古汉山矿综放面切顶沿空留巷采空区帮控制技术

基于煤矿采掘接替紧张、巷道围岩控制困难等难题,以古汉山矿1604工作面为研究背景,提出切顶卸压沿空留巷技术。对沿空留巷采空区帮控制原理及围岩运动特征进行了理论分析,形成了切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术采空区帮稳定性控制体系,并在现场进行了工业性试验。研究结果表明,采用高强预应力锚索补强顶板、单体柱π梁支撑顶板及可伸缩工字钢挡矸防护等联合支护体系可行;实体煤帮最大移近量为276 mm,采空区帮最大移近量为216 mm,顶板最大移近量为225 mm,底板最大鼓起量为164 mm,采空区帮挡矸防护体系变形不明显,留巷变形在合理范围内,留巷效果良好,可为类似条件下的切顶沿空留巷工程提供借鉴。     

无煤柱自成巷开采巷道矿压显现特征及控制对策

切顶卸压无煤柱自成巷开采技术是煤炭开采的一项新技术,为了探索该技术条件下的巷道矿压显现特征,建立顶板岩层结构力学模型,并提出"承压结构"和"卸压结构"的概念。经分析,前者是上覆岩层压力的主要承载体,可在矸石和煤体的支撑作用下保持平衡,其断裂位置和运动位态是影响巷道围岩变形的最主要因素;后者则在前者保护和顶板切缝的影响下始终处于卸压环境,并与巷内支护和巷帮煤体共同作用形成稳定的内圈结构。通过对两者的变形特征进行计算和分析,初步形成了利用顶板切缝控制"承压结构"变形和利用NPR恒阻大变形锚索支护控制"卸压结构"变形的基本思路,同时给出了顶板切缝和顶板支护参数的计算方法,为现场方案设计提供了理论依据。综合上述理论分析和现场实测数据,得出切顶卸压无煤柱自成巷开采工作面后方巷道围岩变形可划分为3个阶段,即卸压影响期、动压变形期和压实稳定期,并分析了各阶段的顶板运动和矿压显现特征。基于以上研究成果,针对切顶卸压无煤柱自成巷开采,提出精准切缝、非对称支护、分区支护、高预应力(初撑力)主动支护以及关键部位加强支护等巷道围岩稳定性控制对策,经现场试验验证,效果良好。     

深部煤层综采工作面切顶卸压沿空成巷技术

针对城郊煤矿深部煤层开采所带来的矿压显现剧烈、回采巷道围岩控制困难、采掘接续紧张等问题,研究了切顶卸压沿空成巷技术。结果表明,超前预裂沿空巷道顶板切断了顶板间的应力传递,顶板沿预裂面切落形成巷帮,破碎的岩石对顶板岩层起到支撑作用,改善了巷道围岩体应力分布。现场应用表明,顶板周期来压强度显著降低,避免了留设煤柱造成的资源损失和频繁修整巷道增加的支护成本,首次成功实现了深部煤层综采工作面切顶卸压沿空成巷。     

切顶卸压无煤柱自成巷研究进展与展望

长壁采煤方法是地下矿山开采中普遍采用的采煤方法之一。长壁开采沿空掘巷方法每开采1个工作面,需掘进2条回采巷道并留设1个护巷煤柱,煤柱资源无法回收、巷道掘进量大。基于采矿岩石力学的基本原理,笔者团队建立了平衡开采“切顶短臂梁”理论,提出了切顶卸压无煤柱自成巷技术,研发了顶板定向预裂切缝、高预应力恒阻锚索支护、矸石巷帮挡矸支护等关键技术。国内外学者在切顶卸压无煤柱自成巷的理论、试验和技术方面开展了系统研究。在理论研究方面,形成了无煤柱自成巷平衡开采理论,建立了切顶短臂梁模型和“三阶段”动态分区模型,为新型煤炭开采方法奠定了理论基础;在试验研究方面,开展了切顶卸压无煤柱自成巷地质力学模型试验,进行了顶板定向预裂切顶设计研究,分析了恒阻吸能锚杆(索)的静力拉伸、动力冲击等性能,探究了护帮挡矸结构的承载能力,为无煤柱自成巷关键技术设计提供了依据;在现场试验方面,针对不同工程地质特征进行了现场试验研究,研发了适用于实际工程的配套核心技术装备。文章对切顶卸压无煤柱自成巷理论和关键技术的研究现状进行梳理与总结,并对未来的发展方向进行展望。     

切顶卸压沿空留巷技术在高瓦斯煤层群中部煤层的应用

针对白皎煤矿高瓦斯煤层群中部煤层的工程地质条件,提出并实践了切顶卸压沿空留巷无煤柱开采的技术,研究了留巷加固支护、切顶自动成巷和采空区防灭火工艺。研究表明:采用切顶卸压技术,将采空区原整体的顶板提前采用爆破切顶的方法使采空区垮冒区域与沿空留巷区顶板的压力实现应力分区,当不需要留巷部分采空区顶板在周期来压作用下自然垮落后,形成新巷帮,成功保留2443机巷,从根本上解决了在高瓦斯煤层群开采过程中留设煤柱带来的应力集中、瓦斯突出、煤柱发火等技术难题。     

