无煤柱沿空留巷支护技术

以河北某矿2408工作面运输平巷为工程研究背景,分析无煤柱沿空留巷变形破坏规律,提出了沿空留巷的控制机理。结合地质生产条件,采用FLAC3D数值模拟对比分析了一般支护条件与加强巷帮支护条件下留巷围岩的变形规律:帮高强高预紧力锚索可以大大降低围岩变形量,缩小围岩塑性区。矿压观测结果:留巷在接受二次采动影响后,顶底板最大移近量为471 mm,两帮最大移近量为315 mm。     

采动巷道围岩非均匀变形特征及稳定性控制技术研究

受到原岩应力与采动应力叠加影响的巷道会产生非均匀变形,甚至发现顶板事故,采动巷道围岩稳定性控制是实现矿井安全高效开采的关键。针对长岭一号煤矿152106工作面轨道巷受到采动影响变形严重的问题,采用现场监测、数值模拟等研究方法,分析了采动巷道围岩变形特征及塑性区演化规律。结果表明：在采动影响下,巷道围岩变形呈非均匀特征,工作面前方巷道围岩变形量小于工作面后方,巷道煤柱侧变形量大于煤壁侧,顶板出现离层并且靠近煤柱侧底鼓量更大,局部可达400mm|工作面前方最大主应力、主应力比值、塑性区范围均小于工作面后方,塑性区呈椭圆形分布,巷道围岩位移量与塑性区范围具有一致性。据此提出了补强支护方案,即顶板补打锚索、煤柱对穿锚索及打设单体液压支柱,现场试验结果表明轨道巷煤柱帮变形减少了65%,巷道底鼓量260mm,工程应用效果较好。     

叠加采动影响下保留巷道围岩破坏机理及其控制技术

以布尔台煤矿上下煤层叠加采动影响下保留巷道严重变形破坏为工程背景,采用理论分析、现场监测、实验室试验、数值模拟和工业性试验等综合研究方法,从巷道围岩塑性区形成和发展的角度,对巷道围岩破坏特征、采动应力时空演化规律、保留巷道塑性区恶性扩展破坏机理、应力调控围岩控制技术方面进行系统研究。结果表明:上下煤层叠加采动后,保留巷道处于高应力比值带,主应力比值为1.84～2.22,最大主应力与竖直方向夹角为39.7°～41.9°,导致巷道围岩塑性区恶性扩展,顶板破坏深度7.5 m,底板破坏深度4.5 m,煤柱帮破坏深度3 m,煤壁帮破坏深度2.25 m。基于塑性区破坏机理提出应力调控技术,通过改变煤柱尺寸或上下工作面开采布局等手段调控围岩应力,减小围岩塑性破坏范围,并进行工业性试验,取得良好的应用效果。     

浅埋深综采工作面区段煤柱宽度优化研究

为了减小盘区开采区段煤柱宽度,提高盘区采出率,采用现场观测的方法,分析了原留设20 m宽区段煤柱时,经上下工作面2次回采,动压作用下巷道顶板最大位移56 mm,两帮最大移近量45 mm,为进一步减小护巷煤柱宽,在原有支护方式不变的条件下,优化确定合理煤柱宽度,采用数值计算方法,模拟不同宽度煤柱巷道变形特征,计算显示留12 m宽度煤柱巷道能够保持稳定。工程实践表明,掘进与回采期间顶板下沉量累计112 mm,两帮移近量累计106 mm,巷道变形控制在许可范围之内,煤柱也始终处于稳定,满足了安全生产要求,多采出煤炭7万t。     

深部充填开采留巷围岩偏应力演化规律与控制

针对深部充填开采留巷围岩控制难题,以邢东矿1126运料巷为研究背景,采用应变软化模型研究工作面推进全过程中留巷围岩偏应力与塑性区演化规律。研究表明:(1)超前采动影响较明显区顶板约为32 m,底板和两帮均约为16 m,留巷采动影响较明显区顶板约为32 m,底板约为24 m;(2)从工作面回采开始到工作面回采结束的全过程对留巷围岩偏应力和塑性区进行监测得到:偏应力分布形态以瘦高椭圆状→近似圆状→小半圆拱→大半圆拱→扇形拱进行演化,偏应力峰值带以顶底板→顶底帮角(实体煤侧)和实体煤帮进行转移;塑性区分布形态以近似椭圆状→近似圆状→半球状进行演化,且塑性区呈非对称分布;(3)基于深部充填开采留巷围岩偏应力和塑性区非对称分布特征,提出了分区非对称围岩控制技术,实践表明,留巷围岩控制效果明显。     

