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。     

厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度优化研究

厚煤层放顶煤开采实践中,区段煤柱留设宽度与巷道围岩的稳定性相关性极大,区段煤柱留设较小时巷道围岩稳定性较差,受回采影响易发生巷帮外挤、顶板冒落等事故,而煤柱宽度留设过大则造成资源极大浪费。以高河煤矿西一盘区为工程背景,理论分析了巷道围岩变形大的原因,采用数值模拟的方法研究了采空区侧向的应力分布特征、位移变形规律、破坏特征。现场监测数据表明,工作面超前90 m范围外围岩变形缓慢,巷道顶底板及两帮最大变形量均小于50 mm,超前工作面90 m的影响范围内,巷道受到超前集中应力影响而变形剧烈;巷道顶、底板移近量最大为848 mm,两帮移近量最大为583 mm,区段煤柱优化后,巷道变形较优化前有了显著的降低,巷道顶、底板移近量降低了43.76%,两帮移近量降低了35.93%,综合考虑资源回收、巷道稳定性、次生灾害控制等因素,确定厚煤层综放工作面区段煤柱宽度为32 m。     

煤柱宽度对综放工作面巷道位移的影响规律

应用现场实测和计算机数值模拟(FLAC3D)方法,研究调整并分析了不同煤柱宽度条件下,综放回采巷道围岩位移分布特征及其变化规律.研究结果表明,护巷煤柱的宽度不同,综放工作面巷道位移变形有很大差异,巷道围岩移动具有明显的采动影响近场效应;在一定的护巷煤柱宽度范围内,并非煤柱越宽越稳定,或在极窄小煤柱护巷条件下,将巷道布置在采空区边缘低应力区就有利于维护;合理的支护方式应能控制巷道呆动影响剧烈阶段的围岩变形,支护设计应从载荷控制向变形控制转变.     

大采高综放面采动影响下合理区段煤柱宽度研究

大采高综放工作面由于生产需要,形成了一类超高煤帮、特大断面的巷道,增加量巷道支护的难度。留设合理宽度的区段煤柱,能够使巷道处于应力降低区内,避开残存支承压力顶峰的影响,有效改善巷道围岩的应力环境,降低支护难度、增强巷道的安全可靠性,还能够一定程度提高资源的回收率。本文以塔山矿8105工作面5105回风巷道区段保护煤柱为例,应用极限平衡理论计算得到合理的煤柱尺寸为34m,采用FLAC5.0数值模拟软件模拟分析了不同护巷煤柱宽度煤柱内的垂直应力分布和巷道变形破坏情况。通过理论分析与数值计算相结合,最终确定留设煤柱宽度为34m。     

煤柱宽度对综放回采巷道围岩力学特征影响分析

依据谢桥煤矿1151（3）综放工作面工程地质及开采技术条件,在对影响该条件回采巷道护巷煤柱宽度的因素分析基础上,应用计算机数值模拟（FLAC2D）,模拟并分析了不同煤柱宽度煤柱及巷道围岩在回采期间的应力分布及变形情况,获得了不同煤柱宽度巷道围岩在回采期间的力学特征,为综放开采回采巷道煤柱宽度的合理留设、支护参数选择、巷道围岩稳定性控制及安全生产提供理论依据。     

近距离不规则采空区下综放煤巷分区控制研究

为了解决近距离煤层巷道围岩大变形破坏的控制难题,以小峪煤矿不规则采空区下近距离厚煤层综放煤巷为工程背景,将试验巷道划分为普通段、采空区下及残留煤柱下等多个区域,通过地质雷达探测、钻孔窥视、理论计算、数值模拟等方法对比分析了不同区域煤巷围岩变形破坏特征。结果表明：近距离不规则采空区下综放煤巷围岩塑化破坏范围为2.15 m;工作面超前剧烈采动影响距离为26 m;综放煤巷回采帮松动范围大于实体煤帮0.5 m。基于此,提出了普通区煤巷常规支护及采空区下与残留煤柱下煤巷槽钢锚索加强支护的分区联合控制技术,工程实践表明分区组合支护技术显著控制了围岩大变形,保障了综放工作面的安全回采。     

