沿空掘巷基本顶侧向破断位置影响因素研究-第5章
大埋深大倾角破碎顶板沿空掘巷技术研究
大埋深大倾角破碎顶板沿空掘巷技术研究华泰矿业目前主要开采扩大区三采区15层煤。
三采区15层煤具有倾角大、地压大、顶板破碎的特殊地质条件，自2013年以来，矿井先后在31513东面、31511西面等工作面进风巷采用沿空掘巷技术。
在试验及推广应用中，对沿空掘巷的巷道受力和变形情况以及巷道的维护状况进行了详细的观测，积累了大量的施工经验。
现以近期施工的31512西工作面进风巷为例，讨论在大倾角动压影响下实施沿空掘巷的可行性及推广价值。
1工作面概况1.1工作面进风巷的基本情况31512西进风巷设计走向长度1050m，上部为正在回采的31511西综采工作面，进风巷埋深1142m-1024m，煤层倾角30~42°，平均35°，煤层厚度1.8~3.5m，平均2.2m，煤质硬度系数f=2-3，节理发育，性脆。
因生产接续的需要，决定在31511西工作面回采的情况下沿空掘进31512西进风巷。
2工作面回风巷支护方案2.1顶板支护方案的确定顶板采用树脂加强锚固高强度螺纹钢锚杆支护，铺设金属网和钢筋梯子梁、采用小孔径预应力锚索加强支护，该方案主要考虑以下因素：⑴加长锚固高强度锚杆支护系统能够提供较高的轴向和横向约束力，锚固区的岩体具有更高的强度和刚度，有效约束顶板围岩破坏和变形，并对上部顶板下沉起到限制作用。
⑵顶板锚杆通过钢筋梯子梁和金属网形成整体。
防止破碎围岩冒落、共同约束锚固区内顶板的变形和破坏。
⑶小孔径预应力锚索加强支护，减小巷道顶角剪切应力，提高巷道顶板承载能力，同时将下部锚固区顶板悬吊在上部稳定围岩中，与锚杆共同作用，增加顶板的稳定性。
⑷顶板采用高强度锚杆系统、锚索支护，减小两帮煤体压力，提高巷道围岩的整体稳定性。
2.2两帮支护方案的确定两帮采用树脂加强锚固高强度螺纹钢锚杆支护，铺设金属网和钢筋梯子梁，另增加帮锚索加强支护。
该方案主要考虑以下因素：⑴高强度螺纹钢锚杆允许锚杆有一定量的伸长，使两帮锚杆支护系统有一定的让压作用，以满足两帮强烈变形的需要。
基本顶岩层断裂位置对沿空掘巷影响分析
基本顶岩层断裂位置对沿空掘巷影响分析王帅;桂兵;王红红;吴修光;刘浩【摘要】为研究基本顶断裂位置对窄煤柱和沿空巷道稳定性的影响，建立了沿空巷道基本顶断裂结构力学模型，通过UDEC非线性数值模拟软件，对3种模型进行了模拟研究。
研究表明：当基本顶断裂线位于巷道正上方时，巷道围岩变形和煤柱应力较大，不利于沿空巷道的维护；当基本顶断裂线位于煤柱外侧时，沿空巷道实体煤帮变形较小，是巷道维护的有利位置。
%In order to studying influence on narrow coal pillar and gob-side entry stability by fracture position of basic roof, fracture mechanic model of gob-side entry was built, then three different models were studied on the basis of UDEC nonlinear numerical simula-tion software. The results showed that surrounding rock deformation of entry and coal pillar stress were all large, when fractured line of basic roof located up on the roadway, its disadvantage for god side entry maintenance, but coal side of god side entry deformation was smaller when fractured line of basic roof located out of coal pillar scope, its better for entry maintenance.