基于3DEC的大采高回采巷道围岩变形特征研究

为探究大采高回采巷道围岩变形失稳特征,通过3DEC数值模拟软件,以22204辅助运输平巷为背景,分别分析了巷道围岩裂隙发育、应力分布、位移分布以及塑性区分布特征。研究结果表明：大采高回采巷道围岩裂隙发育、变形具有非对称性,随着工作面向前推进,巷道围岩位移量不断增大,其中较大水平位移向巷帮中上部及顶板位置转移,且靠近煤柱一侧巷帮水平位移、裂隙发育较为显著;采动影响下巷道围岩发生了一定程度的剪切破坏,导致其煤岩体应力释放,且煤柱长期处于高应力状态,因而靠近煤柱一侧的巷帮及巷道顶板塑性破坏较为严重和频繁。基于此,明确了大采高回采巷道围岩变形的重点防控区域,为该类巷道围岩稳定性控制提供参考。     

某深井强采动巷道围岩破裂失稳的数值模拟

针对西部某矿回风巷在大埋深强采动环境下的长期大变形的工程现象,采用FLAC~(3D)数值模拟方法研究了不同煤层厚度、构造应力及煤柱宽度下的巷道变形破坏规律。结果表明,随着煤层厚度的增大,巷道顶板塑性区及变形量逐渐增大,对顶板影响显著。随着构造应力增大,偏应力作用下巷道围岩整体变形逐渐增大,应力集中区逐渐向帮部深处和底板转移。随着煤柱宽度的增加,巷道顶底板及两帮变形量呈现先增大后减小的趋势,当前煤柱尺寸设置不合理,应减小煤柱尺寸,优化围岩应力环境,提高巷道维护效果。     

3417工作面沿空留巷松软围岩变形规律及围岩控制研究

为保障3417工作面沿空留巷松软围岩的稳定,采用数值模拟分析了硬、中硬及松软围岩下留巷的变形特征,结合模拟结果进行支护方案设计,确定加强巷道顶板及煤柱帮的支护,并进行留巷围岩变形观测作业。结果表明:回采期间,留巷围岩的顶底板及两帮最大移近量分别为452mm和224mm,保障了留巷围岩的稳定。     

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９０m 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５０mm,超前工作面９０m 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８４８mm,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 ３２m.     

沿空留巷支护方案改进研究

通过分析沿空留巷在无煤柱支护情况下的破坏变形规律,发现沿空留巷的围岩变形量能够在现有高强高预紧力锚索作用下得到有效控制。通过矿压观测发现:改进后的支护方案,留巷在受到二次采动影响后,顶底板最大移近量为228mm,两帮最大移近量为216mm,分别相比原有锚杆索支护方式围岩变形量减少了37%和21%。     

煤柱宽度对巷道围岩稳定性的影响研究

王庄煤矿91采区排水巷保护煤柱稳定性对于整个采区通风、排水、工作面安装等具有重要意义。采用物理模拟和数值模拟的方法,研究工作面回采时不同宽度保护煤柱条件下排水巷围岩位移、塑性区发育以及覆岩垮落特征。结果表明:煤柱宽度为20～40m时,排水巷受工作面影响强烈,塑性区大小随煤柱宽度的减小而增大,煤柱裂隙发育,难以满足生产要求;煤柱宽度为50～90m时,排水巷不受工作面回采影响,巷道顶板最大位移量、两帮最大位移量、塑性区大小不发生变化,顶底板和两帮的最大移近量分别为117mm和45mm。结合现场地质条件,91采区工作面开切眼距排水巷最短距离为80m,排水巷不受工作面回采的影响,能够满足整个91采区的安全高效生产要求。     

