特征展开深度研究,得出区段煤柱内合理窄煤柱尺寸的确定方法;最终结合该矿实际情况确定窄煤柱留设合理尺寸为5m。     

基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱留设方法

针对平顶山一矿31010工作面回采期间顶板丁戊三乘人巷严重变形的问题,通过现场实测和数值模拟研究了巷道变形的原因及保护煤柱留设的问题。结果表明：工作面回采后,上覆顶板岩层中的应力发生改变,将应力值等于1.05倍原岩应力的点构成的曲线定义为采动应力边界线。采动应力边界线由开采煤层向上覆岩层呈外扩式发展,采动应力边界线距开采边界的水平距离随着距开采煤层高度的增大而逐渐增大,但增大趋势逐渐减小。采动应力边界线内侧岩层应力出现增压区和减压区,而外侧岩层仍处于原岩应力状态,采动应力边界线是划定工作面上覆岩层是否受工作面回采影响的边界线。目前顶板巷道保护煤柱宽度是按岩层移动角进行设计的,没有体现内部岩层移动变形及应力特征,导致顶板巷道保护煤柱宽度不合理而出现破坏,为此提出了基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱宽度设计方法。按照此方法设计的平顶山一矿31010工作面顶板乘人巷保护煤柱宽度应为158 m。     

大倾角厚煤层综采面回采对邻近煤柱和掘进面的影响研究

为了研究大倾角煤层综采面回采对区段煤柱和下区段工作面回风巷掘进面的影响,采用数值模拟和现场监测的方法研究了区段煤柱的应力分布、回采面对掘进面的扰动情况。研究结果表明,大倾角煤层工作面应力集中区域与缓倾斜煤层明显不同,煤柱受到的工作面与煤柱侧叠加应力并非均匀分布,靠近上区段侧的应力集中明显高于下区段侧;当前南山煤矿B8煤层大倾角工作面20 m宽区段煤柱能够保持稳定,通过弹性核理论计算其合理区段煤柱宽度为18.4 m;回采工作面与相邻掘进工作面相距218 m时开始相互扰动,两面之间的最大扰动影响发生在回采面越过掘进面46 m时。