基于白垩系围岩巷道变形机理及支护技术研究

为研究白垩系岩层性质,解决白垩系岩层围岩巷道变形严重、支护困难等问题,本文以内蒙古地区某煤矿为研究背景,通过理论分析白垩系围岩岩石的破坏机理,推导出拉伸破坏以及剪切破坏的极限条件。利用FLAC3D数值模拟,对围岩巷道应力场、塑性区、巷道位移量进行数值模拟分析。结果显示,垂直应力值均为负值,意味着围岩四周应力处于压应力状态;塑性区影响范围较小,说明剪切应力出现在巷道顶底板以及两帮;垂直位移、水平位移量较小,围岩变形控制效果良好。最后,通过现场对巷道位移变形量和锚杆锚索的锚固力大小进行观测,对支护方案进行现场验证,确定采取“高预应力锚杆、锚索、锚网、W钢带、钢筋梯子梁”等联合支护方案比较合理,为此类围岩巷道的围岩变形控制提出有效方案。     

综采工作面沿空掘巷煤柱尺寸留设研究

为解决综采工作面沿空掘巷在回采期间变形破坏严重维护难度等难题,以利民煤矿Ⅰ030906工作面为研究背景,通过建立力学模型分析了采空区侧向上覆岩层应力降低区影响范围;结合数值模拟解析不同煤柱内垂直应力分布规律,综合得到合理的煤柱宽度为5m;工程实践结果表明,在沿空掘巷窄煤柱宽度为5m的条件下,Ⅰ030906回风巷在掘进期间变形量控制在33mm内,保证工作面安全回采。     

采空区积水下巷道掘进安全性评价研究

针对下煤层巷道掘进受上煤层老空区积水的威胁的问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测等手段,研究了2-2_上煤层开采底板破坏深度、3-1煤层围岩破坏松动圈范围,获得了有效煤岩柱厚度。在此基础上,对3-1煤层巷道掘进的危险性进行分区划分。结果表明：2-2_上煤层在采宽为250m、埋深在350～400m、煤层厚度在3m等条件下的底板破坏深度为15m; 3-1煤层未受采动影响的回采巷道围岩松动圈范围在2.5m左右,受到采动影响后的回采巷道围岩破碎范围均在6m, 3-1煤层巷道掘进时,与2-2_上煤层有效岩层厚度为19.4～25.03m; 3-1煤层巷道掘进均在安全区域内,仅在32采区东侧边界处存在风险。     

深埋厚煤层坚硬顶板巷道变形机理分析

为确定黄陵二号煤矿回采巷道变形机理,以黄陵二号煤矿二盘区211工作面为研究对象,采用现场实测、理论计算和数值模拟等研究方法对211工作面回采巷道变形进行了研究。研究得出：211回风巷为二次动压巷道,二次动压巷道采动影响造成围岩应力集中是围岩变形破坏的主要原因。211回采巷道水平主应力对巷道顶底板的影响作用大于对巷道两帮的影响,垂直应力对巷道两帮的影响作用大于对顶底板的影响。合理的巷道支护参数和锚杆锚索支护系统的高预紧力是保证支护效果的关键。     

深井岩巷遇断层穿越顶底板时的围岩稳定性特征分析

针对国内某大型矿井岩巷掘进的地质特征,利用理论分析和数值计算相结合的方法分析该巷道掘进过断层时,围岩的应力场、位移场和破坏区分布及围岩的稳定性特征,研究表明:未过断层时拱底和拱顶围岩破坏区域较大,尤其是在巷道拱底,由于拱底是平面的原因,在拱底出现了大范围的拉伸破坏区域,在巷道的两个墙角围岩破坏范围虽小,但是围岩的破坏程度非常大,巷道的主要支护和预防变形破坏区域为巷道的底板;过断层时巷道破坏区域主要变现为由原来的底板拉伸破坏区域变为两帮强压剪破坏,巷道顶板在断层面上出现大的错动位移,巷道围岩破碎区域远远大于未过断层地段,巷道的支护重点应放在两帮和顶板。     

软岩巷道底鼓分层锚注支护技术

为了解决内蒙古蒙泰不连沟煤矿F6104辅运顺槽底鼓变形严重的问题,基于巷道围岩变形破坏机理,通过大量现场调研及巷道底鼓影响因素的理论分析,得出围岩性质、水、地质构造和支护形式是导致巷道底鼓的主要因素,提出采用注浆锚杆和注浆锚索及钢梁控制巷道底板围岩,使底板岩层成为承载梁,提高底板围岩的黏聚力,增强底板的整体稳定性。结果表明：采用分层锚注支护技术后,最大底鼓量不超过50mm,有效解决了不连沟煤矿F6104工作面辅运顺槽底鼓问题。     

