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盘区辅助回风巷护巷煤柱宽度尺寸研究

煤炭工程 2022年第12期54卷 115-120页

作者：张海荣杨娟娟雷薪雍李艳军中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221008 榆林职业技术学院矿业工程系陕西榆林719000

为了保证神树畔煤矿31盘区辅助回风巷的安全施工,在总结31104工作面矿压监测数据的基础上,采用煤柱载荷估算和极限平衡区理论计算出护巷煤柱尺寸合理范围;综合实测分析和理论计算取值后,以煤层地质条件和巷道布置为背景,通过数值模拟10m... 详细信息

为了保证神树畔煤矿31盘区辅助回风巷的安全施工,在总结31104工作面矿压监测数据的基础上,采用煤柱载荷估算和极限平衡区理论计算出护巷煤柱尺寸合理范围;综合实测分析和理论计算取值后,以煤层地质条件和巷道布置为背景,通过数值模拟10m、15m、20m、25m护巷煤柱条件下护巷煤柱内部得应力和变形规律,研究结果表明:31盘区辅助回风巷受一侧采动影响后,按20m留设护巷煤柱可以满足生产需要。

关键词：特厚煤层沿空掘巷护巷煤柱煤柱宽度

沿空巷道切顶卸压煤柱宽度与巷道底鼓变形关系研究

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矿业研究与开发 2023年第7期43卷 60-66页

作者：张欣涂敏张向阳赵高明安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南市232001

为探究侧向切顶条件下沿空护巷煤柱宽度变化对巷道底板的影响,通过理论计算、数值模拟和现场试验等对泊江海子矿某工作面的回采巷道展开了研究,构建了沿空巷道力学模型,得出巷道底板的应力和位移解析式;利用FLAC3D软件模拟了不同煤柱宽... 详细信息

为探究侧向切顶条件下沿空护巷煤柱宽度变化对巷道底板的影响,通过理论计算、数值模拟和现场试验等对泊江海子矿某工作面的回采巷道展开了研究,构建了沿空巷道力学模型,得出巷道底板的应力和位移解析式;利用FLAC3D软件模拟了不同煤柱宽度条件下的底板受力情况。结果表明:沿空巷道底板应力由单峰三角形形态变为单峰梯形形态,峰值由实体煤侧逐渐向煤柱靠近采空区侧偏移,并且呈现出先增大后减小的趋势;巷道底板底鼓量随着煤柱宽度的增加逐渐减少,减少速率逐渐降低;工程试验结果表明,采用侧向切顶、联合支护以及加固底角控制技术可以有效减少底鼓量,从而提高了生产效率、保障了安全系数,为类似工况工作面煤柱宽度设计提供了参考。

关键词：沿空巷道切顶卸压煤柱宽度数值模拟联合支护

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特厚煤层工作面区段煤柱宽度优化研究

煤炭工程 2023年第S1期55卷 117-123页

作者：王玉国连全东华鹏赵斌杨昆国源矿业开发有限责任公司煤炭科学技术研究院有限公司

针对特厚煤层条件下沿空掘巷区段煤柱合理宽度留设问题,以龙王沟煤矿为工程背景,建立了煤柱宽度的计算模型,并通过现场矿压数据分析、理论计算、数值模拟、工程类比及现场应用相结合的研究方法对区段煤柱留设的宽度进行了分析探讨,结果... 详细信息

针对特厚煤层条件下沿空掘巷区段煤柱合理宽度留设问题,以龙王沟煤矿为工程背景,建立了煤柱宽度的计算模型,并通过现场矿压数据分析、理论计算、数值模拟、工程类比及现场应用相结合的研究方法对区段煤柱留设的宽度进行了分析探讨,结果表明:当煤柱宽度为6 m时,顶板、煤柱塑性区与采空区贯通,煤柱承载能力弱,破坏严重,当煤柱宽度大于8 m时,煤柱塑性区未与采空区完全贯通,仍具有一定的承载能力。

关键词：特厚煤层沿空掘巷煤柱宽度煤柱应力煤柱优化

倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度留设研究

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煤炭工程 2023年第2期55卷 12-18页

作者：刘鹏泽高林许帅赵世毫战新宇申业兴贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 中国矿业大学(北京)煤炭行业巷道支护与灾害防治工程研究中心北京100083 贵州大学喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室贵州贵阳550025

针对倾斜煤层半煤岩沿空掘巷围岩产生非对称大变形的难题,以贵州土城矿1509回风巷为例,进行了该类巷道合理煤柱宽度留设研究。基于极限平衡理论建立了倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度计算模型,结合该矿实际生产地质条件计算得出煤... 详细信息