庞庞塔矿综放沿空巷道煤柱应力分布与变形特征研究

以庞庞塔矿综放沿空巷道为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟的方法,分析了综放面沿空巷道基本顶岩层破断机制,指出单一采动和重复采动工作面基本顶破断机制的差异性和相关性,研究了不同煤柱宽度下综放沿空巷道煤柱应力分布与变形特征,研究表明,一定范围内增加煤柱宽度可有效改善煤柱承载性能,减小沿空巷道变形,当煤柱宽度一定时,煤柱具备一定的承载能力,在上工作面侧向支承压力的作用下,煤柱整体向沿空巷道移动,造成沿空巷道煤柱帮变形量加大,据此确定了庞庞塔矿10#煤层工作面煤柱宽度为8～10m,为后期矿井煤柱宽度和支护技术的确定提供参考。     

窄煤柱综放巷道围岩应力场特征

为了揭示综放留窄煤柱护巷回采期间巷道围岩的应力分布及其演化特征,根据谢桥矿1151（3）综放工作面工程地质和开采技术条件,结合现场实测分析,应用数值模拟（FLAC^3D）综合分析了二次采动影响下巷道围岩应力场演化特征．研究表明,回采期间巷道围岩应力分布及其演化具有明显的分区特征,巷道两帮围岩垂直应力大于水平应力,顶底板围岩水平应力明显大于垂直应力,且巷道底板岩层中的水平应力峰值区范围较广;巷道围岩应力分布的差异性及其演化分区性是造成此类巷道变形剧烈且巷道持续底鼓的重要原因．研究成果为综放开采护巷煤柱宽度合理选择、巷道合理支护及维护、巷道围岩稳定性控制和安全生产提供了理论依据．     

综放沿空巷道窄煤柱稳定性分析及围岩控制技术研究

为对18501工作面沿空巷道保护煤柱的稳定性和顺槽的支护合理性进行分析,通过Fl AC3D软件建立18501综采工作面沿空掘巷模型研究窄煤柱内应力特征及位移分布规律,得到该工作面沿空掘巷煤柱合理的宽度为10m,并提出了顶板锚索、巷帮锚杆的巷道补强支护措施及添加树脂锚固剂的巷道补强支护措施和实体煤侧巷帮扩刷等围岩控制措施后,沿空巷道两帮及顶板的变形量较之前分别减少了24%和61%,巷道表面位移量控制在允许范围内,能够保证10m窄煤柱护巷条件下巷道在回采期间正常安全的使用。     

窄煤柱综放巷道围岩应力场特征

为了揭示综放留窄煤柱护巷回采期间巷道围岩的应力分布及其演化特征，根据谢桥矿1151（3）综放工作面工程地质和开采技术条件，结合现场实测分析，应用数值模拟（FLAC^3D）综合分析了二次采动影响下巷道围岩应力场演化特征．研究表明，回采期间巷道围岩应力分布及其演化具有明显的分区特征，巷道两帮围岩垂直应力大于水平应力，顶底板围岩水平应力明显大于垂直应力，且巷道底板岩层中的水平应力峰值区范围较广；巷道围岩应力分布的差异性及其演化分区性是造成此类巷道变形剧烈且巷道持续底鼓的重要原因．研究成果为综放开采护巷煤柱宽度合理选择、巷道合理支护及维护、巷道围岩稳定性控制和安全生产提供了理论依据．     

综放工作面区段煤柱合理宽度的数值模拟研究

为了有效测定厚煤层工作面的煤柱合理宽度,针对1208工作面生产地质条件,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,对合理的煤柱宽度进行了研究。通过理论计算,初步确定了区段煤柱留设25 m,运用数值模拟分析了区段煤柱内应力分布规律,在煤柱宽度在15~22 m时,应力值处于“谷底”,且处于弹性区。现场应用表明,巷道顶底板移近量最大为169 mm,两帮移近量最大为383 mm,巷道维护效果好,煤柱稳定。研究成果可为该矿后续的工作面区段煤柱尺寸留设提供借鉴。     