区段煤柱合理宽度及巷道围岩稳定性研究

根据谢桥煤矿1232（3）工作面的工程地质和开采技术条件,应用数值模拟分析煤柱在5m、7m、10m、15m宽度时,巷道围岩中的应力场、破坏场以及位移场的分布变化特征,从而造成对巷道围岩稳定性的影响,最终本着巷道周围应力集中范围小,巷道变形小,破坏范围少的原则确定合理的煤柱宽度,避免资源浪费。     

EBZ260岩巷掘进机截齿的选用

岩巷机械化掘进目前经济截割硬度f≤9,适用于各种类型底板坡度±18°的煤矿巷道掘进,可掘巷道最大宽度6m、最大高度5m。应对f6的岩层可以使用截割功率在300kW左右掘进机械进行施工,效果显著,当6≤f≤8是也可以选择此类施工方式,但是当f≥8时,机械施工难度大,截齿损耗量成倍增加,面对复杂的条件,施工质量的优劣,进度的快慢,和成本的控制,所以截齿的选择极为重要。     

关键层控制下的覆岩及地表移动变形分析

根据常村煤矿煤层上覆岩层结构特性,结合岩移观测成果,分析影响覆岩破坏及地表移动与变形大小的主要因素,在覆岩下半部发育有岩性相对软弱的砂岩与泥岩互层及上半部发育的硬度高、厚度大、整体性好的巨厚砾岩层,和在巨厚砾岩主关键层控制下的地表移动变形规律。     

复杂难采大倾角煤层开采相似模拟实验研究

本文以木城涧煤矿复杂难采大倾角煤层为研究对象,采用相似材料模拟方法,对该煤层开采过程中采场沿煤层走向、倾向上覆岩层破坏、运移规律、位移变化规律进行研究。实验结果表明:上覆岩层垂直位移随层位下降而逐渐增大,并沿开采反方向离开工作面一定距离开始发生显著增加,给回采工作带来了一定的困难。     

耿村煤矿13210工作面掘进巷道底板切槽卸压防治底鼓机理及实践研究

随着义马煤田多数矿井开采逐步走向深部,受地应力、采动应力及构造应力的共同作用,加上煤层本身的冲击倾向性、开采技术条件及地质因素,巷道底鼓问题日趋突出严重,已严重威胁到矿井安全生产。在巷道顶底板和两帮移近量中,我们已经能够将顶板下沉量和两帮移近量控制在某种程度内,所以大约有2/3变形是由于巷道底鼓引起的,为了有效减小巷道底板变形量,首次在耿村煤矿13210掘进工作面进行底板切槽卸压防治底鼓试验,依据耿村煤矿冲击地压巷道现有断面、支护、设备布置等实际情况,制定了底板切槽卸压方案,试验达到了预期了效果,证实了底板切槽对减小巷道底板变形量是有效可行的。     

回采巷道上覆岩层变形控制机理浅析

本文以内蒙古鄂尔多斯某煤矿为例,在确定回采工作面岩层位置的基础上,研究膏状巷道回采过程中上覆岩层的整体变形破坏规律。通过利用UDEC数值模拟软件,根据工作面实际地质参数,模拟回采工作面上覆岩层的整体变形和位移。结果显示,工作面内煤柱与上覆关键层起主要支承作用,巷道回填采矿法可以有效减缓地表下沉速度,同时沉陷率仅为40%。     

矢量合成法测定煤岩层产状要素的研究与应用

煤矿井下巷道掘进过程中巷道轮廓相对较规则,很少揭露裸露的煤岩层层面,无法直接使用地质罗盘观测煤岩层产状要素(走向、倾向、倾角),只能通过巷帮和迎脸观测两个垂直方向的煤岩层视倾角。为快速、准确确定煤岩层产状要素,为修正地质资料、指导矿井安全生产提供地质保障依据,以现场实际观测的井巷工程煤岩层视倾角作为基础资料,依据矢量合成法则,将煤岩层视倾角看作矢量,对两个垂直方向的视倾角进行矢量合成,快速、准确地求出煤岩层的真倾角、倾向和走向。矢量合成法测定煤岩层产状要素,对煤矿地质编录、煤层底板等高线图等相关图纸修正、地质预测预报、矿井设计及安全生产等各项煤矿地质工作开展起到重要指导作用。     

浅析煤矿回采巷道矿山压力控制与支护

煤矿回采巷道矿山压力控制在煤矿开采过程中扮演着极其重要的角色,该项工作和应力分布条件、应力场的应力大小以及岩层运动等都有密切关系。其中,重力应力场主要和岩层运动破坏以及顶板坍塌事故有着密切关联,而岩层运动及破坏是实现应力条件的结果。为了确保煤矿的安全生产以及人们的人身安全,提升煤矿开采的经济效益,有必要做好煤矿回采巷道矿山压力控制措施,设计科学、合理的巷道支护策略。     