切顶成巷无煤柱开采技术在云冈矿的应用

为提高资源回收率、有效控制顶板岩层、根治临空动压及煤柱集中应力等问题,云冈矿引进切顶成巷无煤柱开采技术,以51041巷道作为切顶卸压留巷进行试验,分别探讨了巷道支护方案和切顶卸压爆破施工。现场试验爆破效果较好,经济效益显著,适宜在全矿井推行应用。     

贾家沟煤矿6107工作面沿空留巷技术应用

针对贾家沟煤矿6107综采工作面无煤柱沿空留巷所存在的技术难题,提出了对6107运输顺槽采空区侧顶板实施切顶卸压,给出了切缝钻孔具体参数;并提出巷帮挡矸支护方案以及巷道超前支护和滞后加强支护;现场实践表明沿空留巷效果良好.     

白皎矿保护层沿空切顶成巷无煤柱开采技术研究

为解决白皎煤矿保护层留煤柱引发的采空区瓦斯积聚、瓦斯突出及应力集中对近距离煤层开采引起的灾害问题,提出了深井工作面卸压沿空切顶成巷无煤柱开采方法,对沿空巷道顶板实施超前预裂,切断沿空巷道顶板与采场直接顶、基本顶的联系,在周期来压作用下采场顶板沿预裂面切落形成巷帮,隔断采空区并支撑上位移动岩层,改善了巷道围岩应力环境,将巷道围岩应力集中转移到深部,实现巷道稳定.该方法采用超前双向聚能张拉爆破沿走向预裂顶板,能减小对顶板的爆破损伤;采用巷内恒阻大变形锚杆(索)+巷旁锚索加强支护+巷旁密集单体液压支柱加强切顶联合支护技术,适应巷内围岩大变形及切顶冲击变形的要求,以控制巷道围岩稳定;开发了远程矿压监测系统,实时监控留巷过程顶板稳定性.基于该方法的配套关键技术在白皎矿2422保护层开采工作面机巷得到成功应用,为深部煤矿长壁工作面提供一种经济有效的无煤柱开采新理论与技术.     

中厚煤层综采面切顶沿空留巷围岩控制技术研究

为解决煤矿采掘接替紧张、巷道围岩控制困难等问题,以鹿台山矿为研究背景,综合理论分析、现场试验等手段,对沿空留巷上覆岩层运动规律开展研究,提出沿空留巷围岩控制的关键技术。研究结果表明:根据沿空留巷上覆岩层运动结构及其运动特征,提出沿空巷道围岩稳定性控制基本原理,并确定沿空留巷围岩控制应在采空区侧强制切顶卸压、巷道顶板加强、挡矸防护和滞后支护组成的沿空留巷围岩控制技术;留巷巷道顶底板下沉量98 mm,底板底鼓量最大约102 mm,实体煤帮最大变形量约134 mm,采空区帮最大变形量约108 mm,锚索最大受力322 kN,留巷变形在合理范围内,留巷效果良好,可为类似条件下的切顶沿空留巷工程提供借鉴。     

中厚煤层综采面切顶沿空留巷围岩控制技术研究

为解决煤矿采掘接替紧张、巷道围岩控制困难等问题,以鹿台山矿为研究背景,综合理论分析、现场试验等手段,对沿空留巷上覆岩层运动规律开展研究,提出沿空留巷围岩控制的关键技术。研究结果表明:根据沿空留巷上覆岩层运动结构及其运动特征,提出沿空巷道围岩稳定性控制基本原理,并确定沿空留巷围岩控制应在采空区侧强制切顶卸压、巷道顶板加强、挡矸防护和滞后支护组成的沿空留巷围岩控制技术;留巷巷道顶底板下沉量98 mm,底板底鼓量最大约102 mm,实体煤帮最大变形量约134 mm,采空区帮最大变形量约108 mm,锚索最大受力322 k N,留巷变形在合理范围内,留巷效果良好,可为类似条件下的切顶沿空留巷工程提供借鉴。     

云盖山一矿切顶卸压沿空留巷技术应用实践

为了解决云盖山一矿工作面采掘接替紧张问题,以22202工作面运输巷为例,进行了沿空留巷应用研究,提出了切顶卸压沿空留巷分段式支护技术,并进行了现场应用。应用结果表明:采用切顶卸压技术能有效切断沿空留巷顶板,待工作面推进后,沿空留巷顶板沿着切缝线断裂;采用三段式支护巷道,有效控制了沿空留巷围岩变形;切顶卸压沿空留巷技术应用后,现场留巷效果较好。     

