灰岩顶板沿空掘巷围岩变形规律实测研究
沿空留巷矿压显现规律与围岩控制技术研究
2831 前言在我国煤矿开采过程中，由于受到采动的影响使得回采工作面巷道变形严重，使得矿山安全大打折扣，所以在回采巷道进行沿空留巷，这不仅避免了煤柱的浪费，同时提升了巷道的稳定性[1，2]。
沿空留巷虽然可以降低围岩的应力，但其在时间上无法降低采动的影响，所以在围岩为松软岩性时，围岩的塑性区及应力值均较大，应力传递至巷道的顶板及底板，造成巷道的变形剧烈，所以为解决松软围岩巷道沿空留巷围岩变形大的问题，众多学者对此问题作出过一定的研究[3，4]。
本文利用数值模拟软件对松软围岩沿空留巷技术进行研究，给出了松软围岩沿空留巷围岩的应力及变形特征，为松软围岩沿空留巷围岩的控制作出一定的借鉴。
2 模型建立在松软围岩沿空留巷实施过程中，巷道的稳定性是靠着煤柱和充填体共同承载，所以巷旁充填体的充填强度是衡量沿空留巷稳定性的重要因素。
同时由于松软围岩回采巷道受到临近采空区的采动影响，围岩变形量较大且变形速率快，所以研究松软围岩沿空留巷矿压显现情况对后续的支护有着重要意义。
首先利用FLAC3D数值模拟软件对模型进行建立，根据实际地质情况最终选择模型的长宽高分别为152.6m、300m和61.5m，完成模型尺寸建立后，对模型进行网格数的划分，进行网格划分时需要考虑到计算速度及计算精度的问题，所以网格划分需要选择合适的划分方案进行网格的划分，网格划分完成后共有1710000个网络单元及1763258个节点。
完成网格划分后对模型的边界条件进行设定，固定模型的左右边界，限制模型水平方向位移，同时在模型的底部边界进行固定约束的设置，表面模型出现z方向的位置，模型的上边界为自由端。
完成模型约束设置后对模型进行里的设置，由于实际埋深为400m，所以经过计算施加模型上端垂直应力10MPa，同时根据围压系数0.8，施加模型左右段水平应力8MPa，同时根据实际地质情况对模型的岩石力学参数进行设定。
完成模型的初步设置，在计算开始前需要对模型进行内部的分组，模型从右到左依次为3107工作面、充填体、3107辅助进风巷、煤柱、3107回风巷及3108工作面。
综放沿空留巷围岩变形特征的试验研究
输顺 槽为梯形断面 ．顶 宽为 ４ ．ｍ．底宽 为 ４ ０ ．ｍｔ ６ 高为 ２８ｍ，原 为 字钢梯 形棚支 护。沿空 留巷前 ． 【 改 为锚杆 加锚索支护 ，留巷 时采空删进 行 ２０ｍ 宽 ， 的巷 旁充填 。锚杆 为 ２ 螺纹钢 锚杆 ．顶 板有 ２ ｍｍ
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掘采全过程综放沿空巷道围岩变形机理及控制技术
掘采全过程综放沿空巷道围岩变形机理及控制技术近年来沿空掘巷技术在我国得到了广泛的应用,但在生产中进行沿空巷道支护设计与施工时基本根据经验或工程类比来选择支护形式和参数,面临着巷道维护困难、变形量大等问题。
因此针对掘采全过程综放沿空巷道围岩变形机理及控制技术进行研究对提高煤炭采出率、确保巷道安全具有重要意义。
本文综合运用试验测试、理论分析、数值计算模拟和现场实测等方法与手段,对掘采全过程综放沿空巷道围岩变形和应力演化规律进行了系统的研究,取得了如下成果:(1)利用万能试验机及MTS815.02岩石力学测试系统对煤岩岩样进行了基本力学性能及三轴蠕变性能测试,得到了煤岩蠕变变形规律,根据三元件Kelvin模型和改进的西原模型建立了三维应变状态下的蠕变本构方程,得出了不同应力条件下的蠕变曲线,为沿空巷道煤岩变形分析提供了理论依据。
(2)基于沿空掘巷巷道围岩变形及回采工作面覆岩运移规律并结合巷道围岩大小结构稳定性原理,分析了控制上区段弧形三角岩块稳定性的关键因素,建立了沿空巷道直接顶结构力学模型;系统分析了掘巷前、后直接顶结构受力特征,建立了弧形三角关键块体稳定性判定方程。