深部高应力双巷布置工作面煤柱宽度合理性研究

为确定深部高应力双巷布置工作面合理巷间煤柱宽度,提高巷道煤柱稳定性及资源回收率,以园子沟煤矿1022101工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟的研究方法,掌握巷道巷间煤柱应力分布规律,确定深部高应力巷间煤柱侧向支承压力分布特征,并采用FLAC3D数值模拟分析了工作面多次回采影响下的不同宽度(7m、10m、13m、16m、19m、22m、25m)煤柱应力场分布特征,结合现场试验巷道15m、25m煤柱侧围岩破坏情况分析,最终确定深部高应力条件下合理巷间煤柱宽度。研究表明：当煤柱宽度为16～25m时,多次回采影响下煤柱应力集中,容易引发冲击地压|而宽度7～10m时煤柱整体压垮,巷道变形破坏严重。综合考虑资源回收、巷道围岩稳定性及动力灾害防治问题,确定园子沟煤矿深部高应力巷间煤柱宽度为13～15m时较为合理。     

特厚煤层区段煤柱合理宽度研究及巷道支护优化

合理宽度的留设是特厚煤层区段煤柱能否安全高效开采的关键。为了提高资源回采率，以韩家洼煤矿特厚煤层综放开采面为工程背景，对区段煤柱合理留设宽度进行了研究。通过现场观测调研，揭示了巷道在原支护方案下的变形特征和机理，运用稳定核区理论和极限平衡理论对特厚煤层综放面区段煤柱合理宽度进行了计算；并通过FLAC3D软件分别构建了三种区段煤柱宽度方案，从应力演化与塑性区扩展的角度进行数值模拟综合对比分析，从而优化确定合理区段煤柱尺寸为12 m；根据22401工作面的地质和生产条件，以提高煤炭的资源回收率为首要经济需求，以控制围岩变形、位移和裂隙发展为主要工程内涵，以积极主动地保持围岩的整体性为主要技术目标，基于工程类比的方法，采用非对称“锚杆+钢带+钢筋带+锚索”的联合支护技术。该研究成果可为类似条件煤矿区段煤柱留设提供参考和借鉴。     

深埋强冲击煤层工作面区段煤柱宽度确定

为了确定冲击地压矿井合理区段煤柱尺寸,以葫芦素煤矿21103工作面为研究背景,采用理论方法对煤柱极限平衡区宽度进行了计算,从煤柱应力和围岩变形两方面入手构建了不同煤柱宽度下的数值模拟运算,并对21103辅运巷煤柱宽度分4m、6m、8m、10m、12m、14m、16m、18m、20m、22m、24m进行监测,得出：理论计算得到区段煤柱宽度为9.1～10.7m|数值模拟结果显示煤柱应力随宽度增大呈先增大后减小的趋势,5m时应力最低,15m时应力最高。巷道顶、底板及实体煤帮变形量与煤柱宽度成反比,煤柱侧帮位移量先增大后减小,煤柱为10m时位移量最大,综合应力与围岩变形模拟结果建议区段煤柱5～10m为宜|实测数据分析结果显示合理煤柱宽度在10～12m。最终得出葫芦素煤矿区段煤柱最优宽度为10m。     

庞庞塔特厚煤层区段煤柱宽度及稳定性研究

本文以庞庞塔9-301综放工作面合理的区段煤柱宽度留设为背景,通过理论计算和Flac3D软件建立模型研究9-301工作面回采时不同区段煤柱宽度下煤柱的应力分布及塑形区情况,确定9-301综放工作的区段煤柱宽度为15m。现场9-301工作面的下顺槽内布置的钻孔应力计测点数据显示,在留设15m宽煤柱的情况下,9-301综放工作面回采过程中巷道变形在可允许范围内,能够保证该综放面的安全回采。     