针对倾斜煤层半煤岩沿空掘巷围岩产生非对称大变形的难题,以贵州土城矿1509回风巷为例,进行了该类巷道合理煤柱宽度留设研究。基于极限平衡理论建立了倾斜煤层半煤岩沿空掘巷合理煤柱宽度计算模型,结合该矿实际生产地质条件计算得出煤柱合理理论宽度为4.68~5.46m;通过数值模拟分析了5种不同宽度煤柱下1509回风巷围岩塑性区分布、应力及位移演化规律,模拟结果表明:当煤柱宽度为5m时,巷道稳定性较好且能保证矿井的回采率。现场试验结果显示,1509回风巷采用留设5m宽煤柱进行掘进护巷后,巷道轮廓相对完整,变形明显减小,围岩完整性较好,有利于提高倾斜煤层半煤岩沿空掘巷的稳定性。

关键词：煤柱宽度半煤岩巷道沿空掘巷倾斜煤层围岩控制

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水岩作用下区段煤柱合理宽度研究

工矿自动化 2022年第12期48卷 144-150页

作者：孔繁龙刘敬东田灵涛张智强王冬冬郑志强徐强国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿内蒙古鄂尔多斯017209 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

采空区积水与煤岩作用会弱化区段煤柱强度而引起煤柱逐渐破坏和失效,水岩作用是区段煤柱合理宽度设计必须考虑的关键因素。以内蒙古鄂尔多斯新街矿区某矿31采区与33采区间煤柱留设为工程背景,开展了单轴压缩实验和理论分析,结果表明:水... 详细信息

采空区积水与煤岩作用会弱化区段煤柱强度而引起煤柱逐渐破坏和失效,水岩作用是区段煤柱合理宽度设计必须考虑的关键因素。以内蒙古鄂尔多斯新街矿区某矿31采区与33采区间煤柱留设为工程背景,开展了单轴压缩实验和理论分析,结果表明:水岩作用对煤体强度参数弱化产生显著影响,区段煤柱积水侧塑性区宽度随煤体强度弱化程度的增加而扩大;基于区段煤柱保持稳定的基本条件,计算得到区段煤柱合理的理论宽度为53.62 m。利用FLAC3D模拟了水岩作用的过程,分析了不同宽度煤柱的稳定性特征,结果表明:煤柱宽度较小时,采空区积水弱化作用对较高应力集中的弹性核区具有更强的破坏能力;随着煤柱宽度的增大,弹性核区应力集中程度降低,采空区积水侧垂直应力低于原岩垂直应力的区域范围则有所增大,煤柱两侧应力集中分布趋于均匀,采空区积水弱化作用对弹性核区的影响不再显著。综合理论计算与数值模拟结果,确定区段煤柱宽度为70 m。工程应用结果表明,70 m宽留设煤柱可以有效承载顶板压力,巷道围岩变形小,锚索受力稳定,保障了矿井安全生产。

关键词：区段煤柱水岩作用煤柱宽度煤柱强度采空区积水塑性区

深埋薄煤层沿空巷道煤柱宽度确定及稳定性分析

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煤炭技术 2023年第5期42卷 56-60页

作者：王刚刘志文张满国经来旺彭绍驰李树文华能庆阳煤电有限责任公司甘肃庆阳745000 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

为了研究深埋薄煤层地质条件下的沿空巷道煤柱宽度确定方法及其稳定性。以甘肃庆阳核桃峪煤矿2804工作面为背景,采用数值仿真技术确定了2804工作面侧向实体煤的应力分布规律曲线;通过摩尔-库伦强度准则和极限平衡理论确定了煤柱宽度的... 详细信息

为了研究深埋薄煤层地质条件下的沿空巷道煤柱宽度确定方法及其稳定性。以甘肃庆阳核桃峪煤矿2804工作面为背景,采用数值仿真技术确定了2804工作面侧向实体煤的应力分布规律曲线;通过摩尔-库伦强度准则和极限平衡理论确定了煤柱宽度的上下阈值;分析了巷道宽度为5.6 m、煤柱宽度分别为7、9、15 m状态下的煤柱应力分布规律和稳定性。结果表明:处于深埋薄煤层地质条件的2803回风巷道煤柱宽度上下阈值分别为7.23 m和2.07 m;随着煤柱宽度的增加,煤柱剪应力曲线与抗剪强度曲线相交区域面积逐渐减小,从而造成更大的煤岩破坏面积;进而确定2803回风巷道的煤柱宽度为7 m时能够有效地兼顾护巷能力和经济效益,并能够为后续水治理提供富裕空间。该研究成果同样能够为同类型煤矿煤柱宽度的确定提供设计依据。

