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%。     

凌志达矿坚硬顶板切顶卸压与巷道支护方法研究

针对凌志达矿15218工作面坚硬顶板条件回采过程中导致的巷道变形严重问题,采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合方法,系统研究了坚硬顶板切顶卸压及巷道支护方法。结果表明：顶板基本顶K2灰岩为关键层,由于顶板泥岩与K2灰岩总厚度达8.12 m,应保证切顶高度大于8.12 m;对工作面顶板实施切顶卸压后,能够在一定程度上切断高应力传导路线,使应力发展不会朝向煤柱及临近工作面巷道,有利于巷道及煤柱的稳定,对坚硬顶板实施切顶卸压可以取得良好的卸压效果,数值模拟确定合理切顶高度与角度分别为9 m与15°。研究提出了在巷道顶板中部实施超前预裂爆破切顶卸压方法,以及“锚杆+金属网+钢筋梯子梁+锚索”的巷道联合支护技术。通过现场实践,顶板下沉量降低了43.1%,底板底鼓量降低了31.5%,煤柱帮移近量降低了36.1%,回采帮移近量降低了36.2%,巷道变形得到了良好控制。     

采煤工作面末采阶段切顶护巷技术研究

针对潘二矿厚硬顶板条件下工作面采动导致采区系统巷道破坏问题,以11123工作面及受其影响的系统巷道为工程背景,基于工作面回采后顶板受力状态分析结果,确定超前预裂切顶卸压钻孔及爆破参数,提出采煤工作面末采阶段切顶护巷技术。工程实践表明,通过实施末采阶段切顶护巷技术,有效地降低了工作面收作对采区系统巷道的影响。     

爆破切顶卸压技术在小煤柱护巷中的应用

为解决小煤柱护巷时巷道受压变形破坏、变形量大的问题,口泉煤业实施了小煤柱护巷爆破切顶卸压技术。根据现场条件及理论计算确定切顶高度、炮眼深度、装药结构及起爆方式等关键爆破技术参数,并进行现场试验。实践证明,采用爆破切顶卸压后,小煤柱内部应力0.8～6.6 MPa,形成一定的承载力,且工作面回采后护巷变形较小,满足巷道安全生产需要。     

薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数研究

针对薄直接顶大采高工作面顶板垮落后不能及时充满采空区,造成上覆厚硬顶板在工作面侧向形成悬臂梁结构,进而向留巷侧传递覆岩压力导致留巷围岩破坏失稳的现象,以某矿12408工作面薄直接顶、厚硬基本顶条件为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,研究了薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数。建立了留巷顶板的力学模型,量化了未贯穿面的拉应力与切顶高度和切顶角度的关系,确定了未贯穿面拉应力随切顶高度和切顶角度的变化规律,得出了切顶角度一定时,未贯穿面处的拉应力与切顶高度近似指数函数规律分布,拉应力随切顶高度的增大而增大,且增长速率逐渐加快;切顶高度一定时,未贯穿面处的拉应力随切顶角度的变化曲线呈抛物线形,随着切顶高度增大,未贯穿面处的拉应力超过极限所需的切顶角度的范围也增大。数值模拟方法分析了留巷中锚索轴力变化系数的变化规律、区段煤柱和相邻巷道竖直方向应力的分布特征,确定了11 m的切顶高度和大于0°的切顶角度即可切断顶板间的应力传递。现场考虑到实际岩层赋存条件的复杂多变、爆破后切缝面的不平整性和贯通程度的差异性以及保证厚硬顶板在矿山压力作用下顺利垮落,采用13.6 m的切顶高度和10°的切顶角度,结合顶板垮落后的碎涨系数,理论验证了顶板垮落后的高度大于工作面实际高度,即垮落顶板能够及早支撑上覆岩层,减轻覆岩运动对留巷和煤柱稳定性的影响。现场监测到巷道顶底板及两帮变形量较小,围岩较稳定,验证了数值模拟结果的可靠性以及切顶卸压技术的可行性,可为类似条件的切顶留巷提供借鉴和参考。     