镇城底矿切顶卸压沿空留巷技术研究与应用

以镇城底矿28108工作面为研究背景,结合矿井地质条件对切顶卸压沿空留巷技术进行研究与应用。该技术采用双向聚能爆破技术使巷道顶板按预定方向预裂,充分利用矿井周期性来压沿空切顶,形成对上覆岩层顶板的支撑,降低了对留巷段的应力,通过采用联合支护技术来加强对上覆岩层顶板的支撑,并采用锚网+36U型钢支架将采空区与留巷区隔断。切顶卸压沿空留巷技术在镇城底矿成功应用,提高矿井开采效率,有效解决沿空掘巷顶板难于控制和生产接替紧张的问题,为切顶卸压沿空留巷技术在西山煤电的应用奠定良好基础。     

唐山沟煤矿切顶卸压沿空留巷技术应用

为解决常规煤柱留设开采方法煤炭掘进率高、采出率低的问题,唐山沟煤矿应用切顶卸压沿空留巷技术,采用350 kN高恒阻大变形NPR锚索支护材料和聚能爆破器材对坚硬顶板进行切顶卸压并确定支护参数,减小巷道内的应力集中,解决了坚硬顶板切顶卸压沿空留巷技术支护难题。结果表明,唐山沟煤矿采用切顶卸压沿空留巷技术后,解决了资源浪费、采掘接续紧张、巷道维护成本较高的问题,取得了良好的经济与社会效益。     

刊首语

沿空留巷无煤柱开采技术是我国采煤方法的一次重大革新,其不仅能降低开采成本,提高资源回收率,而且能缓解采掘接替紧张,避免因留设煤柱产生的煤矿地质灾害。我国沿空留巷技术发展大致经历了三个阶段:由原来的木垛、矸石墙、密集支柱等传统的巷旁支护技术,发展到膏体材料和(超)高水材料充填支护技术,再到现在的切顶卸压沿空留巷新技术。切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术已经成为我国煤炭资源开采的重要发展方向。     

切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术的思考

为了对切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术理论更深层次的理解,结合110工法,探索了沿空留巷无煤柱开采技术实施过程中的关键技术"拉得住、切得开、下得来、护得住",同时以马兰矿为研究背景,介绍了对切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术在应用过程中的这些关键核心问题的思考。研究表明,切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术的应用,有效实现了降低巷道顶板周期来压强度、降低采空区瓦斯浓度、降低煤炭自燃概率的效果,切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术已在我国多个矿井得以实施,有效地提高了煤炭资源回收率,降低生产成本,有效践行科技减人的战略。     

大同矿区薄煤层切顶卸压沿空留巷技术应用

针对大同矿区薄煤层坚硬顶板不易自然垮落且易形成煤柱应力集中的问题，提出了运用切顶卸压沿空留巷开采技术解决这个难题。通过运用板壳理论、关键层理论以及岩石断裂理论，成功实施了综采工作面沿空留巷的切顶卸压，此项技术对于大同矿区薄煤层开采推广切顶卸压沿空留巷技术应用具有一定的借鉴意义。     

切顶卸压无巷旁充填沿空留巷采空区侧巷帮形成规律

针对鹿台山煤矿矿井采掘接续紧张状况,对2202工作面轨道巷进行了切顶卸压无巷旁充填沿空留巷试验。理论分析了沿空留巷采空区侧巷帮形成过程,并在工作面后方沿空留巷巷帮采用"挡矸金属网+可伸缩U型钢+木板背帮"方式进行挡矸防护,对工作面回采期间巷道围岩变形进行了观测,总结了切顶卸压沿空留巷采空区侧巷帮形成规律。研究表明:采用沿空留巷可以使回采工作面少掘1条区段巷道,减少煤柱损失,实现连续开采。     

唐山沟煤矿切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术

为了避免留设煤柱造成下分层应力集中、采空区漏风等安全隐患,研究了切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术,论述了切顶卸压沿空留巷工艺流程,分析设计了沿空留巷支护参数、双向聚能预裂爆破参数、周期来压期间顶板支护参数以及工作面两巷超前支护参数等,并在唐山沟煤矿进行井下应用。结果表明,工程效果良好,大幅提高了资源回收率,有效解决了资源浪费、生产接续紧张等技术难题,为在大同、府谷地区推广应用奠定了基础。     

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。     

6m巷高综放工作面切顶留巷关键技术

为解决韩城矿业公司桑树坪二号井无煤柱开采沿空留巷引起的巷道顶板下沉、底鼓严重等问题,进行了6 m大采高综采放顶煤切顶沿空留巷的现场试验和施工;通过聚能爆破的方式对留巷进行了超前切顶,切断巷道直接顶和部分基本顶,改变巷道围岩应力分布特征,为巷道在采动影响期间的稳定提前进行卸压处理;工作面推采期间,留巷采用"锚索+钢梁+巷内钢管混凝土支柱"补强支护,能够适应巷道围岩大变形的要求。