坚硬顶板切顶卸压垮落规律研究

为了解决坚硬顶板垮落步距大而易引起大面积来压等问题,以邱集煤矿1102工作面为研究对象,开展切顶卸压对坚硬顶板垮落规律的研究。基于悬臂梁理论推导了切顶卸压后坚硬顶板垮落步距的计算公式,理论计算了邱集煤矿1102工作面坚硬顶板各岩层荷载和切顶卸压前后各岩层的垮落步距,对比分析了切顶卸压前后顶板的垮落特征,并利用现场实测数据验证了理论分析的准确性。结果表明:切顶卸压后,直接顶的垮落步距从26.66m减小到9.13m,减小了65.8%;基本顶的初次垮落步距从45.41m减小到25.64m,减小了43.5%;周期垮落步距从18.54m减小到12.82m,减小了39.9%。切顶卸压减小了直接顶和基本顶的垮落步距,实现了对坚硬顶板垮落步距的有效控制,保证工作面安全开采,对类似的地质条件下煤层开采和矿压控制具有借鉴意义。     

红庆河煤矿厚煤层巷道切顶卸压关键参数研究

为研究红庆河煤矿切顶卸压无煤柱自成巷开采技术关键参数,并改善3101工作面巷道及其煤柱的围岩应力环境,减小巷道大变形,进行了定向聚能爆破切顶卸压技术试验。通过有限元数值模拟软件对比计算不同切顶高度下巷道围岩的应力云图和位移云图,得出不同切顶高度下的巷道卸压效果。同时结合现场定向爆破试验效果,确定了炮孔装药量和炮孔间距。结果表明,预裂切顶后,煤柱应力峰值和巷道顶底板位移量明显减小,巷道围岩应力得到改善,围岩变形量得到控制,试验效果良好,可为切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术提供应用参考。     

复合灰岩顶板闭合爆破切顶技术研究

邱集煤矿1102工作面顶板为致密坚硬的复合灰岩顶板,基于四周固支岩梁模型,理论计算未切顶前顶板初次垮落和周期垮落步距,发现工作面推采后出现采空区大跨度悬顶等问题。为解决这一难题,分析计算合理悬顶长度,提出工作面深孔爆破闭合切顶技术;拟采用聚能爆破定向断裂顶板形成闭合贯穿裂缝,帮助采空区顶板随推采及时垮落,减小采空区悬顶长度;根据工程地质条件,针对性设计聚能预裂爆破切顶高度、切顶角度和炮孔间距,并推导出合理封堵长度计算公式,形成了一套完整的爆破切顶参数选取方案。经现场试验证明,爆破切顶后,相邻炮孔间裂缝贯通形成闭合切缝面,采空区悬顶沿闭合切缝面及时垮落,复合顶板初次垮落步距从45m降低为24m,周期垮落步距从19m降低为11m,分别降低了46.6%和42.1%,垮落效果良好,可为类似地质条件下解决大跨度悬顶问题提供参考。     

切顶卸压留巷技术在泰山隆安煤矿11301工作面应用

沿空留巷技术的实施可有效解决预留煤柱问题,减少资源浪费。由于顶板上覆岩层连续性,采空区垮落后未导致留巷上覆岩层应力紊乱。为解决该问题,以泰山隆安煤矿11301工作面留巷为研究对象,运用数值模拟的方法模拟研究采用切顶卸压技术和不采用该技术巷道上覆岩层应力云图,并在11301回风巷实施了切顶卸压技术,实施完成后进行了效果考察,考察结果显示,运用爆破技术形成的切顶卸压裂隙有效解决了留巷上覆岩紊乱的现象。     

