厚硬顶板切顶留巷最优参数及围岩稳定性分析

为确定厚硬顶板切顶留巷最优技术参数,选取5 m、10 m、15 m切顶高度和0°、10°、15°、20°切顶角度,通过理论分析和3DEC数值模拟,对厚硬顶板切顶成巷形态和围岩稳定性进行研究。研究结果表明：切顶后巷道顶板形成“短臂梁”结构,当切顶高度和切顶角度一定时,切落顶板对巷道顶板“短臂梁”支撑力越大,其顶板所需的支护力F则越小,因此在切顶成巷时,需尽量使切落顶板充分接顶;随切顶高度增大,巷道实煤体一侧水平位移值随之增大、垂直位移随之减小,而巷道低位顶板水平位移几乎均为0;对厚硬顶板切顶成巷时需保持倾斜切缝,而随着切顶角度增大,巷道顶板垂直位移和实煤体一侧水平位移随之增大。基于此,综合确定10 m切顶高度、10°～15°切顶角度的最优切顶参数。     

常村矿大采高工作面切顶留巷关键参数研究

针对常村矿S6-1工作面,为确定合理的工作面切顶爆破卸压的切顶高度与切顶角度,综合现场调研、数值模拟等方法,分别研究了不同切顶高度和切顶角度下工作面采空侧巷道顶板变形特征及煤柱内支承应力分布特征。研究表明:切顶高度44.0 m时,巷道右帮煤壁附近的应力峰值及煤柱内支承压力峰值均最小,分别为14.58 MPa、23.1 MPa;切顶角度30°时,煤柱内支承应力峰值最小,为23.26 MPa;工作面最优切顶高度为44.0 m,切顶角度为倾向采空区弱面角度30°。     

厚硬基本顶岩层切顶留巷参数优化设计方法研究

针对薄直接顶工作面开采时垮落顶板不能有效充填采空区,进而引起厚硬基本顶形成较长悬臂结构并挤压巷道的现象。以黑龙煤业1103工作面薄直接顶、厚基本顶条件为背景,建立了下位切缝基本顶悬臂梁断裂力学模型,推导出基本顶沿切缝面扩展断裂时所需的巷旁切顶阻力计算方法,利用数值模拟确定出合理的切顶参数。研究结果表明：当顶板侧向悬臂长度及岩层载荷等参数一定时,巷旁切顶阻力随着切顶高度的增大先增加后减小|为使得上覆厚基本顶沿切缝面断裂并失稳滑落,合理的切顶参数应为切顶高度4m、切缝角度10°,此时巷旁提供的切顶阻力至少为3350kN。研究成果在现场实际工程中成功实施,可为类似条件的切顶留巷工程提供借鉴和参考。     

窄煤柱综放工作面应力转移护巷技术研究与应用

针对常村矿S5-17工作面运输巷护巷煤柱承载过大而引起煤柱破坏变形,导致的巷道围岩结构产生破坏、临近采空区瓦斯进入回采面等一系列问题,运用了窄煤柱工作面切顶卸压护巷技术,研究了不同切顶高度、角度对窄煤柱工作面巷道、两帮煤柱的应力分布和变形特征的影响。研究结果表明,切顶后应力集中主要出现在煤柱中部及切缝的上方,并且煤柱内的应力水平较低,应力集中现象不明显;从实体煤向采空区方向顶板竖直位移逐渐增大,并且巷道围岩及两帮煤柱变形量较小;切顶高度为11.7m、切顶角度为10°时,切顶效果最好。工程实践及现场监测数据表明,在设计切顶方案下,切顶卸压区内与未切顶区相比,平均顶底板移近量减少了35.7%,两帮移近量减少了19.1%。     

密集钻孔切顶卸压关键参数影响因素研究及应用

密集钻孔切顶技术主要通过对采场侧向顶板围岩结构进行改造,利用覆岩载荷和顶板自重切落基本顶,能够有效降低巷道顶板压力。通过统计国内部分矿井密集钻孔切顶卸压沿空留巷技术的应用案例,对钻孔关键参数及留巷效果进行了分析,并对密集钻孔切顶关键参数主要影响因素进行研究。研究结果表明：密集钻孔切顶适用于不同厚度的煤层,切顶效果取决于切顶高度、切顶角度、钻孔直径与间距是否合理。由于密集钻孔切顶时顶板在回采前未完全破断,在回采后,煤层厚度越大,顶板下沉回转在钻孔周围产生的拉伸应力就越大,密集钻孔顶板就越容易发生破断,煤厚的增加有利于顶板的自主破断。密集钻孔切顶高度随煤厚及基本顶厚度增加而增加;随煤厚增加切顶钻孔角度对切顶的影响逐渐减小,切顶角度呈现降低的趋势;密集钻孔孔径与孔间距二者共同作用影响密集钻孔顶板破断效果,D/B值(孔间距与孔径之比)在一定范围内随煤厚而增加,随基本顶强度增加而减小。根据统计结果采用工程类比法,并结合切顶钻孔主要影响因素研究结果,提出了密集钻孔切顶关键参数确定方法,并在赵家寨矿11210工作面回风巷进行了密集钻孔切顶留巷试验,现场留巷效果较好,证明该方法实用有效,具有一定的工程...     