【期刊名称】《煤矿开采》【年(卷),期】2016(021)003【总页数】3页(P68-70)【关键词】基本顶;断裂位置;沿空掘巷;数值分析;窄煤柱【作者】王帅;桂兵;王红红;吴修光;刘浩【作者单位】山东科技大学矿业与安全工程学院，山东青岛266590;兖州煤业股份有限公司济宁三号井煤矿，山东济宁272169;山东科技大学矿业与安全工程学院，山东青岛266590;兖州煤业股份有限公司济宁三号井煤矿，山东济宁272169;山东科技大学矿业与安全工程学院，山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TD322.1近年来沿空巷道技术得到广泛应用，已经成为井工开采较为普遍的巷道留设方式。
沿空掘巷基本顶侧向破断位置影响因素研究-第5章
沿空掘巷基本顶侧向破断位置影响因素研究-第5章5 基本顶不同破断位置对巷道围岩稳定性的影响及工程实例5 Affect of Surrounding Rock Stability by Different Positions of Main Roof’s Lateral Fracture and Engineering Test在以上几章里我们详细的总结了沿空掘巷基本顶侧向破断位置的影响因素，影响因素主要基本顶自身的性质（厚度、强度等）、开采深度、开采高度、直接顶的性质、煤柱的宽度强度以及工作的长度和推进速度等。
由于前人的研究以及其他不确定因素，我们重点分析了开采高度（煤层厚度）、开采深度（应力载荷）和留设煤柱宽度三个影响因素对基本顶侧向破断位置变化的影响。
研究分析基本顶侧向破断位置的影响因素有助于我们提前根据地质资料和开采工艺等来更加接近的预测基本顶的断裂位置，从而有助于巷道支护维护顺利的进行，来确保巷道的安全及可用性。
但是不同的断裂位置对沿空掘巷巷道和煤柱的稳定性及应力分布有不同的影响，因此对沿空掘巷巷道的围岩进行合理有效的控制才是我们研究的最终目的。
5.1 基本顶不同断裂位置对巷道围岩稳定性的影响（Affect of Surrounding Rock Stability by Different Positions of Main Roof’s Lateral Fracture）对于井工开采矿物，最重要的是通道的安全性与可行性。
煤矿井下开采，巷道起着关键作用，而巷道的稳定性主要取决于巷道围岩的强度、巷道围岩所受应力以及我们所采取的支护技术。
同时留小煤柱沿空掘巷巷道的稳定性也不例外，仍然取决于围岩的状态和支护技术，因此加强对顶底板及实体煤帮煤柱的强化是控制沿空掘巷围岩稳定性的重点。
在沿空掘巷工程中，巷道围岩的的稳定性在很大程度受到上覆岩层基本顶侧向破断位置的影响，不同的断裂位置对巷道围岩的强度以及压力分布都产生很大的差异。
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。
综放面沿空掘巷窄煤柱破坏规律
05
综放面沿空掘巷窄煤柱 破坏规律研究结论与展 望
研究结论
窄煤柱在综放面沿空掘巷中的稳定性受到多种因素的影响，包括采煤工 艺、巷道布置、围岩性质等。
通过理论分析和现场实测，发现窄煤柱在受到采动影响时，会产生一定 程度的变形和破坏，但通过优化采煤工艺和加强支护，可以有效地控制
煤柱的变形和破坏。
窄煤柱在综放面沿空掘巷中的破坏规律与煤柱的尺寸、围岩的性质以及 采动影响有关，研究结论为后续的优化设计和安全生产提供了重要的理 论依据。
[3] 张子晨. 基于数值模拟的综 放面沿空掘巷窄煤柱破坏规律 研究[D]. 中国矿业大学, 2021.