综放工作面矿压显现研究及切顶卸压技术应用

为解决留设煤柱过大造成的煤炭资源浪费和巷道支护困难,基于斜沟煤矿综采放顶煤工作面顶板特殊控制结构,对顶板矿压显现进行研究。根据23107工作面两巷的地质条件,采用深孔爆破的方法对两巷顶板进行切顶卸压。现场压力监测结果表明,切顶卸压有效改善了工作面及两巷的应力环境,减少了对相邻工作面掘进和回采的影响,为综采放顶煤工作面开采少留煤柱开辟了新的途径。     

基于切顶卸压技术的动压巷道力学响应破坏机制试验研究

针对动压巷道围岩变形速度快、变形量大、变形方式复杂等现状,采用现场测试及理论计算方法,设计了工作面端头顶板和采空区侧煤柱顶板水压致裂切顶卸压方案,分析了动压巷道悬臂梁超前支承压力及弧形三角板侧向支承压力破坏效应,研究了动压巷道叠加力学响应破坏机制,提出了小保当矿动压强顶弱帮巷道控制对策。结果表明:采取工作面端头顶板切顶卸压可有效控制回采帮变形;采取相邻采空区煤柱顶板切顶卸压可有效控制煤柱帮变形;回采帮及煤柱帮承载力与超前及侧向支承压力有关。结合具体巷道回采帮及煤柱帮变形破坏现状,确定了动压巷道切顶卸压方案;小保当矿二次动压强顶弱帮巷道,应采取切顶卸压-强帮护顶技术,保证工作面安全回采。     

大采高综采工作面小煤柱邻巷护巷技术研究

针对大采高工作面回采过程中小煤柱邻巷掘进围岩变形严重的问题,提出了“切顶卸压+恒阻大变形锚索和普通锚索联合支护”的护巷技术,并通过现场观测进行验证。研究表明：采用爆破预裂切顶卸压可以有效降低5103巷道顶板压力和维护小煤柱稳定性,应用恒阻大变形锚索和普通锚索联合支护对5103巷道和小煤柱进行加固,可有效提高巷道顶帮围岩稳定性和小煤柱承载力,进一步减小采动影响下的巷道围岩变形量。     

麦地掌煤矿复合顶板切顶卸压与巷道围岩控制方法研究

针对复合顶板条件下工作面回采中存在的巷道变形严重、采掘接续紧张及煤柱资源损失问题,采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的方法对复合顶板切顶卸压与巷道围岩控制方法进行了研究。结果表明：对于复合顶板条件,基本顶未切顶部分所受拉应力大小与切顶高度及角度密切相关,两者需合理搭配才能达到良好的切顶卸压效果,确定合理的切顶高度与角度分别为9 m与15°,据此提出了复合顶板切顶前恒阻大变形锚索补强支护与工作面分区段临时加强支护方法。通过现场实践,顶板下沉量降低52.4%,两帮移近量降低57.5%,沿空巷道变形得到了有效控制,可为类似条件矿山提供工程指导与借鉴。     

三交河煤矿11-201工作面两巷水力压裂切顶卸压技术研究

为缓解三交河煤矿11-201工作面回采期间巷道大变形、片帮及冒顶等问题,采用水力压裂切顶卸压技术对工作两巷顶板进行切顶卸压。卸压后,两帮位移量最大为142 mm,顶底板移近量最大为285 mm。相较于非压裂段,巷道两帮围岩位移量降低约45.5%,顶底板移近量降低约42.3%,说明采用水力压裂技术可以切断工作面两巷与上覆关键岩层之间的应力联系,达到卸压护巷的目的。     