无煤柱自成巷预裂切顶机理及其对矿压显现的影响

预裂切顶是无煤柱自成巷技术的核心,预裂切顶的效果直接关系到成巷的稳定性。以柠条塔煤矿无煤柱自成巷工程项目为背景,首先运用理论分析方法研究了预裂切顶的机理,进而运用离散元数值模拟方法和现场试验方法,对不同切顶条件下巷道围岩的响应规律进行了研究。研究发现,非聚能爆破模式下裂隙向四周扩展,导致巷道顶板形成裂隙分支,破坏巷道顶板的完整性。聚能张拉爆破模式下,应力波在侵彻裂隙的导向作用下可实现定向成缝。为达到理想的切顶效果,装药量及孔间距需协调设计,以保证孔间裂隙贯通。切顶参数变化对巷道围岩的整体变形及矿压分布有重要影响。在一定范围内,增大切顶高度可增大矸石碎胀体积,减小巷道顶板变形和作用在实体煤帮上的应力峰值,但切顶高度不宜过大,否则会增大施工难度,且会增大留巷变形。切顶角度对矿压显现亦有一定影响。当垂直巷道顶板切缝时,巷道围岩变形最大,但当切缝向采空区偏斜10°~20°,留巷围岩变形明显减小。柠条塔煤矿4.1 m采高、砂岩为主顶板的条件下,爆破孔间距为600 mm,单孔装药量为3 200 g时,切顶高度设计为9.0 m,切顶角度为10°时,矸石垮落充分,成巷效果较好。总结认为,切顶高度影响的是采空区矸石的碎胀体积及其对切顶短臂结构的作用力,切顶角度主要影响采空区顶板在垮落中对切顶短臂结构的动态下坠力及稳定后对切顶短臂结构的稳态支撑力,无煤柱自成巷预裂切顶的关键是保证采空区顶板和巷道顶板切得开,在切顶参数设计时应综合考虑预裂效果和切顶后碎胀矸石与切顶短臂结构的作用关系。     

浅埋深超大采高工作面反复切顶分析与防治措施研究

为解决郝家梁煤矿浅埋薄基岩厚松散层条件下7m超大采高综采工作面来压强度不一、切顶步距不一、反复切顶的难题，采用现场实测及理论分析方法，对超大采高工作面反复切顶特征、切顶原因及防治策略进行了研究。认为切顶范围大、强度大、下沉速度快是其基本特征；工作面切顶具有见方效应；切顶具有超前性与整体性，地表台阶下沉迹线与架前切顶线接近；支架支护强度富裕系数小和薄基岩厚松散层条件是造成架前切顶的主客观因素。从主动改变顶板垮落形式—变“整体切顶”为“分次局部破断”、变“大破断步距”为“小破断步距”，提升支架支护能力，切顶压架监测预警、加强顶板日常管理等角度提出了切顶防治策略，并进行了现场试验验证。结果表明，采取相应的防治措施后，工作面切顶频次显著降低，矿压显现强度变小，未发生压架事故。     

托顶煤切顶留巷围岩控制技术研究

为了解决托顶煤巷道围岩变形难以控制的问题，运用理论分析、离散元数值模拟及现场工业试验相结合的方法对义棠煤业100602工作面切顶成巷围岩控制技术进行研究，分析了不同切顶高度、采高对留巷围岩变形影响规律。研究发现，适当增加切顶高度并降低采高有利于巷道围岩稳定，并确定开采技术参数为切顶高度24 m、采高6 m。现场监测结果显示，在合理的支护策略及开采工艺参数下，托顶煤切顶留巷围岩变形控制效果良好。     

煤峪口矿2603工作面切顶卸压技术应用研究

为了解决顶板难垮难落的问题,本文以煤峪口矿为研究背景,利用数值模拟结合工业化试验对爆破切顶进行研究,通过数值模拟确定了最优切顶角度为10°,并给出了切顶卸压的具体施工方案.通过对切顶效果进行钻孔窥视及巷道围岩变形情况进行监测,发现经过切顶后巷道顶板裂隙完全贯通,巷道围岩的变形得到有效控制,预裂切顶卸压方案可行,为矿井安...     

浅埋煤层开采顶板切落条件下支架动载效应

针对浅埋煤层开采周期来压过程中顶板沿煤壁切落时对支架造成冲击的现象,根据基本顶回转切落造成直接顶岩体非线性破坏特征,建立了由基本顶-直接顶-支架-采空区矸石组成的力学模型,应用突变理论和岩石动力学方法,推导了直接顶失稳前后基本顶切落荷载作用下的支架压缩量表达式,分析了顶板切落过程中的动载效应,获得了顶板切落条件下支架工作阻力。研究结果表明：基本顶回转切落和直接顶失稳破坏是造成支架冲击的主因,直接顶岩体变形的突变量决定了冲击荷载的大小,系统失稳时的支架荷载除了与基本顶的周期来压步距、上覆岩层荷载、直接顶厚度有关外,还与支架和直接顶岩体的刚度比、直接顶岩体性质等因素相关。