厚煤层沿空留巷掘进变形破坏规律研究

为研究厚煤层下回风巷道掘进过程中围岩的变形破坏规律,以朔州煤电铁峰公司南阳坡矿5800回风顺槽为背景,采用FLAC3D对其应力、变形和塑性区变化情况展开数值模拟分析,得到了3个成果:(1)巷道开挖完成后,巷道围岩最大主应力出现在巷道煤柱帮表面以及实体帮深部约2 m的位置,最大剪应力出现在巷道两帮位置;(2)巷道顶板和两帮在巷道表面上的位移均呈抛物线分布,且其最大值与巷道开挖推进距离呈"指数衰减式"增大关系;(3)巷道开挖过程中,巷道煤柱侧的塑性区范围要明显大于实体侧,巷道顶板靠近煤柱侧的塑性区范围大于另一侧,而巷道底板则基本不发生破坏,整个巷道围岩破坏范围约为1.5～2 m。     

采动影响下窄煤柱沿空掘巷支护技术研究

针对采动影响条件下孤岛工作面窄煤柱沿空掘巷围岩变形破坏严重的问题,分析了此类地质条件下围岩控制机理及支护对策,指出顶板和煤柱帮是围岩控制的关键,针对性的提出了锚杆钢带组合、锚索槽钢梁组合的锚索网支护方案,采用离散元软件UDEC3.1对锚网索支护参数的合理性进行了分析,并在顾北煤矿1322运输巷进行了工业性试验,结果表明,1322运输巷采用该技术支护稳定后,距离掘进头300m处顶底板移近量为454mm,两帮移近量为343mm,巷道未出现大的围岩变形,窄煤柱较稳定,总体支护效果较好,达到了安全生产的要求。     

采空区侧保留巷道围岩破坏分析及控制技术

针对王家塔煤矿3s101工作面采空区侧保留巷道受采动影响导致围岩破坏变形的问题,采用现场监测、理论分析、数值模拟等研究方法,对采动影响下保留巷道的围岩变形破坏特征、采动应力分布规律、以及围岩塑性破坏特征进行了研究。结果表明:受工作面采动影响,保留巷道位移变化主要在工作面后方顶底板,最大顶底板移近量达310 mm;巷道围岩主应力、主应力比值、最大主应力与z轴夹角的变化值在工作面后方175 m左右达到最大,最大主应力达到16 MPa,主应力比值达到2.32,最大主应力与z轴的夹角偏转至20°左右;受采动应力的影响,巷道围岩塑性破坏区也主要发生在工作面后方,塑性破坏范围在工作面后方175 m左右达到最大,顶板最大破坏深度达7.5 m。针对性地提出了“锚索+钢带”加强支护顶板的补强治理方案,保证了巷道围岩稳定,回采期间安全生产。     

大采高综采工作面迎采动掘进巷道支护方法优化研究

针对大采高综采工作面迎采动掘进巷道支护不合理导致巷道变形严重问题,采用现场监测、数值模拟与实践相结合对迎采动掘进巷道支护优化方法进行了研究。结果表明：原支护条件下,迎采巷道以顶板及两帮松动破坏为主,最大破坏深度达1.58 m,需要加强支护;迎采巷道“锚杆+锚索+钢筋梯子梁”加强支护方法,随着工作面的推进,巷道顶板塑性区面积减小53.3%～59.7%,两帮塑性区面积减小49.1%～58.8%,应力峰值显著降低,满足迎采巷道稳定要求。通过现场实践,巷道加强支护后,顶板下沉量减小69%,煤柱帮位移减小68%,回采帮位移减小67.7%,巷道支护效果显著。     

叠合采动下围岩破坏区非均匀扩展机理及巷道稳定控制

为揭示叠合采动影响下围岩的变形破坏特征,以羊场湾矿160206工作面为工程背景,通过现场监测、理论分析计算、数值模拟和现场工程试验的综合研究方法,研究叠合采动应力场下回风巷围岩的应力场演化规律和塑性区形态分布特征,揭示煤层巷道在叠合采动影响下的非均匀扩展机理。结果表明：上下区段的叠加采动影响导致160206工作面前方回风巷处于高偏应力环境,这是造成回风巷发生非对称破坏的主控因素;叠合采动巷道在高偏应力作用下塑性区呈蝶形形态,且蝶叶向采空区一侧偏转,围岩塑性区形态呈煤壁帮顶板及煤柱帮底板破坏范围大的非均匀扩展特征。据此,提出采用非对称长短锚杆索协调加强支护、超前单元支架及钻孔卸压的联合支护技术,在叠合采动影响区域进行工业性试验,取得良好的效果。     