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受侧向压力影响
在巷道掘进过程中，煤柱 会受到侧向压力的影响， 这种压力会导致煤柱变形 和破坏。
窄煤柱的变形规律
变形量随时间变化
在采煤过程中，窄煤柱的 变形量会随时间而变化， 初期变形速度较快，后期 逐渐减慢。
变形量随位置变化
在沿空掘巷过程中，不同 位置的窄煤柱变形量也会 不同，靠近采空区的煤柱 变形量较大。
变形量随采高变化
采高越大，煤柱承受的压 力也越大，煤柱的变形量 也会相应增加。
窄煤柱的破坏模式
剪切破坏
在煤柱承受较大压力时，会发生 剪切破坏，煤柱出现明显的剪切
位移。
拉伸破坏
在煤柱承受拉应力时，会发生拉伸 破坏，煤柱出现大压力时，会发生压 碎破坏，煤柱出现明显的压缩变形 。
数据对比方法
将数值模拟结果与现场实测数据进行对比，以验证数值模拟结果的可靠性。
结果对比分析
通过对比发现，数值模拟结果与现场实测数据在煤柱破坏模式、破坏演化过程以及影响因 素等方面具有较好的一致性，表明数值模拟结果可信。
巷道顶板事故常发的地点及原因
巷道顶板事故常发的地点及原因巷道顶板事故多发生在掘进工作面及巷道交叉点，80%以上的巷道顶板死亡事故发生在这些地点。
可见，预防巷道顶板事故，关注事故多发地点是十分必要的。
当巷道围岩应力比较大，围岩本身又比较软弱或破碎、支架的支撑力和可缩量又不够时，在较大应力作用下，可能损坏支架，形成巷道冒顶，导致顶板事故。
巷道顶板事故形成多种多样，发生的条件也各不同，但它们在某些方面存在着共同点。
根据这些事故发生的原因及条件，可以制定出防范顶板事故发生的相应措施。
1、掘进工作面冒顶事故的原因掘进工作面冒顶事故原因有两类：第一类是掘进破岩后，顶板存在将与岩体失去联系的岩块，如果支护不及时，该岩块可能与岩体失去联系而冒落。
第二类是掘进工作面附近已支护部分的顶部存在与岩体完全失去联系的岩块，一旦支护失效，就会冒落造成事故。
在断层、裙曲等地质构造破碎带掘进巷道时顶部浮石的冒落，在层里裂隙发育的岩层中掘进巷道时顶板冒落等，都属于第一类冒顶。
因爆破不慎崩倒附近支架而导致的冒顶，因接顶不实而导致岩块砸坏支架的冒顶则属于第二类冒顶。
此外，两种类型的冒顶可能同时发生，如掘进工作面无支护部分片帮冒顶推倒附近支架，导致更大范围的冒顶。
2、巷道交岔处冒顶的原因巷道交岔处冒顶事故往往发生的巷道开岔的时候，因为开岔口需要架设扣棚替换原巷道棚子的棚腿，如果开岔处巷道顶部存在与岩体失去联系的岩块，并且围岩正向巷道挤压，而新支设抬棚的强度不够或稳定不够，就可能造成冒顶事故。
3、压垮型冒顶的原因压垮型冒顶是由于巷道顶板或围岩施加给支架的压力过大，损坏了支架，导致巷道顶部的岩块冒落，从而形成事故。
巷道支架所受力的大小，与围岩受力后所处的力学状态关系极大。
若围岩受力后仍处于弹性状态，本身承载能力大而且变形小，巷道支架感受不到多大的压力，当然也不会被损坏。
如果围岩受力后处于塑性状态，本身有一定的承载能力但也会向巷道空间伸展，巷道支架就会感受较大的压力，若巷道支架的支撑力或可缩性不足，就可能被压坏。
沿空巷道上方顶板侧向破断研究与应用
第6期 山西焦煤科技No. 62017 年6 月Shanxi Coking Coal Science & TechnologyJun . 2017•试验研究•沿空巷道上方顶板侧向破断研究与应用李学金\马磊2,陈杨2(1.山西寿阳段王煤业集团有限公司，山西晋中 045400; 2.煤炭科学技术研究院有限公司，北京 100013)摘要山西某矿N 2103工作面留设8 m 窄煤柱进行综放高强度开采，为了研究煤柱上方顶板 相对煤柱破断位置，基于弹性地基梁理论建立了顶板侧向破断理论判据，并根据顶板抗拉应力与其对 应位置的弯矩成正比，确定顶板在距采空区边缘5.6 ~7.4 m 位置处破断。