沿空留巷切顶爆破卸压技术研究与应用

针对长壁式采煤法基本顶破断,以及预留煤柱造成的资源浪费、巷道变形等问题,文章采用深孔预裂爆破切顶卸压技术,分析了工作面推进时顶板出现周期性垮落以及顶板应力分布特征,用预裂爆破技术在巷道上方和煤柱帮上方基本顶之间形成切缝,阻断基本顶之间的联系,消除采空区侧基本顶回转、断裂、垮落对煤柱侧的影响,使侧向支承压力峰值降低并向深部转移。研究表明,采用深孔预裂爆破切顶卸压技术后,顶底位移和两帮位移分别为190 mm和50 mm,切顶后的顶底位移与两帮位移比之前分别降低了71.2%和64.3%,由此可以看出,预裂爆破效果显著。该爆破方案的合理选择,不仅解决了采空区顶板压力与巷道变形较大的难题,还能有效地节省煤炭资源。     

米山煤矿中厚煤层切顶卸压自动成巷技术研究

为研究米山煤矿中厚煤层切顶卸压条件下的沿空巷道围岩及工作面矿压显现规律,有效控制巷道变形和顶板垮落,在15111工作面进行现场试验,确定预裂爆破钻孔间距与装药量;并采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对切顶高度与切缝角度进行分析。结果表明:随着切顶高度的增加,实体煤侧最大垂直应力逐渐减小,应力集中区逐渐远离巷道帮部,顶板卸压范围也有所增大,有利于巷道稳定;切缝角度越大,采空区顶板垮落越充分,从而能更好地支撑上位岩层运动。研究成果在米山煤矿15111工作面的成功实施,对于切顶卸压自动成巷技术在该矿的推广应用具有重要意义。     

东滩煤矿63上06工作面顶板深孔爆破断顶卸压技术应用

由于63上06工作面轨顺沿空布置,边缘处基本顶形成悬梁,未充分垮落,为减小区段煤柱的应力集中,采用顶板深孔爆破断顶卸压技术,对巷道顶板进行预卸压处理。同时超前对63上06运顺顶板进行爆破断顶卸压,避免63上06工作面回采完毕后,采空区与63上07顺槽边缘基本顶形成悬梁,实现工作面安全回采。     

厚煤层切顶卸压护巷技术研究与应用

为了切实解决采深加大、强动压显现的强矿压现状,改变以工作面间留设大煤柱减压造成资源浪费的现象,以王庄煤矿为研究背景,通过理论分析和数值模拟相结合的方法,研究临空面侧向支承压力分布及工作面垮落破断结构特征,提出爆破切顶卸压技术,确定切顶爆破关键参数,并在现场进行了工业性试验。实验结果表明：通过实施爆破切顶技术预裂顶板关键岩层后,小煤柱巷道顶底板变形量降低了60%～77%,两帮变形量降低了87%～92%,有效改善了回采巷道应力环境,能够满足安全生产要求。研究结果为类似开采条件切顶卸压沿空掘巷提供参考。     

沿空巷道切顶围岩变形控制机理及工程应用

为减少薄-中厚煤层开采工作面区段煤柱损失,提出了切顶法沿空成巷无煤柱开采技术,即在上区段回采工作面运输巷内,采用张拉聚能爆破在运输巷顶板与采场侧向顶板间形成一条切缝结构面,该结构面可阻滞采场侧向顶板移动压力向沿空巷道围岩的传递,并促使侧向顶板沿切缝切落,切落矸石则隔断采空区而形成运输平巷采空区侧巷帮,矸石碎涨后充填冒落空间支撑上位岩层继续移动,从而实现沿空巷道稳定。沿空巷道切顶力学模型的理论与数值分析结果显示,巷旁爆破切缝将可传递采场岩层移动变形压力的岩梁结构改变为沿切缝切落的短臂岩梁结构,大大降低了沿空巷道受采场侧向岩层移动变形压力的作用,减小了沿空巷道围岩压力及变形量。基于该原理提出的巷内加强支护、巷旁密集支护、巷道顶板切缝等主被动联合切顶技术,在各种不同条件下薄煤层、中厚煤层切顶成巷工程实践中均取得了良好效果,实践表明,该方法可有效降低采场岩层移动对沿空巷道产生的压力,减小沿空巷道围岩变形。     

