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强动压沿空掘巷煤柱稳定性及分区支护技术研究

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强动压沿空掘巷煤柱稳定性及分区支护技术研究

作者：高利利西安科技大学

学位级别：硕士

澄合矿区百良煤矿属于强矿压、破碎围岩、难支护矿井。为解决接续紧张,在相邻工作面回采期间沿空掘巷成为百良煤矿必然选择。当采掘相向进行时,顺槽掘进动压及相邻回采工作面采动应力叠加,对巷道形成强烈动压,沿空掘巷围岩控制成为采掘... 详细信息

澄合矿区百良煤矿属于强矿压、破碎围岩、难支护矿井。为解决接续紧张,在相邻工作面回采期间沿空掘巷成为百良煤矿必然选择。当采掘相向进行时,顺槽掘进动压及相邻回采工作面采动应力叠加,对巷道形成强烈动压,沿空掘巷围岩控制成为采掘工程的难点。其中,合理的煤柱尺寸是影响巷道稳定性的关键。论文通过研究煤柱最佳尺寸留设和动压分区,针对性支护设计,并通过工程实践和监测验证支护控制效果,得出:(1)受掘进和回采动压的综合影响,煤柱塑性区整体破坏较大。当煤柱宽度为5m时,两侧塑性区表现为贯通,煤柱完全处于塑性状态;10m和15m煤柱两侧塑性区有相接但未完全连通;20m煤柱两侧塑性区相距较远。煤柱宽度在5m～15m范围内进入塑性区,但未发生破坏,其中10m左右的煤柱位移和塑性区最小,是合理的区段煤柱宽度。综合塑性分析、模拟结果、极限推断及实践经验、地质条件等,最终将煤柱确定为9m。(2)按照516运输巷受相邻工作面回采动压影响的剧烈程度,将其划分为三个区段,远距离弱扰动段、近距离动压重叠段、窄煤柱沿空掘巷段。基于自稳隐形拱理论,对动压沿空掘巷围岩支护参数进行了分区设计。设计采用高强螺纹钢锚杆,锚杆预紧力矩不低于220N·m,锚固力不小于105kN;根据自稳隐形拱理论计算潜在冒落高度,确定锚索预紧力为120kN。锚杆、锚索的直径、长度和间排距以及托盘、钢带型号根据不同区段进行分区选取,根据动压扰动剧烈程度确定支护参数。(3)516运输巷的分区支护实践表明,在远距离弱扰动段和近距离动压重叠段,随着516运输巷与518综采工作面距离逐渐减小,受到采动影响明显剧烈,煤柱帮变形量明显大于实体煤帮,但总体上能够控制围岩稳定性。在窄煤柱沿空掘巷段,随着顺槽掘进与相邻工作面距离逐渐加大,上覆岩层垮落运动基本稳定,顺槽受回采动压影响基本不大,累积煤柱变形量相对较小。设计分区支护方案合理,保障了 516运输巷掘进工作面和518综采工作面的安全高效生产,可供同类工作面开采和巷道掘进借鉴。

关键词：采掘相向沿空掘巷动压巷道分区支护效果监测

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掘进工作面精准过断层工艺流程优化

科学技术创新 2024年第12期 172-175页

作者：孙艳成王坤皖北煤电集团钱营孜煤矿安徽淮北

为了解决掘进工作面过断层速度慢、支护困难等问题。本文以钱营孜煤矿W3210工作面机巷过fhd1断层为研究背景,提出不同顶板支护参数分区支护方法,并采用“超前预注浆+锚网梁索+套TU型棚”联合支护技术进行现场应用及效果检测。研究结果表... 详细信息

为了解决掘进工作面过断层速度慢、支护困难等问题。本文以钱营孜煤矿W3210工作面机巷过fhd1断层为研究背景,提出不同顶板支护参数分区支护方法,并采用“超前预注浆+锚网梁索+套TU型棚”联合支护技术进行现场应用及效果检测。研究结果表明:在联合支护技术的应用下,巷道顶底板位移量仅为1 mm,两帮位移量为2 mm,锚杆受力的一直保持20 kN不变,锚索受力的最大变化量仅为2 kN。说明该过断层方案实施效果良好,能够保障巷道安全掘进的顺利进行。

关键词：掘进过断层联合支护分区支护

极近距离煤层群不同层间距下回采巷道支护技术研究

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煤炭科技 2024年第1期45卷 132-136页

作者：王克伟朱前程中煤中阳荣欣焦化有限公司山西吕梁033000 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116

针对高家庄煤矿极近距离煤层群采空区下方4201工作面轨道巷掘进过程中,由于层间距不断变化,导致局部顶板破坏严重、裂隙发育等问题,采用理论计算和现场实测方法研究底板最大破坏深度和层间距变化规律,将顶板层间距大小划分小于2.8 m、2.... 详细信息