(3)根据放顶煤沿空巷道围岩结构特征,分析了顶煤稳定性影响因素,建立了顶煤变形力学模型,在Winkler弹性地基梁模型的基础上得到了顶煤下沉曲线(值)的解析解。
通过MATLAB编制计算程序,分析不同支护强度下顶煤下沉量与顶煤刚度的关系,得到了顶板下沉值与顶煤刚度的关系。
(4)基于回采阶段综放面沿空巷道围岩变形特征,研究了二次采动影响下基本顶压力叠加分布规律,建立了基本顶的非均匀弹性垫层薄板力学模型,分析了影响基本顶稳定的因素;根据沿空巷道顶板变形研究成果,建立实体煤帮和窄煤柱的平面应变流变力学模型,提出沿空巷道需随着采掘活动的变化分阶段分步骤的加强支护,并结合现场实际确定了窄煤柱合理留设宽度。
(5)通过数值模拟分析在掘进及回采期间不同宽度护巷煤柱的受力及变形大小,研究了窄煤柱宽度对掘巷期间和回采期间巷道应力和变形的影响,综合分析确定了窄煤柱合理留设宽度。
沿空留墙开采巷道围岩变形分析与预测
沿空留墙开采巷道围岩变形分析与预测
张雄山
【期刊名称】《煤炭技术》
【年(卷),期】2024(43)5
【摘要】针对无煤柱沿空留墙开采中巷道围岩变形量过大的问题,以某煤矿1315无煤柱开采工作面为工程背景,采用数值模拟、理论分析和工程试验的方法,对二次开采扰动下巷道围岩变形规律及机理进行了研究。
研究结果表明:较窄及较高的柔模墙会导致更大的岩体变形;构建了工作面前方巷道围岩最大变形量预测模型,并经验算知拟合误差小于3%;使用预测模型预测并对施工方案进行修正后,经过现场检测可以进行安全生产,验证了该模型的准确性。
【总页数】5页(P81-85)
【作者】张雄山
【作者单位】伊金霍洛旗自然资源局
【正文语种】中文
【中图分类】TD325
【相关文献】
1.沿空留巷巷道围岩变形破坏特征及影响因素研究
2.沿空留巷巷道围岩变形破坏特征分析与影响因素研究
3.深井高地应力留小煤柱沿空掘巷巷道围岩变形控制技术研究
4.三软煤层沿空留巷巷道围岩变形控制研究
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沿空留巷围岩变形监测及加固技术
2021年第2期2021年2月沿空留巷在使用过程中会受到多次采动动压的影响，导致巷道围岩变形增大。
虽然现阶段沿空留巷围岩控制普遍采用大变形、高强锚索（锚杆）和钢梁等支护材料，但当沿空留巷巷道布置点位于埋深大、地质构造复杂区域时，留巷段围岩变形受到诸多因素影响，时常面临变形不收敛问题，影响巷道使用安全[1-4]。
注浆加固是增加围岩承载能力及稳定性、控制围岩变形的常用方法，在煤矿井下被广泛应用[5-6]。
本文以6508综采工作面为例，对高应力地质构造复杂区沿空留巷围岩变形进行监测，并针对围岩变形不收敛问题，提出采用注浆方式控制围岩，应用效果显著。
1工程概况6508综采工作面开采5#煤层，煤层埋深710m ，厚度3.8m ，顶底板岩性以粉砂岩、泥岩和砂质泥岩为主。
采面开采范围内有地质构造发育，地质资料显示，开采范围内发育有多条落差在1.5m 以内的正断层，其中对采面生产影响较为明显的为DF102断层（断层落差H 为4.2~6.7m ，133°∠59°），该断层与切眼距离约为235m 。
65081巷、65082巷分别为采面运输巷、材料巷，由于开采的5#煤层具有突出危险性，为了减少巷道掘进工程量，缩短瓦斯治理时间，矿井提出采用沿空留巷方式保留65082巷为后续6510综采工作面服务。
65082巷采用高强恒阻锚索+锚杆+金属网以及局部架棚方式控制围岩变形。
在DF102断层影响带附近，巷道围岩变形仍较为明显，因此，需要对围岩变形进行监测，并提出针对性的围岩加固措施。