由工业性试验可知，理论计算结果与现场钻孔窥视结果吻合性较好，表明该力学模型能够很好地对沿空巷道顶板破断位置进 行预判，为沿空巷道煤柱宽度的安全设计提供依据:）关键词沿空巷道；顶板破断；弹性地基梁；钻孔窥视中图分类号：TD 353 文献标识码：A 文章编号：丨672 -0652(2017)06 -0027 -04大型综放开采，特别是长达200〜300 m 及以上 的大型综放面已成为我国当前综放开采的重要发展 方向。
大型综放开采必然带来巷道断面尺寸大幅度 扩大化、采场支承压力范围和峰值显著增大、采动影 响程度剧烈化和矿山压力显现严重化，加之建设和发 展资源货约型矿井使煤柱宽度趋于减小，合理的煤柱 宽度是新的综放开采生产技术条件下巷道围岩稳定 性控制的前提煤层上方基本顶的破断位置是一个重要的参数，它直接影响到采空区侧向煤体中的应力分布规律、窄 煤柱宽度的合理确定、巷道围岩的完整性及外部力学 环境m .依据基本顶中岩块B 于巷道上方的断裂位 置的不同，将沿空巷道上覆岩层弧形三角块断裂结构 细分为4种情况（图1) :1)岩块B 断裂于煤柱上方，并于煤柱上方与岩块A 铰接成结构。
2)岩块B 断 裂于回采巷道上方，岩块A 、B 的作用点位于巷道上 方。
巷道掘进的影响因素分析及其防范措施
巷道掘进的影响因素分析及其防范措施[摘要]巷道掘进是煤矿建设和开采的重要环节之一，巷道掘进的效率一直受到各种因素的影响，我们必须引起足够重视。
本文就从煤矿巷道掘进入手，对影响巷道掘进的几个因素进行详实地分析，并提出一些行之有效的防范措施，力图提高施工效率，以供参考。
[关键词]巷道掘进；影响因素；防范措施前言巷道掘进作为煤矿地下开采的一个重要环节，其技术和装备水平直接影响煤矿产量和生产能力。
为了保证矿井实现高效生产，关键在于高效而快速的巷道掘进技术提供保障。
巷道掘进是一个复杂的系统工程，实际工作中效率高低对煤矿生产有很大影响。
因此，如何采取切实可行的措施保证巷道掘进率，提高施工效率就显得尤为重要。
这对于更好地满足国家对煤炭越来越紧迫的需求也有着重要的现实意义。
一、巷道掘进的影响因素分析巷道掘进，不仅取决于施工段的地质条件，还跟装备和挖掘设备以及生产工艺水平有密切的关系，科学组织生产管理，无疑能够极大地提高煤矿巷道掘进率。
可以说，这些因素的影响，在一定程度上制约了整体的掘进过程中的速度。
下面就对地质构造、掘进设备装备水平、巷道掘进施工工艺、施工组织管理水平这几方面对巷道掘进造成的影响进行分析。
1.地质构造地质构造是影响巷道掘进的首要因素。
对于煤矿巷道来说，影响掘进的地质构造主要是指褶皱、断层、围岩节理和劈理发育、陷落柱等等情况。
在良好的地质条件下可以提供一个良好的基础条件，从而实现快速掘进；在复杂的地质条件下将限制快速掘进。
比如，构造的不同位置，不同的气体含量，断层，复式背斜轴转动端，气体容易聚集，这些地区往往是天然气相关的事故经常发生区；张性断层，褶皱两翼，则气体不容易堆积。
当巷道掘进成复杂的地质结构，可能气体排放量会增加，导致在巷道中的气体浓度增加。
地质构造对煤矿生产的影响很大，增加了生产衔接安排的困难。
2.掘进设备装备水平就目前来看，我国掘进设备总体水平还处于相对落后的状态，虽说各种装备齐全，但是设备性能差，自动化程度低。
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5 基本顶不同破断位置对巷道围岩稳定性的影响及
工程实例
5 Affect of Surrounding Rock Stability by Different Positions of Main Roof’s Lateral Fracture and Engineering Test