基于煤巷两帮基础刚度效应的控帮护巷支护原理

煤层巷道两帮煤体相对顶底板岩层强度低、可变形性强,两帮煤体大变形对巷道围岩整体稳定性有着极其重要的影响。基于煤巷两帮煤体严重变形的工程实际,考虑巷道两帮煤岩体的可变形性,建立了由Winkler可变形基础支承的顶板悬梁力学模型,分析并揭示了顶板的弯矩和挠度分布特征及规律,提出了基于煤巷基础刚度效应的"控帮护巷"支护原理:通过加强两帮支护提高锚固煤体的基础刚度,控帮支护的直接控制两帮煤体的变形和破坏,并进一步通过基础刚度效应改善整个巷道围岩的应力状态,抑制顶底板变形破坏,提高围岩承载能力和稳定性。通过数值模拟分析与现场工程试验,对基础刚度效应和"控帮护巷"原理进行了分析和验证。研究表明:在两帮垂直集中应力作用下,巷帮煤体压缩变形明显,顶板岩层随基础变形而弯曲下沉,两帮基础刚度对顶板变形量影响显著,是顶板变形的关键影响因素;在顶板支护相同的条件下,加强两帮支护不仅使掘进和采动影响期间的两帮的塑性破坏范围和移近量显著缩小,还有效地控制了顶底板的变形破坏情况,是巷道围岩整体稳定性控制的有效途径。研究工作深化了煤巷围岩控制中对巷帮支护重要性的认识,揭示了控帮护巷的支护机理。     

小煤柱沿空留巷围岩控制应用研究

为保证小煤柱沿空留巷的顺利进行,通过分析掘巷和工作面回采时顶板的应力分布特征,结合巷道实际地质条件,设计了小煤柱和沿空留巷支护方案。小煤柱的宽度为12 m时,留巷后巷道围岩稳定,顶底板最大变形量210 mm,两帮移近量270 mm。     

考虑采空区矸石非均匀充填影响的倾斜煤层沿空留巷稳定性分析

倾斜煤层开采后，由于采空区顶板冒落矸石在重力作用下向下运动堆积充填采空区，使得倾斜煤层沿空留巷矿压显现规律与水平煤层不尽相同。为研究倾斜煤层采空区矸石非均匀充填对沿空留巷围岩稳定性的影响，以四川龙门峡南煤矿3131运输巷为工程背景，对采空区垮落矸石充填分区长度进行量化，并采用双屈服模型反演得到采空区矸石分区压实特性参数；并以此为基础建立数值计算模型，重点研究了倾斜煤层沿空留巷全服务周期内围岩应力场环境和塑性区分布形态的演化特征，以及承载状态下巷旁充填体的应力状态和支护性能。研究结果表明：3131工作面采空区的充填压实区、完全充填区以及部分充填区的倾向长度分别为57.20、72.18、10.62 m；对于考虑采空区分区压实特性的倾斜煤层沿空留巷而言，其工作面前方支承压力和采空区残余支承压力沿煤层倾向随深度增加而增大；相比于一次采动，二次采动时工作面前方支承压力峰值和影响范围明显增大，侧向支承压力集中程度也明显提高；留巷阶段采空区垮落带矸石对巷道顶板岩层具有一定的支撑作用，侧向支承压力有明显的应力集中；受重复采动影响，两帮塑性区破坏范围发生顺层扩展现象，且巷道顶板与采空区顶板的塑性区相贯通...     

浅埋煤层综放工作面沿空掘巷围岩控制技术

以井东煤业有限公司浅埋煤层44304综放工作面为工程试验地点,依据理论计算的合理煤柱宽度和围岩主动支护的原理,设计了沿空巷道(辅助运输巷)断面的支护参数。基于数值计算程序UDEC,分析巷道由成巷支护到受采动影响达到极限时,巷道围岩塑性区分布、主应力分布及巷道变形量的变化规律。得出随采动影响增加,巷道底板及两帮移近量增大并稳定在530 mm和320 mm。