无煤柱开采围岩控制技术及应用

我国煤矿无煤柱开采技术研究与应用已有60多年.综合分析了沿空留巷、沿空掘巷、跨巷开采及采空区布置巷道等无煤柱开采方法及适用条件、围岩控制取得的研究成果.在沿空留巷方面的主要内容为:不同开采系统的沿空留巷类型、围岩变形与破坏特征;沿空留巷结构力学模型及围岩与支护作用关系;沿空留巷巷内基本支护、巷内加强支护、巷旁支护形式及...     

无巷旁充填沿空留巷连续协调开采技术研究

为研究合理的连续开采接替方式及巷道支护技术,提高煤炭资源回收率。以章村煤矿4224采区为工程对象,利用层次分析法确定出单巷沿空留巷连续开采方式为最佳的连续开采方式,在对无充填沿空留巷支护机理分析的基础上,结合实际地质条件,确定利用单体支柱配合铰接顶梁加强采空区侧巷道顶板支护的方式,使采空区侧矸石形成"矸石垛"支撑沿空留巷顶板,通过巷道矿压观测数据分析得出:沿空留巷两帮及顶底板的最大移近量分别为600mm、800mm,有效地控制了巷道变形,满足留巷的要求。     

无充填带沿空留巷支护技术研究

为研究合理的连续开采接替方式及巷道支护技术,提高煤炭资源回收率。以章村煤矿4224采区为工程对象,利用层次分析法确定出单巷沿空留巷连续开采方式为最佳的连续开采方式,在对无充填沿空留巷支护机理分析及实际地质条件的基础上,确定利用单体支柱配合铰接顶梁加强采空区侧巷道顶板支护的方式,使采空区侧矸石形成"矸石垛"支撑沿空留巷顶板,通过巷道矿压观测数据分析:沿空留巷两帮及顶底板的最大移近量分别为600 mm、800 mm,有效的控制了巷道变形,满足留巷的要求。     

沿空留巷巷旁充填体宽度与支护技术研究

为解决沿空留巷围岩易产生破坏变形问题,以神东煤炭集团锦界煤矿31115综采工作面沿空留巷为研究对象,对沿空留巷的设计、支护展开研究。研究结果表明:沿空留巷巷道围岩受采空区引起的不均匀载荷影响,处于不稳定的高应力状态下,会持续发生变形乃至破坏。针对沿空留巷巷道围岩易发生破坏变形的机理,确定巷旁充填体合理的宽高比及巷道补强支护参数。     

顶底双软型薄煤层快速沿空留巷技术研究

针对顶底板双软型薄煤层工作面特殊开采条件,分析了沿空留巷的技术难点与关键技术。采用理论分析与数值模拟方法研究了薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及变形规律,建立了薄煤层综采面沿空留巷结构模型,通过方案数值模拟对比分析,揭示了薄煤层综采面快速沿空留巷基本原理,提出"采空区预先垒砌矸石袋,巷道内及时构建胶结充填体和铰接顶梁与单体支柱巷内滞后补强支护"的沿空留巷方案,实现了顶底板双软型薄煤层综采面快速沿空留巷。赵官能源煤矿的工程实测表明:巷道顶板下沉量最大仅为197 mm,底鼓量为83 mm,巷道两帮移近量为327 mm,工作面留巷效率达到18 m/d。     

无巷旁充填沿空留巷支护技术研究

为研究合理的连续开采接替方式及巷道支护技术,提高煤炭资源回收率。以章村煤矿4224采区为工程对象,利用层次分析法确定出单巷沿空留巷连续开采方式为最佳的连续开采方式,在对无充填沿空留巷支护机理分析及实际地质条件的基础上,确定利用单体支柱配合铰接顶梁加强采空区侧巷道顶板支护的方式,使采空区侧矸石形成"矸石垛"支撑沿空留巷顶板,通过巷道矿压观测数据分析得出,沿空留巷两帮及顶底板的最大移近量分别为600 mm和800 mm,有效地控制了巷道变形,满足留巷的要求。     

矸石充填开采沿充留巷围岩控制技术研究

对沿充留巷进行了定义,并与沿空留巷进行了对比分析。采用UDEC离散元数值计算软件对矸石充填留巷覆岩结构及移动规律进行了分析。数值结果显示:相比于垮落法沿空留巷技术,充填开采沿空留巷工作面采空区上覆岩层结构形态以完整层状岩层为主,巷旁支护体与充填体共同承担荷载,开采扰动对沿充留巷围岩变形破坏影响小。以葫芦素煤矿为工程背景,针对矸石充填沿空留巷技术特点,以巷旁支护、临时挡矸和巷内联合支护3个方面提出了围岩控制方案,确保沿空巷道的稳定性,对后续类似工程具有重要参考价值。     