针对高家庄煤矿极近距离煤层群采空区下方4201工作面轨道巷掘进过程中,由于层间距不断变化,导致局部顶板破坏严重、裂隙发育等问题,采用理论计算和现场实测方法研究底板最大破坏深度和层间距变化规律,将顶板层间距大小划分小于2.8 m、2.8~3.8 m和大于3.8 m三个支护分区,分别制定了工字钢架棚+锚杆支护、短锚索网支护和长短锚索网支护3种支护方案。现场应用结果表明,4201轨道巷掘进期间顶板完整性提高,围岩变形量小于100 mm,满足使用要求。

关键词：极近距离煤层底板破坏深度不同层间距分区支护

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极近距离煤层群回采巷道分区支护

煤炭技术 2015年第7期34卷 33-35页

作者：侯运炳孙俊东游家梁中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

针对六家矿WIIN36-6工作面运输平巷单一支护效果差的问题,采用现场调研和理论分析相结合的方法,对极近距离煤层群下部巷道稳定性进行研究。研究结果表明:根据煤层层间距不同,选用锚网、架棚分区支护是一种行之有效的极近距离巷道支护技... 详细信息

针对六家矿WIIN36-6工作面运输平巷单一支护效果差的问题,采用现场调研和理论分析相结合的方法,对极近距离煤层群下部巷道稳定性进行研究。研究结果表明:根据煤层层间距不同,选用锚网、架棚分区支护是一种行之有效的极近距离巷道支护技术措施。工程实践表明:分区支护效果良好,各测点总位移量最大为58.1 mm;位移量前期变化平缓,后期发生突增,但各测点总位移量均较小。

关键词：极近距离煤层群回采巷道单一支护分区支护

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大断面巷道湿喷混凝土分区支护技术

煤炭科学技术 2013年第S1期41卷 34-36页

作者：王利栋大同煤矿集团有限责任公司技术中心山西大同037003

针对干喷(潮喷)混凝土技术的不足,研究了大断面巷道湿喷混凝土分区支护技术。通过对围岩总体稳定性的预先判定,结合以支为主、支让结合、分阶段支护的支护原则,提出大同煤矿集团有限责任公司大断面巷道区域喷混凝土设计方案,应用效果良好。

关键词：大断面巷道围岩稳定性湿喷混凝土分区支护

应力扰动敏感型巷道围岩变形破坏机理及分区支护技术

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应力扰动敏感型巷道围岩变形破坏机理及分区支护技术

作者：冯朝朝中国矿业大学

学位级别：硕士

当煤矿地质条件复杂时，在巷道掘进过程中会遇到较多断层构造，断层构造引起巷道围岩强度和完整性显著弱化及应力状态发现变化。由于断层构造的影响，导致巷道掘后顶底板围岩处于较高的水平应力状态，两帮围岩处于较高的垂直应力状态（... 详细信息

当煤矿地质条件复杂时，在巷道掘进过程中会遇到较多断层构造，断层构造引起巷道围岩强度和完整性显著弱化及应力状态发现变化。由于断层构造的影响，导致巷道掘后顶底板围岩处于较高的水平应力状态，两帮围岩处于较高的垂直应力状态（相比正常地带），同时巷道围岩强度和完整性也得到弱化，在巷道掘进和服务期间，巷道围岩发生大变形，甚至冒顶，严重影响矿井的正常安全生产。因此，开展断层构造带巷道围岩变形破坏机理及支护技术研究，具有重要的科学与工程意义。论文以祁东煤矿6163运输平巷为研究对象，在现场调研巷道工程地质特征和分析巷道围岩发生变形破坏因素基础之上，提出了应力扰动敏感型巷道的概念，并解释了其含义及特点。实验室测试了巷道围岩力学性质、组分及微结构特征;现场实测和理论分析了巷道围岩裂隙演化规律和变形规律;采用数值模拟方法研究了巷道掘进穿断层过程中断层构造对巷道围岩应力状态的影响规律，得出断层构造对巷道围岩应力状态影响范围约为25～27m，断层构造引起巷道顶底板掘后水平应力及帮部垂直应力较正常地带明显增大而导致巷道围岩变形严重。在以上研究基础之上，提出了应力扰动敏感型巷道分区支护机理及技术：将应力扰动敏感型巷道在巷道掘进方向区域化，断层构造前后30m范围划分为断层构造带，其余地带划分为正常地带，断层构造带和正常地带分别制定相应的支护参数、方案来保证巷道围岩稳定。采用FLAC3D数值计算研究了帮部锚杆长度、直径和锚杆（索）排距，并对锚杆（索）预紧力进行匹配设计，确定了应力扰动敏感型巷道分区支护方案及参数。现场试验表明，巷道的变形得到有效控制，取得了良好的技术经济效益，为类似条件下回采巷道围岩控制问题研究提供有益借鉴。

关键词：应力扰动敏感型巷道断层构造分区支护围岩控制

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杜儿坪矿北三8号煤底抽巷分区支护技术

山西焦煤科技 2016年第6期40卷 8-12,22页

作者：崔广军西山煤电(集团)有限责任公司杜儿坪矿山西太原030022

以杜儿坪矿北三8号煤层底抽巷为研究对象,通过FLAC3D数值模拟对巷道开挖后的围岩应力变化进行分析,确定了巷道顶板和煤帮中应力降低区和应力集中区的范围。根据模拟结果,在具体的方案设计中根据底抽布置区域地质构造情况的不同,将底抽... 详细信息

