沿空留巷围岩运动规律及充填体变形特征模拟研究

为确保山东新阳能源有限公司2704N工作面混凝土矸石沿空留巷工程的安全进行,采用FLAC 3D对沿空留巷巷道围岩变形破坏过程进行模拟研究,得到了沿空留巷巷道围岩运动规律及充填体变形特征。该研究有效确保了沿空留巷的巷道围岩控制效果,对类似条件下的巷旁充填沿空留巷具有重要参考价值。     

顶底板双软条件下沿空留巷围岩控制技术研究

针对顶底板双软条件下沿空留巷围岩控制的技术难点,研究了顶底板双软条件下沿空留巷围岩破坏特征及变形规律。研究结果认为,保持沿空留巷充填区域顶板的相对稳定与完整是实现顶底板双软条件下沿空留巷围岩控制的关键。结合现场条件,确定了合理的巷内补强支护、加强支护和巷旁支护参数。现场实测表明,两帮变形以煤柱帮变形量为主,顶底板变形以底鼓为主,巷道围岩变形得到了有效控制,实现了Y型通风,可在类似矿井进一步推广应用。     

坚硬顶板条件沿空留巷技术研究及应用

 针对坚硬石灰岩顶板的特点,采用理论分析、数值模拟等研究方法对坚硬石灰岩顶板条件下沿空留巷技术进行了研究。通过对巷旁充填沿空留巷方法与人工放顶卸压沿空留巷方法的可行进行分析,确定了巷旁采用强制放顶的沿空留巷方法,设计了支护方案;通过数值模拟研究,分析了巷旁人工放顶条件下沿空留巷围岩应力分布规律,得出了巷道围岩变形规律,论证了放顶卸压法沿空留巷的可行性;通过工业性试验,得到了石灰岩顶板条件下沿空留巷矿压显现规律。     

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。     

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。     

煤矿高浓度胶结充填开采沿空留巷技术研究

以新阳煤矿10203充填工作面为研究背景,通过理论分析和数值模拟,对垮落法和充填法开采下的采空区沿空留巷巷道矿山压力进行了对比分析,进一步探究了采空区全部充填后沿空留巷巷道的变形规律。结合高浓度胶结充填体的力学特性,设计了沿空留巷巷内基本支护、加强支护的方式,并将其运用于生产实践。井下应用表明：充填开采后的沿空留巷巷道围岩变形量较小,其变形率仅为8%左右;巷道顶板较为完整,没有发生大的冒落,且巷道煤壁无片帮现象发生;巷道内采用的锚杆、锚索、金属网、单体支柱联合支护安全可靠,支护合理。煤矿高浓度胶结充填开采沿空留巷技术工艺简单,可操作性强,采空区充填完毕后自然形成沿空巷道,而且杜绝了沿空留巷巷道常见的火灾、瓦斯等灾害,具有广阔的应用前景。     

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。     

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。     

再论我国沿空留巷技术发展现状及改进建议

在2006年发表的《我国沿空留巷支护技术发展现状及改进建议》一文的基础上,总结了21世纪以来我国沿空留巷技术的新发展,包括巷旁充填的施工工艺与方法,由高水、膏体充填发展为柔模墙体及超前柱式支护,使得支护强度和隔绝密闭性有了极大地提升,并且具有了一定柔性以适应顶板的下沉;经过20余年的发展,沿空巷道巷内基本支护具有了高预紧力、高强度、高刚度和大延伸率的特性,能够有效控制巷道围岩的大变形,实现及时主动支护,并普遍辅以单体支柱作为巷内补强支护,进一步保持围岩的稳定性与完整性;统计分析了部分沿空巷道的支护形式及留巷效果,愈发说明了沿空留巷的成功与否是巷旁支护和巷内支护共同作用的结果。介绍了无巷旁充填切顶卸压沿空留巷新技术,包括卸压原理、切顶方法、切顶参数及切顶后巷内的支护方式及其工程应用等。阐述了近年来我国在沿空留巷理论研究方面取得的新成果,包含充填体的切顶阻力和支护阻力,充填体与围岩之间的相互作用关系及受力变形特征,切顶卸压沿空留巷的围岩活动规律及其与支护体之间的相互作用关系等。指出了我国沿空留巷技术在巷旁支护、巷内支护及相关理论研究方面存在的技术问题与科学问题。最后从支护设计、围岩控制、研...     