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。     

榆树泉煤矿厚硬顶板无煤柱自成巷卸压方案设计研究

基于榆树泉煤矿1014综采工作面煤层顶板上方厚硬顶板不易垮落，顶板来压剧烈等问题，设计了厚硬不易垮落顶板预裂卸压方案及巷内加强支护方案，并通过数值模拟软件分析得出采用综合的顶板预裂爆破控制技术，可大幅降低巷道顶底板位移量，有效缓解实体煤柱上方应力的集中程度。最后，针对试验巷道进行工业性试验，得出巷道顶底板移近量为424 mm,顶板下沉量为300 mm,底鼓量93 mm,侧帮移近量286 mm,应用效果良好，满足巷道使用要求。     

宋新庄煤矿顶板密集钻孔切顶卸压护巷技术研究

宋新庄煤矿110303工作面回风巷受110301工作面采动影响，巷道呈现大变形特征而无法满足正常生产需要。因此，在采区对翼110302工作面回采期间于运输巷顶板施工密集钻孔切顶卸压技术，进而优化110304回风巷采后侧向应力分布。结合工作面地质条件，通过理论分析与FLAC^3D数值模拟，确定了切顶高度、角度、孔间距等关键技术参数，研究了切顶前后巷道围岩应力演化规律，数值计算结果显示切顶后降低了巷道顶板与煤柱侧应力集中程度，煤柱内部垂直应力降低约36%,水平应力降低约11%,巷道位移量明显降低。通过工业性试验表明，切顶卸压后，110304回风巷顶板、帮部围岩内裂隙发育减少，两帮相对移进量为249 mm,顶底板相对移进量为237 mm,巷道变形得到有效控制，成功将110304回风巷保留下来。该技术可为宋新庄煤矿后续开采提供一定的技术参考。     

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。     

坚硬顶板切顶沿空留巷围岩控制技术

针对目前煤矿存在采掘接替紧张、煤层顶板坚硬而导致回采巷道围岩较难控制等问题,基于平煤二矿高地应力顶板坚硬条件,提出了切顶卸压沿空留巷技术,并进行了工业性试验。研究结果表明:工作面周期来压主要是由工作面的不断对称和采空区上方顶板"O-X"的形成及破断引起的;提出了以"切、补、护、支"为基础的切顶卸压沿空留巷围岩控制机理;留巷巷道两帮平均移近量80 mm,顶板平均下沉量138 mm,留巷变形在合理范围内,成巷效果较好,可为类似地质条件下的切顶卸压沿空留巷提供技术参考。     

切顶条件下“煤柱-充填体”协同承载性能及巷道稳定性分析

为了分析在切顶条件下不同“煤柱-充填体”支护对巷道围岩稳定性的影响，以某矿1226综采工作面运输巷为研究背景，通过理论分析与数值模拟相结合的方法，对切顶条件下应力转移过程和不同“煤柱-充填体”支护时垂直应力变化规律展开研究。研究结果表明：“煤柱-充填体”支护条件下，切顶时运输巷实体煤侧巷帮的垂直应力相对于未切顶时降低了9.5%,护巷煤柱侧巷帮的垂直应力降低了45%,运输巷两帮水平变形和巷旁支护压缩变形分别降低了21%和30.8%,即利用切顶卸压技术可以实现运输巷围岩应力及变形的双重优化，有利于运输巷围岩的长期稳定；巷旁支护垂直应力是影响巷道围岩稳定的主控因素，巷旁支护垂直应力平均降低速率随着充填强度的增加呈线性增加趋势，最大为5.8%,巷旁支护垂直应力平均降低速率随着煤柱宽度的增大呈先增后降趋势，最大为13.6%;根据“煤柱-充填体”协同承载性能变化对巷旁支护垂直应力的影响规律，拟合了不同煤柱宽度和充填体强度与巷旁支护垂直应力之间的函数关系式。在切顶条件下，留设护巷煤柱宽度为7.5 m、充填体强度为6.5 MPa时，对巷道围岩稳定的控制效果较好。     