以杜儿坪矿北三8号煤层底抽巷为研究对象,通过FLAC3D数值模拟对巷道开挖后的围岩应力变化进行分析,确定了巷道顶板和煤帮中应力降低区和应力集中区的范围。根据模拟结果,在具体的方案设计中根据底抽布置区域地质构造情况的不同,将底抽巷的布置区域分为无地质构造区域和地质构造区域。前期采用分区支护方式,在无地质构造区域采用矩形巷道锚网联合支护,在地质构造区域采用梯形棚式巷道锚网联合支护,后期采用锚索补强加固,降低由于回采扰动造成的巷道变形。现场应用表明,采用分区式支护、采前补强加固支护方式进行巷道支护能够取得良好的围岩控制效果,保证了底抽巷的稳定。

关键词：底抽巷围岩应力地质构造区域无地质构造区域数值模拟补强锚索分区支护

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软岩巷道围岩变形与分区控制技术研究

矿业研究与开发 2023年第5期43卷 37-42页

作者：徐涛张国华代少军黑龙江科技大学矿业工程学院黑龙江哈尔滨150022 黑龙江工业学院资源工程学院黑龙江鸡西市158100

复杂地质条件下软岩巷道围岩稳定控制是技术性难题。以现场实测为主、理论分析为辅的研究方法,构建了非等压巷道围岩弹性-损伤力学模型,对荣华矿西翼运输大巷围岩变形特征及控制方法进行了研究。研究结果表明:断层形成后,水平应力和初... 详细信息

复杂地质条件下软岩巷道围岩稳定控制是技术性难题。以现场实测为主、理论分析为辅的研究方法,构建了非等压巷道围岩弹性-损伤力学模型,对荣华矿西翼运输大巷围岩变形特征及控制方法进行了研究。研究结果表明:断层形成后,水平应力和初始水平应力比值为4.3~8.5;较小的内摩擦角、内聚力及较大的侧压系数对应较大的塑性区半径及较高的蝶形塑性区概率,塑性区半径扩展速度可间接表征蝶叶塑性区是否形成;对于易松动软岩,应在支护初期保持支护阻力及改善围岩性质;巷道前方水平裂隙较为发育,围岩整体变形量较小,两帮移近量和顶板下沉量分别在150 mm、40 mm以内,验证了分区支护策略及支护参数的合理性。

关键词：软岩巷道蝶形塑性区钢管混凝土支架分区支护

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正断层区段异形煤柱护巷矿压显现特征及控制

采矿与安全工程学报 2022年第6期39卷 1095-1107页

作者：姚强岭王夫榕马守龙郑闯凯李纪宝夏泽李英虎落弘业吴城乐中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 中煤新集能源股份有限公司安徽淮南232001

断层区段煤柱宽度及采动下断层活化程度与被保护巷道围岩稳定性密切相关。以山东枣庄矿区某矿3#煤层正断层区段异形煤柱为例,依据正断层区段异形煤柱护巷条件下采场覆岩结构特征,提出应力调整与支护相结合的围岩稳定性控制技术思路,并... 详细信息

断层区段煤柱宽度及采动下断层活化程度与被保护巷道围岩稳定性密切相关。以山东枣庄矿区某矿3#煤层正断层区段异形煤柱为例,依据正断层区段异形煤柱护巷条件下采场覆岩结构特征,提出应力调整与支护相结合的围岩稳定性控制技术思路,并基于此将异形煤柱划分为2个区域。其中,区域Ⅰ为下盘回采巷道未卸压区及上盘邻近巷道“两帮+顶板”加强支护区(40~35m宽煤柱);区域Ⅱ为下盘回采巷道切顶卸压区及上盘邻近巷道“煤柱+顶板”加强支护区(35~12m宽煤柱),建立“分区卸压+分区支护”的技术体系;针对卸压区,提出一种通过布置顶板密集钻孔构造非连续人工弱化带以调整巷道围岩应力分布的方法,基于弹性理论与围岩结构“S-R”原理,确定密集钻孔切顶参数,并据此构建正断层区段异形煤柱FLAC^(3D)数值计算模型,以揭示切顶卸压前后侧向支承压力演化规律;此外,结合围岩赋存特征与应力演化特点,提出针对性的分区补强支护方案并成功应用于现场。现场应用结果显示:区域Ⅰ内邻近巷道两帮移近量达653mm,顶底板移近量在643~690mm之间,矿压显现较为剧烈,断层煤柱宽度与巷道围岩变形特征负相关;区域Ⅱ内邻近巷道前段两帮移近量较区域Ⅰ降低了38%~77%,中后段未见明显变形破坏,且断层煤柱宽度与巷道围岩变形特征正相关,卸压效果显著,表明该技术思路可有效控制断层区段异形煤柱巷道围岩变形;同时提出一种煤柱留设宽度优化思路,可为该矿类似条件下区段煤柱留设提供借鉴,且对解决采动强矿压巷道围岩控制具有重要的应用价值。

关键词：断层区段异形煤柱顶板密集钻孔分区卸压分区支护煤柱留设