2围岩变形监测巷道围岩变形集中在DF102断层影响带附近，在65082巷受断层影响区域布置测站对巷道表层位移、上覆岩层离层进行监测，共布置8个测站，各站间隔为10m ，1号测站与切眼间距为270m 。
在2个邻近测站间布置窥视钻孔对顶板岩层情况进行窥视，其中，1~2号、3~4号、5~6号、7~8号测站间分别为1号、2号、3号、4号窥视钻孔，8号测站间旁为5号窥视钻孔，窥视钻孔间距均为20m 。
沿空巷道;围岩变形;煤层倾角;数值模拟;模型试验
沿空巷道;围岩变形;煤层倾角;数值模
拟;模型试验
沿空巷道是在采矿作业中常见的一种巷道类型，其位置靠近采空区。
由于其特殊的地理位置，沿空巷道经常面临围岩变形等工程问题。
为了更好地理解这一现象，我们进行了数值模拟和模型试验。
数值模拟是一种利用数学模型和计算机技术来模拟真实世界的物理现象的方法。
在模拟中，我们考虑了煤层倾角的影响。
煤层倾角是指煤层倾斜的角度，它对围岩变形有显著影响。
一般来说，煤层倾角越大，围岩变形越明显。
在数值模拟中，我们发现随着煤层倾角的增大，围岩变形量也相应增大。
这一发现对于预测和控制围岩变形具有重要的指导意义。
模型试验是另一种重要的研究方法，它通过建立缩小的模型来模拟实际情况，以便更好地理解真实世界中的现象。
在模型试验中，我们制作了不同煤层倾角的模型，并观察了围岩变形的情况。
试验结果表明，随着煤层倾角的增大，围岩变形量也呈现出增大的趋势。
这与数值模拟的结果一致，进一步验证了我们的理论分析。
通过数值模拟和模型试验，我们深入理解了沿空巷道中围岩变形与煤层倾角的关系。
在实际采矿作业中，这一研究结果可以为巷道设计和支护提供重要的参考。
例如，在煤层倾角较大的区域，应加强支护措施以控制围岩变形。
此外，这一研究也为其他类似工程问题提供了有益的借鉴。
总之，数值模拟和模型试验是研究沿空巷道围岩变形的有效方法。
通过综合考虑煤层倾角的影响，我们可以更好地预测和控制围岩变形，提高采矿作业的安全性和稳定性。
沿空留巷围岩变形特征及支护技术研究
沿空留巷围岩变形特征及支护技术研究摘要：沿空留巷能够大幅度提高煤炭回采率，从而减少开采过程中巷道开挖量的一项合理措施，因此，在广大煤矿企业中，可以加强推广。
国能神东柳塔煤矿作为国家能源集团首批使用该技术的矿井，经过多年的探索与研究，对沿空留巷的技术已经逐渐趋于成熟。
沿空留巷开采技术的应用，相比较之前，在很大程度上提升了柳塔煤矿的煤炭回收率，从而降低了煤炭资源的浪费率；同时，沿空留巷的设计可以在工作面少掘进一条巷道，从而降低巷道的掘进率，解决了工作面采掘、接替紧张问题的同时，降低了开采的成本。
然而，在沿空留巷围岩开采过程中，很容易出现变形问题，这就需要全面分析变形机理和特征，严格落实相关支护技术措施。
关键词：沿空留巷；支护技术；围岩变形；工作面中图分类号：TD353文献标识码：A引言沿空留巷复用巷道围岩发生变形，经过国能神东柳塔煤矿多年探索研究，发现这是必然的。
煤层开采过后，采空区老顶岩层会在矿山压力作用下发生破断失稳，随着回采的持续进行，这种破断呈现周期性的变化，最终形成弧形三角块结构，沿空巷道围岩结构特征与空间结构和覆岩结构运动状况密切关联。
对沿空留巷进行高效的支护也是保证最终开采效率和安全性的关键。
同时，相关工作人员要提高对沿空留巷围岩变形，以及相应支护措施对研究，采取适当方式进行适当改进，完善支护技术，保证沿空留巷生产作业能够顺利、安全进行。
1变形破坏机理概述在开采扰动作用影响下，工作面回采巷道围岩容易产生应力集中现象，在变化、持续的集中应力作用下，巷道围岩原岩应力区、弹性区和塑性区将会沿各自的弱面、节理发生变形破坏。
原岩应力区内的部分围岩在发生变形破坏后向弹性区转移，弹性区内的部分围岩在发生变形破坏后向塑性区转移，最终使得塑性区范围增大。