综采工作面沿充留巷围岩稳定性研究

采用理论分析方法对沿充留巷与沿空留巷二者巷道顶板压力进行计算对比分析。结果表明:沿充留巷与沿空留巷相比,在具有沿空留巷优势的同时,对采空区顶板有减压降沉的特点。计算沿空留巷顶板压力为P=212.94~358.54 MPa,沿充留巷顶板压力为P=161.98~256.62 MPa。可以看出充填体对采空区覆岩产生支撑力,有效减缓顶板下沉量,降低顶板压力。以金谷煤矿为工程背景,基于沿充留巷顶板压力理论计算值以及矸石充填开采技术特点,对巷道进行组合支架留巷、辅助支护以及巷旁注浆加固综合设计有效控制11101工作面矸石充填过程中巷道围岩变形量,确保巷道围岩稳定性。     

厚煤层巷内预构混凝土充填带开采技术

为解决厚煤层内煤炭开采存在的资源浪费和支护问题,总结了沿空留巷和沿空掘巷技术,结合深部厚煤层开采特有的围岩特性,探讨了巷内预构混凝土充填技术在厚煤层中的应用。研究中表明,在工作面前方靠近下区段大巷内沿未采煤帮一侧预构混凝土充填带,在准备下区段工作面时,沿充填带掘进巷道,实现了无煤柱开采,同时解决了采空区对工作面干扰的问题。预构充填带因其初期强度高、密实度高、支护阻力强的特点,完全能够适应巷道围岩支护要求。在某煤矿3302工作面的实践过程中,顶底板最大移近量为13 mm,两帮最大变形值为58 mm,同时采空区也得到了密封,具有较好的推广应用价值。     

顶底双软薄煤层沿空留巷支护技术

针对顶底双软薄煤层沿空留巷出现的问题, 基于矿压关键层理论, 分析了沿空留巷围岩变形机理, 提出了预掘软弱顶板, 建立“Z”字台阶型沿空留巷结构的错位沿空留巷方法。现场实测表明:该方法采用优先垒砌矸石墙, 巷道内及时构建胶结充填体和单体支柱补强支护的沿空留巷工艺, 留巷效果良好。     

沿空留巷底板变形力学分析及底臌防控

上覆岩层垮落产生的动载荷通过巷帮煤体、巷内支护体以及巷旁支护体传递给底板,造成工作面后方一段距离的沿空留巷底臌变形加剧。为了控制上覆岩层垮落引起的底臌变形,在分析沿空留巷力学环境的基础上,建立底板力学模型,计算出沿空留巷煤帮弹性压缩区、塑性区、破裂区的宽度,以及煤帮对底板的作用力。应用关键层理论,确定顶板硬岩层位置及其破断顺序,以及垮断极限层的层位;采用顶板载荷条带分割法,计算出巷旁支护体对底板的作用力,并引入等效载荷的概念,构建底板等效载荷分布力学模型,将沿空留巷底臌与上覆岩层垮落紧密联系起来,分析上覆岩层垮落对底板的受力及变形影响,推导出底臌变形计算式。研究结果表明:上覆岩层垮落引起的底臌主要是由于塑性区煤体和巷旁支护体下方底板岩层高应力压剪破坏,以及巷道底板和采空区底板在强卸荷条件的拉伸破坏共同影响造成的。基于此,提出了降低塑性区煤体和巷旁支护体传递给底板的作用力,提高采空区冒落矸石对底板的作用力,防止巷道底板岩层拉伸破坏,巷旁支护体宽度、刚度与底板岩层强度相匹配等底臌防控措施,并应用于工程实践。     

沿空留巷巷内支护技术研究与应用

针对沿空留巷围岩变形大、变形不匀均、维护效果差等状况,以沁新矿沿空留巷为工程背景,采用数值模拟分析了巷内支护与围岩变形、应力分布的关系,揭示了沿空留巷巷内支护机理：采用高阻让压支护,提高沿空留巷围岩承载能力和抗变形能力,适应沿空留巷阶段性围岩大变形与应力调整。开发了沿空留巷巷内支护技术：① 基本支护：采用高预紧力、高强度、大延伸率锚杆与锚索支护,提高围岩承载能力、适应围岩大变形;② 加强支护：回采工作面后方一定范围内的沿空留巷采用高阻让压的单体液压支柱加强顶、底板支护,即在采空区顶板破断和沿空留巷围岩应力调整的剧烈阶段,通过单体液压支柱有效支撑顶底板、减小顶板回转、下沉和巷道底臌,保持沿空留巷围岩稳定;③ 沿空留巷围岩变形稳定后撤除作为加强支护的单体液压支柱。     

切顶卸压无充填沿空留巷技术在神火集团的研究与实施

针对柔模混凝土、高水充填沿空留巷存在支护材料成本较高、人员占用多及后期修巷工程量较大等问题,根据何满潮院士的"110工法",依托聚能水压光面爆破技术,结合采空区上覆岩层垮落规律和采空区的压力显现规律,在实验室进行了"巷道底板岩层应力分布区域"技术研究;掌握了巷道原岩应力区、应力集中区、卸压区、应力恢复区4个区域的分布地点和受力状况;总结出切顶卸压无充填沿空留巷技术的技术原理,并制定了无充填留巷技术的支护方案。利用切顶卸压无充填沿空留巷技术,留巷断面、支护强度符合相关要求,生产成本大大降低,经济社会效益较为显著。     