煤矿切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术研究与应用

以西山煤电集团马兰矿深部沿空成巷为工程背景,提出了矿井深部综采工作面切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术,并研究出相关的工艺方法。该技术采用双向聚能爆破预裂技术切割顶板卸压、支撑老顶、隔断老塘,利用工作面顶板垮落形成下一工作面回采巷道;研究和采用双向聚能爆破预裂技术、内恒阻大变形锚索以及远程矿压实时监测系统等关键技术,有效地控制了成巷顶板稳定性,解决了老顶来压的冲击,监控留巷全过程顶板活动规律等问题。该技术在马兰矿10503工作面上顺槽成功应用,实现深部工作面无煤柱安全开采,从根本上防治留设煤柱带来的灾害频发、资源浪费、生产接替紧张、巷道难维护等技术难题。     

韩家湾煤矿切顶卸压沿空留巷技术应用

为进一步提高煤炭资源回收率,以韩家湾煤矿214201工作面应用沿空留巷开采技术为背景,为确保工作面成功留巷,在工作面实施爆破切顶卸压技术实践。结合煤层顶底板岩石物理力学性质,通过理论分析与现场试验确定切顶卸压爆破技术参数,在实施爆破切顶前采用恒阻大变形锚索加强切顶侧顶板支护,之后采用爆破切缝技术定向切顶卸压。现场监测结果表明,爆破切顶卸压之后,顶板能够按照预定的方向切缝,在工作面回采过程中,通过对留巷支护参数及形式的设计,最终所留巷道效果明显,达到了沿空留巷的目的。     

切顶参数对沿空留巷围岩稳定性的影响研究

切顶参数作为切顶卸压沿空留巷技术的核心问题之一,对留巷围岩稳定性影响较大.本文以曙光矿1226工作面为工程背景,通过理论分析初步得到了切顶高度和切顶角度的参考值分别为7.1～9.5 m和11.4°;通过数值模拟从切顶效果和围岩变形两种角度对切顶高度分别为4 m、7 m、10 m、13 m及切顶角度分别为0°、10°、1...     

冲击地压矿井水射流联合水力压裂宽煤柱卸压技术研究

针对冲击地压矿井宽煤柱会积聚大量弹性能从而容易引起地压灾害事故的问题，基于理论分析和现场试验，对葫芦素煤矿21103工作面区段煤柱进行了“钻-切-压”一体化卸压技术研究，通过布置钻孔进行射流切缝和压裂对区段煤柱弱化卸压，增大了区段煤柱内塑性区宽度，减少了弹性能量积聚，同时为减少煤柱卸压对巷道支护产生的负面影响，在21103工作面临空回风巷进行了定向水力压裂切顶，减少了侧向采空区悬露顶板向区段煤柱上的应力传递。“钻-切-压”一体化卸压技术与定向水力压裂切顶技术的联合应用，在21103工作面临空回风巷内取得了良好的实践效果，解决了区段煤柱内塑性区宽度增加同时对巷道支护不利这一矛盾。     

采空侧巷道围岩应力分析与控制技术研究

常村煤矿S6-1皮顺为深部采空侧大变形巷道,亟需一种新的科学支护方式提高巷道围岩稳定性。通过分析煤层工作面工程地质条件,确定了包含煤层、顶板、底板的四种岩性试样进行物理力学试验,将试验结果赋值到UDEC模拟软件中模拟工程现场煤柱应力分布和巷道变形规律。结合现场情况和模拟结果,设计不同的切顶卸压方案并进行数值模拟对比。模拟结果表明,在垂直顶板方向切顶时,切顶高度26.1m、33.6 m、44.0 m和61.0 m分别对应煤柱峰值支承应力28.5 MPa、24.8 MPa、23.1 MPa和25.0MPa;切顶角度10°、20°、30°和40°分别对应煤柱峰值支承应力24.26MPa、24.03MPa、23.26MPa和24.42MPa。结合现场地质条件和施工条件,最终确定切顶高度为44.0m、切顶角度为30°为最优方案。现场试验结果表明,切顶卸压配合补强支护方案效果显著,有效减小了保护煤柱支承应力和巷道变形。     

