固体充填采煤沿空留巷顶板下沉影响因素研究

为研究不同因素对固体充填采煤沿空留巷顶板下沉的影响,分析了固体充填采煤沿空留巷的覆岩移动特征,基于Winkler地基假设,建立沿空留巷顶板力学模型。以济三煤矿63下04(南)-2运矸巷为工程背景,分析探讨巷道宽度、巷旁支护阻力、巷旁支护体宽度、采空区充实率与巷道上覆顶板下沉的关系,结果表明:顶板下沉量随巷道宽度的增加而增加、随巷旁支护阻力增加而减小、随巷旁支护体宽度增加而降低、随充实率的增加而降低。现场实践中,巷道宽度4.2m,巷旁支护体宽度4.5m,采用锚带网联合支护对巷道进行加固,采用垒砌矸石墙加混合充填体的综合支护方式进行沿空留巷的巷旁支护,实测得工作面后方留巷巷道两帮最大移近量230mm,顶板最大下沉量300mm。     

深井矸石充填工作面沿空留巷围岩控制原理与技术

深井工作面矿压显现剧烈使得沿空留巷存在诸多困难。采用矸石充填采空区可有效限制深部采场覆岩大范围的破断、运动,缓解深井工作面剧烈的矿压显现,为深井工作面沿空留巷奠定基础。通过现场实测和理论计算探讨了深井矸石充填工作面覆岩运动特征,探讨了沿空留巷围岩承载结构及其稳定性。根据新巨龙煤矿2305S-2号工作面实际情况,设计了以矸石墙+钢管混凝土立柱为主的巷旁支护结构,并提出了留巷顶板超前支护、强力护表、深部锚固,巷旁支护结构合理宽度、侧向约束、协同承载,实体煤帮卸应力、防冲击、控片帮的控制方式,留巷底板高应力深部转移的沿空留巷围岩控制原理和先固顶→再护帮→后控底的沿空留巷围岩控制原则。形成了锚杆+W钢带超前支护和长锚索+注浆锚索永久支护的沿空留巷围岩控制技术,成功实现了新巨龙煤矿2305S-2号深井矸石充填工作面沿空留巷。沿空巷道围岩实测发现留巷矸石墙变形不均匀,承载能力增长缓慢,钢管混凝土立柱钻底,顶板锚索易破断等问题。需要进一步加强留巷矸石墙的侧向约束,提高矸石墙承载能力。钢管混凝土立柱底部安装大垫板,控制立柱钻底量,沿空留巷顶板锚索要求具备一定的延伸率,实现长锚索与顶板围岩的协同变形与承...     

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。     

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。     

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。     

复合顶板综采面沿空留巷技术研究与应用

矸石带巷旁支护的优点是节省支护材料、稳定性较好,缺点是矸石带的可缩量大、前期支护阻力小、顶板下沉量大、构筑矸石带的劳动强度大。对于复合顶板薄煤层综采工作面,有效控制巷道围岩状况,尤其是对巷旁充填段复合顶板的控制是沿空留巷技术能否成功的关键。通过结合数值模拟软件及现场留巷情况分析巷旁充填矸石带后巷道围岩应力及变形状况,模拟不同充填矸石带宽度对留巷效果的影响,得出在此条件下成功应用巷旁充填3 m宽矸石带沿空留巷的技术。     

顶板减沉沿空留巷技术研究与应用

为解决新安矿沿空留巷变形严重、围岩稳定性无法保障等问题,结合8#煤层综三工作面地质条件,进行顶板减沉沿空留巷技术研究。该研究以自主研发的粉煤灰基胶结材料构筑巷旁充填体,超前工作面于巷旁支护采空区侧施工顶板深钻孔,弱化充填体及采空区上方顶板联系。数值模拟表明该技术的应用使巷旁充填体侧顶板下沉量及其帮变形量分别降低了44%和27%;现场应用效果表明该技术极大改善了新安矿沿空留巷围岩控制效果。     

沿空留巷围岩稳定原理与控制技术研究

建立了沿空留巷上覆岩层结构力学模型,根据沿空留巷围岩载荷和变形特征,将沿空留巷分为3个阶段。研究得到沿空留巷围岩稳定机理:1巷内支护采用高阻让压支护,提高沿空留巷围岩承载能力和抗变形能力;2在采空区顶板破断和沿空留巷围岩应力调整的剧烈阶段采用高阻力巷内让压加强支护;3构筑的巷旁支护体具备:快速增阻并有较大的切顶阻力和变形能力,在上覆岩层剧烈活动阶段能有效切断采空区侧一定高度的顶板、冒落矸石有效支撑上位顶板,确保沿空留巷处于卸压状态;在上覆岩层活动趋于稳定阶段,巷旁支护体有一定的后期支护阻力,适应沿空留巷围岩一定变形与应力调整。工程实践表明:巷内采用锚杆、锚索支护,回采工作面后方应力调整剧烈阶段采用高阻力、让压巷内加强支护,采用高水材料构筑巷旁充填体,可适应沿空留巷围岩活动规律,有效控制巷道围岩变形,适当卧底后满足第2个工作面安全回采的使用要求。     