坚硬顶板大采高工作面切顶卸压无煤柱自成巷矿压显现特征分析

为掌握厚层坚硬顶板大采高工作面切顶卸压无煤柱自成巷矿压显现特征，以吉宁煤矿2109工作面为工程背景，通过对留巷过程中工作面支架压力、巷道围岩变形量、恒阻大变形锚索受力、顶板离层变化分析，表明切顶爆破能够切断采空区顶板对巷道顶板的应力传递，使留巷侧顶板处于明显的卸压状态，并给出工作面自成巷受采动影响范围和影响程度，为设计提供依据，供相似条件参考。     

呼吉尔特矿区邻空巷对掘致冲风险分析及防治技术研究

为研究呼吉尔特矿区厚硬顶板条件下小煤柱沿空掘巷贯通期间冲击地压机理,以门克庆煤矿11-3107回风巷贯通期间矿压显现为工程背景,建立了邻空巷贯通期间应力分布模型及FLAC^3D数值模型,对比了距贯通点不同距离掘进工作面应力演化特征,揭示了邻空巷贯通期间冲击地压机理,并通过十字布点法、应力、微震等多种监测手段对巷道围岩变形、煤体应力进行了实测。基于机理分析和现场实测,提出卸压-支护一体化技术。结果表明：由于煤层顶板上方存在厚硬岩层,巷道开挖后,厚硬岩层通过应力传递作用于巷道围岩,使得滞后于掘进工作面的巷道顶底板及帮部发生较大变形;随着邻空巷掘进工作面距离贯通点越近,巷道变形量逐渐增大,通过巷道变形量的增加速率明确了距贯通点约160 m时,巷道变形量开始突增;微震事件主要集中在距贯通点190～60 m以内的巷道贯通区域,理论计算与现场矿压显现相符。     

沿空巷道侧向结构切顶卸压角度研究

切顶卸压是控制巷道变形的常用手段。针对含水层限制切顶高度的问题，以泊江海子矿113105工作面回风顺槽侧向悬臂、厚硬含水层顶板条件为背景，采用理论分析、数值模拟和现场工业试验的方法，研究了含水层顶板侧向悬臂切顶卸压的合理切顶角度。建立了切顶后巷道煤柱力学模型，推导出不同角度切顶后煤柱应力分布方程。运用ANSYS/LS-DYNA对不同角度切顶进行模拟，结果表明：不同切顶角度下岩石损伤及裂隙发育程度不同，切顶后煤柱应力均有所减小，切顶角度在85°～60°时，煤柱垂直应力呈现“驼峰”趋势，3 m处的垂直应力峰值较大，双峰值随着切顶角度的增大呈减小趋势，55°和50°角度切顶后，煤柱应力峰值点3 m处的垂直应力小于峰值点7 m处的垂直应力，双峰值随着切顶角度的减小呈增大趋势。现场试验表明：按照所设计角度切顶后，围岩应力明显降低，巷道结构变形程度能够满足工作面正常回采的需求，卸压效果显著。     

综放工作面聚能爆破切顶卸压护巷技术应用

为保证镇城底矿28116工作面南一下组回风下山的稳定,基于切顶卸压护巷技术,分析了工作面切顶卸压前后的巷道受力情况,提出了针对巷道顶板进行切顶卸压,切断悬臂梁结构,防止应力传递到巷道中;并根据工作面具体参数确定了聚能爆破炮孔布置位置及爆破技术参数,共确定聚能爆破孔170个,辅助孔169个;在现场作业时,采用了锚索补强支护,切顶卸压后并针对南一下组回风下山顶巷道变形量及顶板离层量进行了监测,结果表明:变形量较小且可以保证南一下组回风下山巷道安全稳定。切顶卸压技术有效地提高资源回收率,为矿井带来更大的经济效益和安全效益,为类似矿井工作面提供了借鉴经验。