高瓦斯矿井大断面煤巷沿空留巷技术研究与应用

以高瓦斯矿井屯兰煤矿大断面煤巷沿空留巷为研究对象,建立了沿空留巷围岩结构模型,分析了沿空留巷巷旁充填体的作用机制,提出了巷内基本支护采用锚杆索配合钢梁、金属网联合支护,巷旁采用混泥土膏体材料充填,以及充填体锚带网外加固、钢筋网内加固和注浆密封的沿空留巷围岩控制技术。井下实践结果表明:沿空留巷顶板离层最大值为40mm,顶底板移近量最大为17cm,两帮移近量最大值为25cm,工作面上隅角瓦斯浓度为0.45%~0.75%,实现了高瓦斯矿井大断面煤巷沿空留巷技术的成功应用。     

柔模混凝土沿空留巷技术研究与应用

为保证坤龙煤业4102工作面第一辅助进风巷采用沿空留巷时,其围岩能够保持稳定,本文依据沿空留巷巷内支护原理,结合4102工作面地质情况,确定了沿空留巷的巷旁充填体宽度为1.2 m,设计了留巷时围岩控制技术各项参数,并在4102工作面进行了现场实践。矿压监测结果表明,留巷期间顶底板及两帮的最大移近量分别为398 mm和318 mm,沿空留巷能够满足安全使用要求。     

平煤股份一矿戊8-22180工作面膏体材料充填沿空留巷的设计研究

针对平煤股份一矿戊8-22180工作面运巷实施膏体材料巷旁充填沿空留巷,研究了围岩活动规律,沿空留巷的巷内支护形式及支护参数。     

深井孤岛煤柱工作面沿空留巷支护技术研究

以车集煤矿深井孤岛煤柱工作面为工程背景，探究深井高应力孤岛煤柱工作面沿空留巷充填体—围岩变形机理；构建沿空留巷围岩力学结构模型，计算出沿空留巷支护所需充填体的宽度及强度，并通过FLAC^3D软件模拟、现场监测验证了充填体宽度和强度的合理性。研究结果表明：孤岛煤柱工作面沿空留巷采用高水充填材料巷旁充填技术，以充填袋成形方式进行充填，可使充填体有效接顶；采用“锚杆锚索联合支护+巷旁充填体”方式进行煤柱中巷支护时，合理的充填体宽度为4.0 m,应力达到8.0 MPa时巷道变形趋于稳定。现场监测结果表明：23下工作面开采30 d内，煤柱中巷最大顶板下沉量不超过50 mm,充填体帮部变形不超过40 mm;回采结束后30 d内，顶板下沉量不超过20 mm,充填体帮部变形量最大为348 mm,煤帮变形量较小，最大处为150 mm,沿空留巷效果良好。     

综放工作面柔模沿空留巷围岩控制技术

针对综放开采沿空留巷巷帮煤柱破碎,巷道围岩变形量大,巷道稳定性差的问题,以高河矿W4301工作面为背景,分析了沿空留巷围岩结构特征,提出端头铺设金属网、架后及时打设木点柱和单体柱的切顶和挡杆技术,以及巷道超前顶板锚索补强、密集钻孔切顶、施工柔模混凝土墙充填支护体、架棚支护和煤柱侧巷帮注浆加固综合围岩控制技术。试验表明:充填支护体和锚索受力较为稳定,充填支护体和锚索能够有效承载,沿空留巷巷道两帮最大移近量为207 mm,顶底最大移近量为231 mm,围岩变形不大,控制效果较好。     

沿空留巷围岩变形规律及充填体稳定性分析

以大宁矿111-203工作面2401巷沿空留巷为背景,理论分析了留巷围岩变形的主要力源和不同阶段的变形特征,并通过FLAC~(3D)模拟了回采时沿空留巷围岩应力场分布特点,确定了侧向支承压力"陡而高"的曲线特征和留巷处于应力降低区的理论基础。根据充填体变形观测得出了纵向及横向变形量和变形速度均呈先迅速增大后逐渐稳定趋势,同时最大纵、横向变形控制在149 mm和93 mm,表明留巷充填体变形得到了有效控制。     