坚硬顶板下“有限变形”巷旁支护沿空留巷

基于薄煤层坚硬顶板下沿空留巷的矿压显现规律,建立了巷旁支护模型:在充填处预设顶板下沉量,充分利用煤壁的承载能力;采用单体支柱与矸石带联合支护充填区域顶板的支护,并采用卸压钻孔辅助切顶,及时切断巷道顶板与采空区顶板的联结,充当巷道支护的保护岩块。利用数值模拟软件FLAC~(3D),分别模拟了3个临时支护方案下的沿空留巷效果,通过比较3个方案下的顶板下沉情况、顶板回转角情况,确定了采用矸石带与单体支柱来联合支护顶板。实践表明,滨湖煤矿16105工作面沿空留巷时,混凝土充填体宽度取2.0 m,高度为1.5 m,留巷效果较好,基本满足下一工作面的生产需要。     

沿空留巷充填区域锚索锚固区内外顶板离层力学分析与工程应用

以兴无煤矿厚层直接顶中厚煤层沿空留巷和余吾煤业综放沿空留巷为工程背景,建立了沿空留巷充填区域锚索锚固区内外顶板离层力学模型,推导得到了沿空留巷充填区域锚索锚固区内外顶板离层量的计算式,确定了充填区域锚索锚固区内外顶板离层量的影响因素及影响规律。结果表明:各支护因素对顶板离层量的影响程度依次是巷内顶板支护强度充填区域临时支护强度充填区域外侧临时支护强度充填区域锚索支护强度实体煤帮支护强度;各几何因素对顶板离层量的影响程度是充填区域外侧宽度充填区域宽度;沿空留巷宽度对充填区域顶板离层影响规律与基本顶在采空区侧侧向破断位置有关。基于此,提出了沿空留巷充填区域锚索锚固区内外顶板离层分区分阶段控制对策,并成功应用到兴无煤矿厚层直接顶中厚煤层沿空留巷和余吾煤业综放沿空留巷中。     

深部充填沿空巷道护巷煤(岩)体受力特征及稳定性分析

为研究深部充填工作面沿空巷道护巷煤(岩)体受力特征及其稳定性,以山东新巨龙矿1302N-2#充填工作面为工程背景,通过理论分析、数值模拟和现场实测对沿空巷道护巷煤(岩)体受力特征和围岩变形进行分析和研究。结果表明:通过得出的护巷煤(岩)体的最小宽度计算公式和沿空巷道所受应力初步确定了留巷矸石墙和掘巷煤柱宽度;充填开采留巷围岩变形主要受充实率影响,充实率越小,护巷矸石墙宽度越大,留巷越不稳定,保持留巷稳定的充实率需达86%;采空区充填沿空掘巷时,煤柱越宽其所受垂直应力越大,结合巷道变形和现场实际充实率确定沿空掘巷煤柱留设为5 m。工程实践表明,沿空留巷不能满足使用要求的主要原因是充实率不足,采用所确定的留(掘)巷参数,巷道变形量在合理范围内,证明了所选参数的正确性。     

采场顶板控制理论在沿空留巷中的应用

由于沿空留巷与采场在顶板控制方面存在一定的相似性,将沿空留巷看成是一个小范围的采场,从而将采场顶板控制理论应用到了沿空留巷支护领域,研究了沿空留巷支护体的"给定变形"和"限定变形"2种工作状态。通过对沿空留巷支撑体系进行详细的力学分析,建立了支撑体系力学方程,得出了沿空留巷顶板下沉量和巷旁支护充填体压缩量,从而限定了支护体的有效作用条件。通过对工程实例进行理论验证和现场实测,证明了采场顶板控制理论在沿空留巷中应用的可行性,研究结果一定的指导意义。     

无煤柱开采巷道围岩稳定性分析

综合考虑沿空留巷围岩变形、采场覆岩运动规律及巷旁支护结构的特点,将沿空留巷顶板结构简化为采空区矸石、巷旁充填体及巷帮煤体共同作用的弹性力学模型,计算了该条件下的支护反力,利用控制变量的方法分析了影响支护反力的主要因素是充填体宽度和充填体弹性模量,得出了巷旁充填体压缩量计算公式。在此基础上,通过UDEC数值模拟方法,模拟了沿空留巷顶板关键岩块在弹性支撑条件下的应力状态,分别得出了充填体宽度及弹性模量与顶板下沉量的关系。综合以上分析,确定了赵官煤矿1705工作面沿空留巷巷道围岩控制方案。     

薄煤层下短距离泵送混凝土充填沿空留巷技术研究

根据薄煤层坚硬顶板下沿空留巷矿压显现规律,建立了巷旁支护模型:采用柔性支护理念设计临时空间的顶板,在充填体处留有一定下沉量,避免充填材料由于强度不足而被压坏。通过对比沿空留巷方案确定:采用矸石带与短距离单体支柱支护初期顶板,并将其作为混凝土充填的内侧模板,将混凝土搅拌机放置在井下的轨道巷内,极大地简化了充填系统。实践表明,泉上煤矿16701炮采工作面沿空留巷时,在井下搅拌混凝土后直接泵送至工作面,沿空留巷效果较好,基本满足下一工作面的生产需要。     