某矿井巨厚煤层开采顶煤冒放性数值模拟分析

为探究顶煤冒放性在放顶煤开采过程中的影响与作用,本文结合某矿山现场地质条件,利用UDEC数值模拟软件分析不同采高工作面在推进过程中顶煤的变形特征及应力响应机制。分析工作面推进30m、40m、50m时,不同割煤高度下顶煤的位移、垂直应力、最大主应力、塑性区分布等规律,对比确定顶煤的冒放性。研究结果表明：(1)相同煤层不同采高下顶煤均出现弯曲离层现象,裂隙发育程度高,其内部应力释放效果显著,证明顶煤具有良好冒放性。(2)顶煤弯曲下沉量随割煤高度增加而变大,最大主应力有所波动,但煤壁垂直应力集中程度变化较小且塑性区变化不明显,说明顶煤冒放性良好,在放顶煤开采中起着关键作用,其作用远大于割煤高度的影响。     

综放沿空掘巷窄煤柱合理宽度的研究

由于煤层厚度大、一次采全高后采场空间大、顶板压力高等原因,采用沿空掘巷时巷道围岩不稳定,围岩变形破坏严重。针对这一问题,以山西某矿10901采煤工作面为工程背景,采用数值模拟与理论计算相结合的方法,研究综放沿空掘巷合理煤柱宽度。首先,根据极限平衡理论的经验公式计算窄煤柱的合理宽度,得出窄煤柱的最小合理宽度为5.9m;利用UDEC6.0建立了沿空掘巷数值模型,分析了不同宽度煤柱的垂直应力和巷道顶板位移情况。当煤柱宽度为6m时,垂直应力峰值与煤柱宽度为5m时接近,顶板下沉规律与煤柱宽度为5m时基本相同。综合考虑经济成本因素,煤柱承载效果好、经济成本低的较优煤柱宽度为6m,与理论计算结果基本一致。     

软岩巷道围岩变形破坏特点及其影响因素

在煤矿掘进过程中经常遇到软岩,给巷道的开掘和维护带来不便和经济损失,也给现场工作带来难题。下面就软岩巷道围岩变形破坏特点及其影响围岩变形破坏因素进行分析。     

赵家寨煤矿近距离煤层联合开采工作面影响的现场测试研究

赵家寨煤矿二1煤层与二3煤层平均垂距27m,上下煤层同时开采,为了分析上下两工作面的相互影响,采用顶板动态仪和多点位移计对顶板岩层位移进行了现场试验研究,对两工作面不同水平错距时,顶板岩层位移规律进行了分析。结果表明,上工作面开采超过下工作面切眼40m距离时,对下工作面巷道的影响显著减弱,下工作面外错巷道比内错巷道受到上工作面开采影响大,为上下两个工作面开采水平错距的设定提供了参考。     

煤柱尺寸对沿空巷道稳定性影响研究

煤柱尺寸是影响煤柱稳定性及沿空巷道掘进和支护的主要因素。为了保证沿空巷道的稳定，留设煤柱尺寸成为关键问题。煤柱的宽度是从采空区右侧煤壁到沿空巷道左帮煤壁的水平距离，影响上一区段工作面回采产生的侧向支承压力对煤柱及巷道围岩破坏程度。以高头窑煤矿G3-1106工作面和G3-1107工作面辅助运输顺槽为工程背景，运用极限平衡理论计算出保护煤柱尺寸范围9.2～10.8m。运用FLAC3D数值模拟软件分析留设不同宽度煤柱时煤柱和巷道稳定性。结合理论分析和数值模拟结果显示留设10m煤柱符合要求。通过在巷道布置测站，结果表明：在10m煤柱下，巷道顶板及两帮围岩变形量较小，巷道基本保持稳定。巷道及煤柱稳定性随着煤柱尺寸增大，影响逐渐变小，最后处于稳定状态，煤柱过大会造成煤炭资源浪费，选择合理的煤柱尺寸十分必要。     

大采高工作面矿压显现规律研究

为了研究大采高工作面矿压显现规律,以巨野煤田1301工作面为例,运用数值模拟的研究方法,分析了不同采高(3m和7m)条件下采场竖直应力场、水平应力场和位移场的异同。研究发现:不同采高条件下,煤层上方的竖直应力分布具有相似的规律,但采高越大,其上的应力峰值越小,作用的范围越广;煤壁上的拉应区最大处位于煤壁的中部,大采高条件下煤壁处更易发生片帮,且煤壁塑性区有增大的趋势;随着采高的增加,工作面顶板下沉量越来越大,出现卸载拱的范围也会随之扩大,破坏的影响范围向采空区上方偏移。