中厚煤层膏体巷旁充填沿空留巷技术

为了解决贺西矿工作面接替紧张,煤炭采出率低的问题,拟在该矿3303工作面进行无煤柱膏体充填技术的研究。通过建立沿空巷道力学结构模型,对留巷顶板运移规律进行理论分析,推导得出中厚煤层条件下充填体支护阻力公式;运用FLAC数值模拟,以围岩垂直应力分布为衡量指标,优化了充填体的宽度与强度取值;合理选择膏体配选材料,之后通过实验研究膏体的强度特性与可泵性,确定了充填材料的最佳配比方案。现场应用表明:该充填方案技术可行,充填效果良好。     

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。     

新元矿3107工作面充填留巷支护技术探讨

为确保3107工作面沿空留巷作业的顺利实施,开工前,先采用FLAC3D数值模拟法对巷旁充填体加固支护技术进行分析;巷旁充填体拟采用高水材料,其合理宽度确定为2.0 m;沿空留巷支护主要包括基本支护、充填体支护及临时加强;基于分析结果,对留巷巷道支护参数进行专门设计;也对留巷巷道进行实时矿压监测,数据表明,巷道围岩变形主要发生在滞后工作面0～80 m的范围内,充填体变形主要发生在滞后工作面10～60 m的范围内,围岩变形量在可控范围内,能满足巷道的二次使用要求.     

综合机械化固体充填采煤原位沿空留巷技术

针对综合机械化固体充填采煤原位沿空留巷的技术难点,在分析该条件下沿空留巷围岩结构力学模型的基础上,提出了综合机械化固体充填采煤巷旁充填原位沿空留巷的新技术。此项技术有3个关键方面：一是合理组织采煤、充填与留巷在时间与空间上的配合;二是针对原巷道设计合理可靠的支护形式,并保证采空区充填体的密实度;三是沿空留巷巷旁充填体的形式及锚杆、钢带、钢筋梯梁及金属网的组合加固方案设计。现场工业性试验表明,该技术条件下的沿空留巷巷道两帮位移最大46 mm,顶底板移近最大87 mm,采空区充填体与巷旁充填体共同控制了顶板活动,留巷维护效果良好。     

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。     

沿空留巷下位岩层断裂特征数值模拟及控制技术研究

为解决沿空留巷直接顶松软破碎,严重影响基本顶和沿空留巷稳定性的问题,以新元煤矿3414工作面为研究对象,建立UDEC Trigon模型,通过模拟不同支护条件下沿空留巷下位岩层断裂特征,分析其对围岩稳定性的影响。数值模拟发现,沿空留巷围岩以剪切裂隙为主;充填区顶板张拉裂隙较为发育,是沿空留巷围岩控制的薄弱环节;沿空留巷下位岩层沿充填体外侧断裂,抑制了剪切裂隙在实体煤帮发展,增加了巷旁充填体和实体煤帮的承载结构的稳定性。工程实践表明:采用高预应力、高刚度锚索及时支护充填区直接顶的围岩综合控制技术,沿空留巷下位岩层沿充填体外侧断裂,巷道围岩顶底板最大变形量为900 mm,两帮最大变形量为800 mm,能够满足通风和瓦斯排放的要求。     

高支承压力区沿空留巷围岩稳定性数值分析

在双鸭山东荣二矿综采工作面高支承压力区试验沿空留巷,为分析该沿空留巷巷道的稳定性,采用FLAC3D软件进行了3次数值模拟分析:首先数值模拟求出了17煤残留煤柱形成的底板应力场,得出平均支承压力值为25.2 MPa;进而建立沿空留巷巷道围岩力学模型,模拟分析巷道围岩应力场,得出了充填体支护体片帮原因是垂直压力超限;由此提出了对充填支护体实施预留变形层和锚杆钢带加固等强化支护措施,并模拟分析证实了强化支护后充填支护体的稳定性,经现场工程实践表明采取强化支护措施,沿空留巷巷道稳定性良好.     