所以在开采扰动作用下会使得巷道发生冒顶、片帮等现象，如果不采取有效的支护方案，会导致这种具有传递性的围岩破坏持续进行，围岩破坏范围逐渐扩大[1]。
第一，巷道支护方式。
采矿论文-沿空巷道围岩变形破坏机理及稳定性分析
第二章沿空巷道围岩变形破坏机理及稳定性分析巷道围岩变形破坏是巷道失稳的外在表现，研究沿空巷道变形破坏机理是研究巷道失稳的前提与基础。
因此，本章通过通过理论分析、数值模拟结合现场观测研究沿空巷道围岩变形破坏特征，归纳出其影响因素，为研究沿空巷道失稳机理及巷道控制技术打下基础。
2.1沿空巷道围岩应力分布规律巷道表面位移、破坏表现为巷道顶底板及两帮的变形破坏，在沿空掘巷围岩结构中小煤柱的变形失稳是整个巷道变形失稳的重点，围岩结构的应力变化引起巷道的变形，因此有必要对沿空掘巷的围岩结构的应力变化进行深入分析。
有研究表明，沿空掘巷在掘进及回采期间巷道围岩应力表现出一定的规律性[24-27]。
（1）顶板①垂直应力在巷道的掘进期间，由于破坏了巷道原来的应力平衡状态，引起应力重新分布。
垂直应力沿着顶板层面呈现非均匀状态，巷道中部的垂直应力明显较低，而在煤帮附近应力较高，这是因为由于巷道开挖形成了类似于压力拱的结构存在。
在巷道从掘进到稳定期间，垂直应力在整个层面上都有不同程度的降低，这就造成了顶板的变形主要发生在中浅部围岩，且优以顶板的中部破坏严重。
②水平应力在受到本工作面采动影响时，水平应力有明显的上升。
顶板中应力的明显上升，由于压曲作用的存在，致使巷道中垂直应力增大，顶板将在大范围内下沉和变形。
（1）小煤柱帮掘巷前靠近上工作面采空区部分为破碎区，靠近巷道部分为原来承受高压的弹性区与塑性区，掘巷后煤体应力急剧降低，发生破坏而卸载，产生向巷道方向的位移。
①垂直应力在小煤柱与巷道顶板的交界处，垂直应力呈现基本一致性，靠近采空区一侧的煤体因破坏而卸载，应力水平较低。
靠近巷道一侧煤体应力相对较高，垂直应力明显集中，受回采时影响达到最大值。
②水平应力沿小煤柱宽度方向，应力分布呈现明显的区域性，从靠近采空区侧依次分为破裂区、塑性区和弹性区。
具体见图2-1，在煤柱两侧存在破裂区，应力承载能力小。
在巷道掘进及稳定期间，水平应力沿煤柱高度方向上的分布呈现一致性，应力集中程度较低，在受本工作面采动影响时，在煤柱高度范围内水平应力均有不同程度增加的趋势。
沿空留巷挡矸应力演变及围岩运动规律研究
文章编号：1672-5050(2021)02-0035-05
山西煤炭 SHANXICOAL
Vol. 41 No. 2 Jun 2021
DOI：10. 3969/j. issn. 1672-5050. 2021. 02. 007
沿空留巷挡矸应力演变及围岩运动规律研究
王 壮，陈庆玉，陈庆钊，王在斌
做了大量的研究并取得了重要的理论研究成果。 硬顶板。直接底板主要为粉砂岩，其次为泥岩或粘
现场工程实践表明，在煤层采出后，基本顶断裂位置 土岩，局部有炭质泥岩或黏土岩伪底，平均厚度为
大多发生在挡矸支柱外侧和实体煤上方，其中以实 5 56 m。
体煤上方居多。1101工作面采用预裂爆破切顶卸 压技术，在预留巷道一侧形成贯穿的切缝面,使得坚
五灰以上是平均厚度1. 14 m的泥岩以及平均厚度 置详情如表1所示。
仪器编号
101 102 103 104
与切眼距离/m 30 70 200 200
表1激光测距仪安装详情 Table1 Instalationoflaserrangefinders
激光测距仪安装位置 沿推采走向轨道顺槽右帮 沿推采走向轨道顺槽右帮 沿推采走向轨道顺槽右帮 沿推采走向轨道顺槽右帮
作面平均13 m 位置处开始增长，在滞后工作面21. 5 m出现首次稳定，带后工作面55 m位置处出现 第2次增长，两台监测仪器的监测结果最大值为3. 02 kN,约为87 kPa；采用 YHJ65 J激光测距仪对留