串草圪旦煤矿末采煤柱宽度合理留设

在工作面开采的情况下,末采煤柱宽度的合理留设是保持巷道稳定的关键因素,合理的煤柱留设不仅可以有效提高煤炭资源的回收率,还可以维护大巷的稳定性。本文以串草圪旦煤矿6102工作面为研究对象,运用数值模拟和理论分析相结合的方式,对末采煤柱的留设尺寸进行研究,通过对煤柱进行极限平衡计算,确定合理的煤柱尺寸上下限在15.00～32.54 m之间,并结合数值模拟对末采煤柱宽度为30.0 m、25.0 m、22.5 m、20.0 m和15.0 m等5种方案的巷道围岩应力及塑性区分布状态进行研究,确定了末采煤柱宽度为23 m。此时工作面的超前支承应力对联络巷的影响较小,且煤柱内存在10 m左右的弹性核区,可保证煤柱的稳定性和阻止采空区内的瓦斯涌入联络巷内。研究成果成功应用于工程实践,为类似条件下煤柱留设提供了有益借鉴。     

留底煤掘进双巷布置大采高工作面巷间煤柱尺寸优化研究

确定巷间煤柱合理尺寸是保证留底煤掘进双巷布置大采高工作面安全、高产与高效的关键所在。以某矿122106大采高工作面沿底掘进胶运巷和辅运巷之间的护巷煤柱为工程背景,对工作面生产地质条件展开现场调研,同时原位测试巷道围岩地质力学参数。基于上述原始数据理论,估算出煤柱极限强度与合理的煤柱宽度范围,通过数值试验研究手段,分析初步选定宽度煤柱条件下,二次回采阶段巷道围岩及煤柱内部应力、位移和塑性破坏特征。结果表明:煤柱的极限强度为50.48 MPa,合理的煤柱宽度为19.24~29.28 m。煤柱宽度20 m时,煤柱内塑性区是2个独立的区域;当煤柱宽度达到一定程度后,接续面回采对上个工作面侧煤柱应力影响较小,主要是对本侧煤柱影响较大;靠近煤柱侧顶板和帮部变形较大,垂直位移最大值集中在巷道肩角位置,顶板出现不均匀下沉;煤柱核区内垂直应力均小于其极限强度,能保证稳定;煤柱最大垂直应力集中在两侧,靠近采空区的位置,煤柱中部存在较明显的应力下降区域。     

特厚煤层沿空掘巷窄煤柱留设及支护设计

王洼二矿110507工作面采用留窄煤柱沿空掘巷的工艺进行巷道的掘进。为确定煤柱留设宽度及支护方式,通过理论计算和FLAC 3D软件模拟,建立110507工作面沿空掘巷模型,探究不同宽度窄煤柱护巷时回风顺槽的围岩应力及变形规律,得到该工作面沿空掘巷煤柱合理的宽度为6 m,并提出锚网索联合支护的支护方式。通过现场布置观测站进行监测,发现巷道掘进过后40 d基本趋于稳定;变形稳定后煤柱帮深基点的最大变形量为124 mm,实体煤帮深基点的最大变形量为50.1 mm,巷道两帮移近量均在200 mm左右,顶底板移近量均在100 mm左右。围岩变形量及围岩深部位移均控制在允许范围内,巷道支护设计合理,能够满足顺槽的正常掘进作业和运行。     

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...     

强动力条件下沿空掘巷煤柱稳定性及合理留设分析

针对强动力条件下煤柱的稳定性和合理留设问题,以高家堡煤矿204工作面为研究背景,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对比分析了4~30 m煤柱的应力分布和变形破坏特征,确定了留设煤柱宽度为6 m。通过分析变形特征和支承压力分布特征,将煤柱稳定状态分为破裂区、卸载区、弹性区3个区;分析认为,宽度合理留设应考虑使巷道处于应力降低区、煤柱自身稳定性、有利于提高煤炭采出率、满足隔离采空区需要的4大原则。现场实践表明,巷道掘进采用该煤柱宽度之后,巷道浅部围岩变形量小且易于控制,取得了良好的施工效果,既提高了煤炭回采率又便于防冲安全管理。