薄煤层无巷旁充填沿空留巷技术研究

为解决无巷旁充填沿空留巷支护难度大的问题,通过理论分析巷道围岩结构及沿空留巷支护原理,采用单体支柱代替木密集支柱,并配合十字铰接顶梁的支护方式,使矸石流入巷道自然形成巷旁矸石垛支撑巷道顶板,并对支护参数进行设计,且简化了施工工艺。实践结果表明：该支护手段效果显著,沿空留巷顶底板和两帮最大变形量分别控制在800和600mm以内,无巷旁充填沿空留巷效果达到了预期要求。     

矸石充填沿空留巷技术

通过分析充填工作面矿压规律、采动影响范围、顶底板移近量及移近速度等参数,确定充填面支护技术参数,采取端头塑性矸石袋墙护巷沿空留巷,实现了矿井绿色开采。     

高水材料充填支柱在大采高工作面过空巷中的应

为有效解决大采高工作面过空巷期间出现顶板下沉严重、片帮、冒顶、压架、倒架等生产中遇到的难题，确保工作面回采期间安全通过空巷区域，针对成庄矿5314大采高工作面空巷长度长、断面大、且平行于工作面布置等诸多问题，采用理论分析与现场工业性试验相结合的方法，对空巷围岩控制问题进行研究，提出高水材料充填支柱过空巷工艺，并进行现场应用。结果表明：采用高水材料充填支柱对空巷区域进行加强支护，能够有效控制空巷区域围岩有害变形，保障工作面安全、高效、快速通过空巷区域，与木垛、单体液压支柱支护空巷、二次搬家相比，高水材料充填支柱具有显著的经济效益。     

大采高大断面回采巷道区段煤柱宽度的优化研究

针对王庄煤矿大采高工作面两巷掘进支护和回采期煤体破碎严重、围岩变形量大、巷道维护困难的情况,综合采用数值模拟和工程实践分析的方法,结合6110工作面地质条件,系统地分析了不同宽度区段煤柱下巷道围岩的应力演化及变形规律,得出了区段煤柱合理宽度为6 m。在此基础上提出了"高强度预应力锚杆配合金属菱形网和双筋梯子梁基本支护、小孔径预应力锚索补强支护、单体液压支柱配合金属铰接顶梁加强支护"的巷道围岩控制技术。实践表明,试验巷道断面完全可以满足回采期间的通风行人要求,巷道维护状况良好,经济社会效益显著。     

大采深厚煤层柔模泵注混凝土沿空留巷技术

为缓解矿井接替矛盾，提高煤炭资源回收率，采取柔模泵注混凝土沿空留巷技术。根据《公路隧道设计规范》计算巷道围岩压力，沿空留巷支护采用“锚网梁＋锚索”联合支护，对留巷浇墙区顶板进行锚网索支护，在支架尾部的留巷浇墙区底板施工墙体基础，以保证“顶板—巷旁支护—底板”支围系统刚度，对巷道留巷施工工艺进行了详细分析。由矿压观测结果可知:工作面60 m以后，围岩活动基本稳定，留巷总体变形量小，技术效果良好。     

寺家庄矿大采高工作面巷旁充填沿空留墙技术应用

为提高煤炭回收率、实现采空区遗煤自燃的有效防治,以寺家庄矿15117工作面为工程背景,提出采用巷旁充填沿空留墙技术实现无煤柱开采,基于此,介绍了巷旁充填沿空留墙技术原理,开发了巷旁充填沿空留墙技术,主要包括扩巷加强支护和浇筑墙体支护,提出了巷旁充填沿空留墙工艺,巷旁充填在15117工作面进风巷进行了工程应用,实现了留墙的稳定控制。     