综放工作面沿空留巷围岩控制技术研究

为了解决综放面沿空留巷应用的难题,以常村煤矿S5-11综放工作面沿空留巷为工程背景,分析了综放面沿空留巷覆岩破坏特征,得到了沿空留巷成功应用的关键因素,采用数值模拟的方法,对充填体的稳定性进行了研究,给出了沿空留巷围岩控制关键技术,并对S5-11工作面沿空留巷支护方案进行设计。现场应用表明:巷道两帮最大移近量为430mm,顶底板最大移近量为570mm,充填体变形量为50mm~70mm,巷道断面尺寸基本满足生产要求。该技术方案实现了沿空留巷的成功应用,避免了煤炭资源的浪费,保证了矿井的安全生产。     

沿空留巷巷旁充填系统模板支架及其应用

沿空留巷巷旁充填系统是目前国内机械化程度较高的充填系统。在总结无煤柱开采沿空留巷巷旁支护技术基础上,针对回采工作面以模板支架为关键装备的巷旁支护充填系统,重点阐述了不同形式或用途的模板支架结构特征。结合煤矿生产应用实践,介绍了回采工作面巷旁支护模板支架充填系统工艺。实践证明:充填支架(模板)适于沿空留巷巷旁支护系统,充填体强度性能稳定,可有效控制顶板及围岩活动,留巷维护效果良好。     

综采工作面柔模混凝土沿空留巷力学模型分析与控制技术研究

为保证3107工作面辅运巷沿空留巷期间巷道围岩的稳定,通过建立柔模混凝土沿空留巷力学模型,确定巷旁柔模混凝土单位厚度和长度均为1m,采用C20标号的混凝土作为充填体,并对辅运巷留巷期间的围岩控制方案进行具体设计,在留巷期间进行矿压观测。结果表明:留巷期间顶底板的最大移近量为172mm,两帮最大移近量为160mm,保证了沿空留巷围岩的稳定。     

沿空留巷充填体宽度及支护技术研究

沿空留巷在解决煤柱、瓦斯和采掘接替等诸多方面有明显优势,以寨崖底矿3#煤层120308工作面为工程背景,从工作面上覆岩层活动规律着手,通过分析研究其应力集中规律,工作面沿空留巷上覆岩层的位移变形规律,结合地质资料建立数值力学模型,模拟受采动影响时充填体的变形规律,提出了巷旁充填体的支护技术与支护参数以及巷道补强支护技术与支护参数。同时,根据矿压观测结果分析沿空留巷巷旁充填体的变形规律,论证沿空留巷所采用的高水充填材料不但在技术上可行,且经济效益显著。     

高支承压力区沿空留巷充填体强化支护的数值模拟研究

结合东荣二矿18层右五面沿空留巷具体地质条件和支护工程实践,得出充填支护体承受荷载大且强度低,垂向应力超限而发生破坏,提出加强充填支护体强度和减少荷载的措施。通过FLAC3D进行数值优化,确定强化支护方式参数:缓冲层厚度为200mm;单体支柱排距为0.6m;充填体采用双预应力锚杆钢带强化,锚杆间排距为0.6m×1.0m,锚杆预应力为20kN;充填支护体顶部为水平,并用钢丝网强化。通过分析对比原支护方式和强化支护方式下沿空留巷围岩的稳定性,可以看出强化支护方式提高了充填支护体的强度,减少了充填支护体的变形量,维持了巷道围岩稳定。     

“两硬”薄煤层采空区煤柱下沿空留巷技术

通过UDEC数值模拟研究了"两硬"薄煤层采空区煤柱下支承压力分布规律,结果表明:"两硬"近距离煤层采空区煤柱下工作面侧向支承压力可达16.1 MPa,沿空留巷巷旁充填体需要具有一定的"让-抗"特性。通过理论计算和FLAC~(3D)数值模拟分析确定了巷旁充填体参数,即巷旁充填体宽度为2.0 m,充填体终凝强度不低于25 MPa,通过对该矿88105工作面运输巷沿空留巷围岩移近量监测,结果表明按此参数沿空留巷效果较好。     

综放工作面沿空留巷巷旁充填工艺与矿压监测研究

为解决综放工作面煤柱留设宽度大、上隅角瓦斯超限问题，以野川煤矿3205工作面为研究对象，采用理论分析、数值模拟、现场试验相结合的方法，研究了沿空留巷巷旁充填工艺，建立了沿空巷道矿压监测方案，分析了巷道围岩变形特征与巷旁充填体强度。研究结果表明：充填体参数的最优选择为充填体宽度1.5 m,充填体强度为25 MPa。为了验证沿空留巷运行效果，对留巷段变形量与充填体强度进行监测，设计了相关的测站布置与监测方法，得出了沿空巷道总高最大变形量为0.5 m,总宽最大变形量为0.6 m,巷道运行效果较好，可以满足矿井的应用要求。该研究内容为具备类似采矿地质条件及工程难题的矿井提供了技术借鉴。