水力压裂护巷煤柱卸压机理与工程应用

以新元公司9108工作面回风顺槽水力压裂卸压为工程背景,通过理论分析,得出了煤柱体上部基本顶悬伸部分长度过大是导致护巷煤柱变形的主要原因,然后通过水力压裂技术来对煤柱上部顶板进行压裂,使得顶板在工作面回采后能够及时垮落,不会形成悬顶效应,减小对煤柱体的压力,从而保护护巷煤柱,使得下一工作面在回采时巷道围岩变形量保持在可控范围之内,从而减少了巷道维护成本。     

祥升煤矿3301工作面切顶卸压无煤柱开采技术

为了减轻工作面回采过程中巷道支护的压力,祥升煤矿3301工作面采用了顺槽切顶卸压无煤柱沿空留巷技术。通过经验法确定巷道切顶参数,采用钻孔爆破法施工。考虑到爆破会对巷道的稳定性有影响,对巷道分段进行了加强支护。现场实践结果表明,在切顶卸压后巷道的支护更加容易,可节约支护成本约为542元/m。     

基于层次分析法的顶板卸压技术方案优选

针对潜在的顶板卸压技术方案种类较多,而绝大多数条件下却采用定性手段在诸多可选方案中优选的现实情况,以元宝湾煤矿6105工作面切顶卸压方案优选确定为例,采用可实现定量优选的层次分析法进行了切顶卸压方案确定。该方法全面分析了各因素对切顶卸压方案的影响权重,避免了片面扩大某一因素的影响权重,将各个因素对最终方案确定的影响权重全部以定量形式展现,对切顶卸压技术方案乃至其他任何有诸多可供选择的方案的抉择优选有很强的指导意义和参考价值。层次分析法结果表明,针对6105工作面上覆4#煤房柱采空区顶板,定向水力压裂切顶卸压方案权重高于爆破切顶卸压方案,经现场实践,也取得了良好效果。     

切顶卸压自动成巷的离散元数值模拟

切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术是一种经济有效的无煤柱开采新技术,目前,对此技术进行关键参数研究多采用基于连续力学理论的数值模拟方法,难以实现顶板离层与垮落等物理现象的模拟。采用三维离散元软件对浅埋深煤层切顶卸压自动成巷进行研究,较详细分析了不同切缝高度下采空区上覆顶板岩层应力场与变形移动规律。研究结果表明：离散元法可有效地模拟出上覆岩层的应力场演变过程、块体的位移及岩层跨落;不同顶板预裂切顶高度对顶板顺利切顶成巷有较大影响,切缝应有效切断采空区顶板与留巷顶板间的应力传递。研究结果对切顶卸压自动成巷技术应用过程中参数的研究与分析有一定借鉴意义。     

切顶卸压沿空留巷施工方案优化研究

以2901运输巷为例,对切顶卸压沿空留巷施工方案进行优化,基于2901运输巷工程概况,优化了切顶卸压沿空留巷支护技术,主要为顶板补强及切顶卸压锚索加固技术、巷道临时支护设计及巷旁挡矸支护设计,设计了顶板预裂切缝方案,主要为预裂切缝孔深、双向聚能爆破预裂技术及爆破预裂切缝施工工艺等,并进行了现场巷道围岩监测。研究结果表明,优化后的切顶卸压沿空留巷施工方案可有效指导矿井安全生产。     

高强度开采条件下巷道切顶护巷技术研究

针对厚煤层、高强度开采条件下的沿空巷道围岩变形严重、维护困难的问题,以布尔台矿42203工作面为研究背景,采用理论分析和数值模拟的方法研究沿空巷道围岩变形特征,提出采用定向预裂爆破技术进行切顶卸压,以保护临近采空区的巷道。基于不同切顶高度条件下的巷道状况模拟结果发现,切顶后明显改善了巷道围岩应力环境,并确定合理切顶高度为21 m,定向预裂爆破钻孔间距为16 m,装药密度12 kg/m,钻孔角度向采空区方向偏15°、向回采帮偏5°;最终在现场进行试验。结果表明,切顶后巷道两帮移近量86 mm,顶板下沉量55 mm;采用切顶护巷技术对沿空巷道起到了较好的保护作用,能够满足安全生产需要,同时也为类似矿井切顶卸压工程试验的实施提供借鉴。