残采综放工作面过空巷围岩变形规律及关键技术研究

残采工作面会面临多层位多角度空巷进行回采,给工作面安全回采带来技术难题。以山西某矿6212残采综放工作面为背景,利用数值模拟分析了残采工作面过顶煤斜交空巷、底煤斜交空巷和交叉点围岩变形规律。模拟结果表明:至少应距离空巷25 m进行空巷加固措施,沿顶掘进的空巷底板塑性区发育明显,交叉点围岩应力集中程度高,应加强支护和管理。针对现场空巷的空间位置,提出了密集支柱或木垛、锚网索、超高水材料注浆预充填等过空巷关键支护技术,保证了残采工作面的安全回采。     

软弱岩层中近距离采空区煤柱下开采的实践

近距离采空区煤柱下长壁回采将受到上煤层采空区遗留煤柱和本煤层工作面动压的共同影响。针对乌鲁木齐某矿9#煤层顶底板为软岩的特点,在分析围岩破坏机理后,提出了梁、索协同支护+顶底角注浆锚杆加固＋帮部锚杆组合支护＋底板锚梁支护及全断面铺网的联合支护方案,即实施巷道“顶底帮整体化”治理,通过在巷道中布置卸压孔,有利于高应力向巷道深部转移,改善围岩与支护结构的应力作用环境。实践证明,采取上述措施有效解决了回采巷道的顶板破坏、煤壁片帮、底板鼓起等问题。在开采过程中采取的降低采高、调斜工作面、工作面加速通过煤柱的方法也使得工作面的生产条件得到了极大的改善,保证了工作面安全开采。     

急倾斜煤层回采巷道矿压显现规律研究

基于四川某煤矿急倾斜煤层综采工作面回采巷道条件,结合巷道内支柱支护阻力以及巷道变形量的观测结果,分析了急倾斜煤层回采巷道的变形特征。得出以下结论：回风平巷围岩变形量比运输平巷围岩变形量大;围岩变形量随距工作面距离的减小而增加。     

综放工作面过空巷时支架－围岩稳定性控制

通过分析综放工作面过空巷时支架－围岩稳定性控制的技术难点,提出在过空巷合理的时空节点上实施停采等压、强力锚杆索支护、注浆固结修复和支架支撑力保障的综合控制技术,并阐述了相应的控制机理。建立了综放工作面过空巷时基本顶破断的结构模型,分析得出过空巷时长关键块条件下的支架临界工作阻力;采用数值模拟方法分析综放工作面过空巷时采动影响下围岩应力分布、变形与破坏特征,确定综合控制技术实施的时空节点与相关参数,进而结合现场地质生产条件与矿压规律确定相应技术方案,并进行现场应用。现场实践表明,采用综合控制技术后,未发生大范围冒顶、支架压架等恶性支架－围岩事故,解决了9102综放工作面过空巷的相关技术难题。     

切顶卸压爆破技术在沿空留巷中的应用研究

针对某煤矿采空区直接顶及上覆顶板悬露面积大,采空区侧悬臂梁结构载荷加载到混凝土墙体及巷内,使巷内顶板下沉量大,巷旁混凝土墙体过早承载破坏等问题。采用超前工作面预裂爆破切顶卸压法,研究了切顶卸压机理以及工作面端头支架架间预裂爆破切顶设计,并分析了放炮工艺及安全技术措施,研究得出:通过采用切顶卸压爆破技术,可使垮落矸石充满采空区,减小了沿空巷道顶板悬臂梁上覆荷载以及旋转变形对巷旁混凝土墙体的压力以及巷旁顶板下沉量,实现了留巷围岩稳定。