突出矿井深部巷道沿空留巷技术研究与应用

通过对高水充填材料的力学特性及沿空留巷矿压显现规律的研究与分析,并针对车集煤矿煤与瓦斯突出矿井大埋深特殊条件,选择高水材料巷旁充填工艺进行沿空留巷。从沿空留巷围岩稳定性控制入手,构建"充填体+锚杆、锚索"复合支护系统。在实践应用过程中,通过对巷道、充填体等矿压显现情况进行观测、分析,优化了沿空留巷支护参数与工艺,确保了突出矿井大埋深条件下沿空留巷成功,提高了采区煤炭资源采出率,保证了矿井采掘抽接替,为类似条件下沿空留巷提供了理论与实践参考。     

综放面沿空留巷围岩控制技术及矿压显现特征研究

为提高煤炭资源回收率,降低回采巷道掘进率,增加工作面顺层钻孔瓦斯的抽采时间,唐安煤矿在3313综放工作面轨道顺槽实施沿空留巷技术。3313工作面轨道巷顶板基本支护方式为锚网支护,加强支护方式为快速承载预应力锚索,留巷前后顶板支护分为一级支护与二级支护,并设计研究了巷旁支护参数和切顶参数。对综放开采条件下3313工作面轨道顺槽沿空留巷的矿压显现特征研究结果表明:巷道顶板在工作面推过350m后运动开始逐渐趋于缓和,因此最好是工作面推过350m以后再进行单体柱的回撤。     

千米深井高地压软岩巷道沿空留巷工程案例

结合朱集东矿深井高地压高瓦斯煤层群条件介绍综采工作面沿空留巷工程案例。采用“三高”锚杆+锚索梁初始支护、锚索梁+注浆超前加固、工字钢梁+铰接顶梁辅助支护、膏体材料泵送充填构筑墙体,有效控制了深部沿空留巷帮部及顶板剧烈变形,在960 m埋深条件下成功留巷2 059 m。巷道掘进至扩刷复用全过程中,帮部以扩容鼓出变形为主,变形量为110~450 mm,顶板以弯曲下沉为主,变形量为257~450 mm,底板以剧烈底臌为主,底臌量为1 311~2 500 mm,墙体以发育竖向裂隙为主,变形量为61~90 mm。取得局部地段卧底即满足复用的良好围岩控制效果。     

松软煤层留底煤巷道沿空留巷底板加固技术研究

针对松软煤层沿顶掘进留底煤巷道条件下的沿空留巷巷道底鼓,提出了一种钢筋混凝土灌注桩加固底板方案。在超前回采工作面巷旁支护体下方钻孔,钻孔穿过底煤至基岩以下约500 mm,钻孔内放入钢筋笼并且浇筑混凝土形成钢筋混凝土灌注桩,待工作面回采后使得巷旁支护体处于灌注桩上方。文章主要依托霍尔辛赫煤矿3605综放工作面柔模混凝土沿空留巷进行工业性实践,通过对沿空巷道围岩的收敛变形量进行观测,没采用底板加固段巷道底鼓量约稳定在350 mm,采用钢筋混凝土灌注桩加固底板后巷道底鼓量约稳定在100 mm。结果表明:钢筋混凝土灌注桩加固底板方案能够有效控制沿顶巷道条件下沿空留巷的底鼓。     

祁东矿巨厚坚硬顶板切顶无煤柱开采技术应用研究

为解决当前煤矿开采过程中存在煤炭采出率低、留煤柱开采引起应力集中、巷道围岩控制难等问题，以祁东煤矿7135工作面为工程背景，提出切顶沿空留巷技术。通过对巷道围岩运动特征和留巷技术原理的研究分析，确定切顶留巷关键技术参数，并在现场进行了工程应用。结果表明，采用高强预应力锚索补强顶板、垛式支架支撑顶板及可伸缩U型钢挡矸防护等联合支护体系，实体煤帮平均变形量达到166 mm，采空区帮平均变形量达到237 mm，顶板平均下沉量达到163 mm，平均底鼓量208 mm，留巷变形满足安全生产要求。     

李堂煤矿薄煤层开采沿空留巷技术研究与应用

为提高薄煤层回收率和改善采掘接替紧张关系,以李堂煤矿9-2薄煤层92102轨道巷为工程背景,采用FLAC3D数值模拟,研究不同宽度条件下充填支护墙体的应力和巷内塑性区分布,确定合理的巷内支护参数和巷旁支护参数,并进行了工业性实践。现场测试得到了92102轨道巷围岩变形规律。通过矿压监测结果分析,得出该留巷围岩的变形规律,李堂煤矿92102轨道巷沿空留巷所采用的巷旁充填方案在技术上可行,满足工程实践要求。