巷巷道收敛特性进行检测，发现顶底板移进量大于两帮收敛量，巷道挡矸效果明显。
关键词：挡矸支柱；沿空留巷；巷道变形；压力
进尺/m
(b)37猴感器
图1挡矸压力传感器变化曲线 Fig. 1 Variation of blocking gangue pressure sensors
段王矿15号煤坚硬直接顶沿空掘巷围岩稳定性分析及其控制技术
段王矿15号煤坚硬直接顶沿空掘巷围岩稳定性分析及其控制技术段王矿是山西寿阳段王煤业集团的主力矿井,设计年产量3.0Mt,现主采15号煤。
该煤直接顶为K2灰岩顶板,厚度1.10<sup>2</sup>.60m,平均1.4m,煤层厚度为3.19<sup>5</sup>.02m,平均4.05m,底板为一层厚度约5m的砂质泥岩。
存在双巷掘进煤柱损失大,支护不合理的问题,为进一步减小煤柱损失和优化支护效能,本文以段王矿15号煤为工程背景,进行回采巷道沿空掘巷的研究攻关,主要成果如下:（1）对坚硬直接顶沿空掘巷的围岩变形特征进行了描述,并根据顶板破坏深度和自稳性能,按照坚硬直接顶的厚度进行了支护类别的划分,并对各支护类别的支护方法进行了叙述,对现场影响锚固支护的关键问题进行阐述,对支护参数进行了理论计算和确定,通过150505回风平巷支护体性能的原位试验,确定了顶板锚杆扭矩应达到300N·m,最佳锚固长度应为1.3m;帮部锚杆扭矩应在200<sup>2</sup>50N·m之间,最佳锚固长度应为0.7m;锚索的最佳长度为4.3m,为150505运输平巷沿空掘巷工业性试验的支护工作提供了依据,为段王矿15号煤巷道的支护提供了指导和借鉴。
（2）通过对沿空掘巷上覆岩体破断运移规律的研究,建立了以弧形三角块为核心的围岩大结构模型,并对弧形三角块两种失稳形式的稳定性系数K<sub>1</sub>和K<sub>2</sub>进行了推导与计算,最终由MATLAB计算得出在段王坚硬直接顶地质条件下,掘进前,掘进后,与回采时,均不会发生滑落失稳和转动失稳,证明了段王矿15号煤沿空掘巷的可行性。
对基本顶的断裂位置进行分析,得出当煤柱大于7.6m时,对留巷顶板稳定较为有利。
对段王矿直接顶的弱化需求做出计算分析,得出当坚硬直接顶厚度超过3.9m时,才需要进行顶板弱化处理。
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第 ２ ９卷 第 ４期 ２１ ０ ０年 ８月
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在 煤矿 生产 中 ， 岩顶 板 回采 巷道 的 支护参 数 往往 是根 据 矿 井生 产 经 验所 确 定 的 临界 安 全 厚 度来 确 定 灰
的， 缺乏 科 学 的理论 指导 ， 不仅 不 利 于 矿井 的 生 产 安 全 ， 不 利 于矿 井 生 产 效 益 的 提 高 。 山东 里 彦 煤 矿 这 也 １ 上、 ６ １ 煤 回采 巷 道直接 顶 板 普 遍 为 灰 岩 ， 且 灰 岩 的厚 度 不 一 ， 了 最 大 限 度 地 发 挥 灰 岩 的高 承 载 ５ １ ±、 ７ 而 为
文 章 编 号 ： ６ ２３ ６ （ ０ ０ ０ — ０ ２０ １ ７ — ７ ７ ２ １ ） ４０ ７ — ５
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Байду номын сангаас
Ａｕ ２ ０ ｇ． ０１
Ｎ ｔｒＩ ｃ ｎ ｅ ａｕａ Ｓ ｉ ｃ ｅ
灰 岩 顶 板 沿 空掘 巷 围岩 变 形 规 律 实 测 研 究
孙 亲广 。 王 伟
（ 东里能里彦矿业有限公 司， 东 济 宁 ２３１） 山 山 ７ ５ ７
中 图 分类 号 ： Ｄ ２ Ｔ ３２
文献 标 志码 ： Ａ