沿空留巷顶板下沉规律及其影响因素分析

针对沿空留巷顶板下沉量大、控制十分困难的问题,在分析沿空留巷顶板下沉规律的基础上,利用能量守恒原理,建立了沿空留巷顶板下沉力学模型,推导出顶板下沉量的计算公式,并对顶板下沉的影响因素进行了定量分析和灰色关联度敏感性分析。结果表明：某矿沿空留巷顶板下沉量计算值为371.45 mm,较好地吻合现场测量值,理论计算公式是准确的。顶板下沉随巷道宽度、采高的增加而增大,随直接顶厚度、巷内支护阻力、煤帮侧向支护阻力、巷旁充填体宽度和充填体弹性模量的增加而减小;对沿空留巷顶板下沉的敏感度大小的影响因素依次为采高、充填体弹性模量、充填体宽度、直接顶厚度、巷内支护阻力、巷道宽度、煤帮侧向支护阻力,其关联度分别为0.96、0.73、0.68、0.52、0.28、0.13、0.04。研究结果可为有效控制沿空留巷围岩变形提供依据。     

复合墙体支护技术在沿空留巷中的应用研究

为解决深部工作面沿空巷道因超前支承压力过大引起导致巷道变形量大以及易发生冲击地压的问题,基于分段分级承载原理提出复合墙体巷旁支护技术。复合墙体以矸石砖墙作为主墙体,以无机充填材料瑞米Ⅲ号作为副墙体,通过对沿空留巷顶板进行力学分析,计算出顶板下沉量及墙体支护强度。由实验室试验可知矸石砖的支护强度为10.4 MPa,完全能够满足墙体所承受的顶板压力;副墙体设计高度为0.4 m即可满足让压的需要,又能保证主墙体的支撑作用。结果表明:运用复合墙体支护技术能够有效控制巷道变形、防止冲击地压事故发生,解决了工作面沿空巷道超前支承压力过大的问题,同时解决了煤矸石污染环境的问题。     

沿空留巷矸石墙代替煤柱喷浆控制技术

针对深井高应力巷道沿空留巷围岩控制困难的问题,提出了沿空留巷矸石墙代替煤柱喷浆控制技术。通过袋装矸石砌筑成墙作为沿空留巷的承载隔离墙,对袋装矸石墙表面喷射纤维混凝土,以提高矸石墙的承载能力。通过数值模拟研究矸石墙宽度、喷浆层厚度和钢纤维掺量对矸石墙垂直应力和变形的影响。结果表明:最佳矸石墙宽度为3.0 m,最佳喷浆层厚度为70mm,最佳钢纤维掺量为60 kg/m~3。通过现场观测得出巷道顶板最大下沉量为88 mm,说明沿空留巷矸石墙代替煤柱喷浆控制技术能够有效控制顶板岩层。     

切顶沿空留巷卸压机理及支护技术研究

云驾岭矿9号煤上覆厚硬岩层,采场矿压显现强烈,采用传统的沿空留巷方法围岩控制难度大。以云驾岭矿19103工作面运巷为背景,分析了切顶沿空留巷厚硬直接顶力学平衡条件,得出巷旁需提供不小于1046 kN的支护阻力。采用数值模拟的方法对比了沿空留巷在厚硬直接顶条件下切顶与不切顶时围岩变形及应力、塑性区的分布规律,结果表明：切顶后采空区顶板更容易垮落,留巷顶板稳定时下沉量仅为同期不切顶时的28.2%,切顶后留巷侧顶板垂直应力变小、水平应力增大且围岩塑性区向顶底板深部转移,揭示了预裂切顶卸压的机理为阻断工作面动压的传递以及诱导采空区顶板提前冒落接顶承压,水平应力增大的原因为切缝两侧形成的长、短“悬臂梁”变形的结果。提出了针对厚硬直接顶切顶留巷的顶板控制理念为集中支护切缝端、适当让压和形成“组合悬臂梁”,采用了“长、短锚索+单体液压支柱+可缩性U钢梁”的综合支护技术及挂网喷浆的密闭措施。现场工业性试验效果良好,切顶后留巷顶板锚索受力峰值在350 kN左右,围岩稳定后巷道规格满足二次复用的条件。     

沿空留巷充填区域顶板离层力学分析及影响规律研究

通过建立沿空留巷充填区域顶板离层力学模型,推演出充填区域顶板离层量的计算公式,分析得出离层量不仅和巷内支护强度、实体煤帮支护强度、充填区域外侧支护强度、充填区域的支护强度有关,同时还受采空区临时支护强度、沿空留巷宽度、充填区域宽度的影响。神角煤业将这一结论应用于2209工作面沿空留巷实践。