在以上几章里我们详细的总结了沿空掘巷基本顶侧向破断位置的影响因素，影响因素主要基本顶自身的性质（厚度、强度等）、开采深度、开采高度、直接顶的性质、煤柱的宽度强度以及工作的长度和推进速度等。
由于前人的研究以及其他不确定因素，我们重点分析了开采高度（煤层厚度）、开采深度（应力载荷）和留设煤柱宽度三个影响因素对基本顶侧向破断位置变化的影响。
研究分析基本顶侧向破断位置的影响因素有助于我们提前根据地质资料和开采工艺等来更加接近的预测基本顶的断裂位置，从而有助于巷道支护维护顺利的进行，来确保巷道的安全及可用性。
但是不同的断裂位置对沿空掘巷巷道和煤柱的稳定性及应力分布有不同的影响，因此对沿空掘巷巷道的围岩进行合理有效的控制才是我们研究的最终目的。
5.1 基本顶不同断裂位置对巷道围岩稳定性的影响（Affect of Surrounding Rock Stability by Different Positions of Main Roof’s Lateral Fracture）
对于井工开采矿物，最重要的是通道的安全性与可行性。
煤矿井下开采，巷道起着关键作用，而巷道的稳定性主要取决于巷道围岩的强度、巷道围岩所受应力以及我们所采取的支护技术。
同时留小煤柱沿空掘巷巷道的稳定性也不例外，仍然取决于围岩的状态和支护技术，因此加强对顶底板及实体煤帮煤柱的强化是控制沿空掘巷围岩稳定性的重点。
在沿空掘巷工程中，巷道围岩的的稳定性在很大程度受到上覆岩层基本顶侧向破断位置的影响，不同的断裂位置对巷道围岩的强度以及压力分布都产生很大的差异。
基本顶侧向破断的位置大致可以分为四种情况如第二章里介绍到的不同断裂位置：采空区上方破断、小煤柱上方破断、巷道上方破断以及实体煤上方破断，如图2-1、2-2、2-3、2-4所示。
以上四种不同的断裂位置，根据前人研究可知，基本顶侧向破断位于不同位置时，沿空掘巷巷道围岩应力以及应变差异都很大。
基本顶破断位置处于采
空区时，巷道围岩所受影响较小，围岩较稳定易于维护；基本顶破断位置处于实体煤内时，围岩的稳定性相对于在巷道上方和小煤柱上方时较稳定；当基本顶断裂线位于巷道正上方或小煤柱上方时，靠近采空区侧围岩变形量较靠近实体煤壁侧的大，同时由于巷道顶板围岩松动导致应力降低，从而使锚杆锚固能力降低，造成巷道围岩变形严重，有时也可能引发底板鼓起，导致巷道后期维护困难。
5.2 工程实例（Engineering Test）
5.2.1 工作面概况
庞庞塔煤矿10-704工作面位于10#煤七采区，工作面北部为10-703综放工作面，南部为双叶则村保安煤柱，西部为已回采的10-702综放工作面，东部为未施工的10-706综放工作面。
工作面上部为原老矿5#煤采空区及5上-104工作面，5#煤层与10#煤层层间距约为55m，开采年限（1968年-2005年）。
地面标高+1213～1311m，工作面标高+878～990m。
地表上部为庞庞塔旧矿，东部为李家圪凹沟，南部为双叶则村，由于西部为庞庞塔旧矿区，地表以侵蚀性黄土梁峁为主，其次为黄土沟谷地貌中的冲沟，大部分为黄土覆盖，多为农田耕地和荒地。
盖山厚度为：+223～321m，基岩厚度：205～309m，黄土层厚度：40～181m。
工作面回采后，会对地面产生一定的影响，地面出现不同程度的塌陷、裂缝区域，陡坎处有不同程度的滑坡危险。
10-704工作面所采10#煤层节理发育，煤层结构复杂，煤层中部夹三层碳质泥岩（0.3-0.7），夹矸总厚度约为1.3m，岩性多数为炭质泥岩。
煤层厚度变化不大，属较稳定煤层。
工作面沿走向长度为2076m，沿倾向长度为185m，煤层厚度为11.8m。
5.2.2 地质条件概况
据掘进资料，该面掘进中揭露断层6条、陷落柱1个，其中F3、F6、陷落柱对回采有很大的影响，在回采期间必须加强对顶板的管理，预计在回采中还将有小断层出现。