关键词：应力函数煤柱宽度剪切破坏煤柱稳定性极限平衡理论

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不同底板岩性条件下煤柱宽度对巷道底鼓影响

煤炭技术 2023年第5期42卷 46-50页

作者：张虎弓培林史明将田野太原理工大学矿业工程学院太原030000

为探究深部开采中不同底板岩性条件下煤柱留设宽度对巷道底鼓影响机理,以赵庄煤业3104巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验的方法,研究了深部厚煤层中回采巷道煤柱宽度参数变化,对不同岩性底板的承载应力场分布、最大破坏深... 详细信息

为探究深部开采中不同底板岩性条件下煤柱留设宽度对巷道底鼓影响机理,以赵庄煤业3104巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验的方法,研究了深部厚煤层中回采巷道煤柱宽度参数变化,对不同岩性底板的承载应力场分布、最大破坏深度、破坏形态的影响。结果表明:巷道底鼓量及煤柱宽度与底板强度系数呈力学负相关;留设12 m煤柱时,3种岩性底板均无法支承上覆岩层载荷;留设16 m和20 m煤柱时,泥岩底板条件下破坏层位向巷道右侧煤岩体更深处转移,细砂岩、砂质泥岩底板载荷功能良好,破坏层位分布在巷道左侧及支护体围岩表层;提出了3104巷支护改进方案,有效降低了巷道底鼓。

关键词：深部开采厚煤层煤柱宽度底鼓控制

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煤岩组合体层间作用效应及煤柱合理宽度研究

煤炭技术 2022年第11期41卷 70-73页

作者：王宏麻银斗丁彦雄赵晓夏徐俊陕西小保当矿业有限公司陕西榆林719302 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400000

以某矿3202工作面为研究背景,通过理论分析和数值模拟方法分析工作面煤岩组合结构护巷煤柱层间作用效应及不同煤柱宽度的应力位移分布规律。结果表明,当岩石强度大于煤体强度时,煤岩组合结构整体强度增强。此外,煤岩组合煤柱内部应力在... 详细信息

以某矿3202工作面为研究背景,通过理论分析和数值模拟方法分析工作面煤岩组合结构护巷煤柱层间作用效应及不同煤柱宽度的应力位移分布规律。结果表明,当岩石强度大于煤体强度时,煤岩组合结构整体强度增强。此外,煤岩组合煤柱内部应力在煤岩交界面发生突变,随着煤柱宽度增加,煤柱内部垂直应力发生偏转,水平应力偏转程度最高。分析煤岩组合煤柱和单一煤柱的应力和位移规律,结果表明,组合煤柱的承载能力较大,巷道围岩稳定性好,与理论分析结果一致。

关键词：煤岩组合煤柱宽度层间效应数值模拟

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裕丰煤矿ALPS法煤柱宽度优化研究

裕丰煤矿ALPS法煤柱宽度优化研究

作者：达米中国矿业大学

学位级别：硕士

中国约90%的煤炭产量来自井工煤矿,井工煤矿大多采用长壁工作面,工作面两侧留设煤柱,但是煤柱的尺寸的设计可能影响巷道的安全生产和导致严重资源浪费。因此,鼓励采用ALPS方法进行煤柱设计优化,以提高煤柱的可靠性和减少资源的浪费。目... 详细信息

中国约90%的煤炭产量来自井工煤矿,井工煤矿大多采用长壁工作面,工作面两侧留设煤柱,但是煤柱的尺寸的设计可能影响巷道的安全生产和导致严重资源浪费。因此,鼓励采用ALPS方法进行煤柱设计优化,以提高煤柱的可靠性和减少资源的浪费。目前美国几乎每个井工煤矿都使用ALPS方法进行煤柱设计优化。此外,澳大利亚等国家也逐渐开始使用ALPS方法。ALPS方法在煤柱设计优化方面的成功具有三个关键特征:第一,它基于现场采矿作业的案例,具有可靠性;第二,它易于被非本专业的专家理解;第三,输入参数易于通过ALPS软件获得和使用。借助ALPS方法及其软件,井下作业人员能够分析和设计煤柱宽度,提高煤矿巷道的稳定性并减少资源浪费。本文的主要研究内容包括如下:(1)利用ALPS法分析裕丰煤矿目前使用的煤柱宽度的合理性;(2)使用ALPS软件确定最佳的煤柱宽度以实现最大化采煤效率和最小化岩层损伤的目标;(3)使用FLAC3D验证所得煤柱宽度的可靠性;(4)验证ALPS方法是否可用于裕丰煤矿煤柱设计优化。第一章主要介绍了研究方法和文献综述。具体如下:在煤矿现场进行勘察和采样,收集与煤柱设计相关的岩性等数据,并进行分析;使用ALPS方法确认ALPS方法是否推荐使用当前使用的煤柱设计;利用收集到的数据,利用ALPS软件获得巷道煤柱尺寸;使用FLAC3D建立煤柱模型;根据ALPS软件推荐的煤柱设计尺寸进行数值模拟,以便通获得应力、位移和塑性区的详细信息。第一章的文献综述包含与煤柱宽度设计和设计因素相关的主题,包括岩石自重、应力扰动、地应力测量、煤柱强度、经验方法、分析方法、大煤柱设计和小煤柱设计。岩石自重是由于煤柱正上方的覆盖岩的重量而产生的。应力扰动是使用TAT确定的,许多研究人员在工作面开采中都使用过TAT。随着采矿的进行,围岩应力会增加,并且由采煤区的煤炭支撑的部分上覆岩重被转移到煤柱上。由于过去的学者,估计煤柱强度的经验和分析方法都得到了很好的发展。除国内外采矿界都在使用的大煤柱外,小煤柱在美国也很受欢迎。ALPS方法可以分析和优化煤柱尺寸。第二章介绍裕丰煤矿及其相关信息,包括矿山地理、岩性、巷道支护、煤柱分析等。裕丰煤矿年产煤120万吨。裕丰煤矿煤厚3-4 m,平均3.7 m。煤柱分析使用裕丰煤矿数据,以确认ALPS方法是否推荐使用裕丰煤矿目前使用的煤柱宽度。用于ALPS分析的裕丰煤矿数据包括开采深度、上覆岩层重量、工作面长度、巷道宽度、煤柱长度、煤层高度、煤柱宽度。煤柱最重要的设计标准是煤柱强度。煤柱系统需要承受除岩石自重外的侧向支撑应力。岩石自重、侧向支撑应力、侧向支撑应力影响范围、工作面运输巷最大支撑压力、工作面回风巷道最大支撑压力工作面回风巷煤柱强度、煤柱系统承载能力、工作面运输巷安全系数、工作面回风巷道工作面回风巷安全系数均在ALPS方法分析中计算。经分析发现,裕丰煤矿目前采用的煤柱设计是由ALPS方法推荐的。计算出的安全系数表明,使用的煤柱宽度足以在坚硬顶板条件下维持巷道的稳定。然而,当顶板岩性松软破碎时,上述煤柱宽度是不足以保持巷道稳定的。第三章通过采用ALPS方法来预测煤柱设计的成功或失败,其中具体为:ALPS方法验证、ALPS方程、ALPS软件和ALPS建议。收集了来自美国各地煤田的一百多个案例数据并存储在ALPS软件数据库中,以供计算参考。这些案例历史分为不成功和成功的设计。在所有情况下,问题都是由过大的垂直应力引起的。为了解决这些问题,煤矿改变了巷道设计,要么增加煤柱尺寸,要么加强支护。大部分成功的案例来自于报告不成功设计的煤矿。在这些情况下,改善的支护条件只能归因于煤柱尺寸的变化或巷道埋深的减少。虽然ALPS方法的使用很简单,但如果需要分析多个设计,则可能会很耗时。ALPS计算机程序不仅可以分析煤柱设计,还可以用于确定煤柱的尺寸。此外,ALPS软件还可以推荐最佳煤柱宽度。ALPS计算机程序利用牛顿根求解算法的割线变化来计算煤柱宽度。使用ALPS方法获得最佳煤柱宽度是一个迭代过程。ALPS软件使获得最佳煤柱宽度和煤柱系统总宽度的迭代过程变得方便,并将其结果与成功实施的实际设计数据库进行参考。ALPS软件通过巷道高度、深度、煤层厚度、巷道跨度、和锚杆索间排距等参数进行分析,以获得最佳煤柱宽度。裕丰煤矿数据用于ALPS软件进行煤柱宽度优化。ALPS软件使用经验度量系统,因此输入数据需要转换。设置输入可能需要一些时间,但是,ALPS软件几乎可以在瞬间产生结果。ALPS软件利用裕丰煤矿数据,推荐的煤柱宽度小于目前使用的煤柱设计,若成功应用会避免了大量资源浪费。因此,为了增加对大众对ALPS的信心,亟需对ALPS设计的可靠性进行进一步验证。第四章是通过数值模拟验证ALPS方法的可靠性。具体流程包括建立几何模型、设置边界条件、为块体赋参、建立地下平衡、开挖巷道和进行工作面回踩、以及针对不同宽度下煤柱中的应力、位移和塑性区进行。第一,确定合理

关键词：井工煤矿煤柱宽度煤柱设计煤柱稳定性分析 ALPS