深部煤炭原位气化开采关键技术及发展前景

以钱营孜煤矿W3₂20机巷为工程背景,基于采空侧煤体内外应力场分布特征及护巷窄煤柱的极限平衡理论,结合矿井具体地质条件,确定窄煤柱合理留设宽度;采用FLAC^3D数值模拟软件分析相邻工作面回采及掘进沿空煤巷穿越断层破碎带条件下的不同剖面位置围岩应力分布状态和塑性破坏响应特征,明确窄煤柱沿空煤巷过断层破碎带围岩控制的难点与巷道支护对策,并针对性地提出“超前注浆加固+高强度高预应力锚杆+顶板补强长锚索+KTM4钢带+菱形钢筋网”联合支护技术。研究发现：基于理论计算与现场实际,确定缓倾斜中厚煤层沿空煤巷过断层破碎带护巷窄煤柱宽度留设的合理范围为5.2~7.1 m;模拟开挖沿空煤巷穿越断层时,巷道断面发生改变,应力发生较大调整,实体煤侧与煤柱侧不再有应力集中现象,煤柱受力极弱,煤巷围岩塑性破坏范围进一步扩大,巷道发生剧烈挤压变形。工程实践表明,支护完成36 d后巷道收敛变形趋于稳定,煤柱侧顶板、实体煤侧顶板、煤柱帮及实体煤帮最大变形量分别为66、62、59、47 mm,且本工作面回采期间,沿空煤巷整体变形量较小,没有影响工作面的正常回采,6 m窄煤柱和强力联合支护技术保证了沿空煤巷过断层破碎带围岩的稳定。

     

厚煤层留小煤柱沿空掘巷支护技术研究

为研究厚煤层小煤柱沿空巷道的围岩变形特征及支护技术,解决巷道的失稳难题,以魏家地煤矿西2305运输顺槽为研究对象,采用理论分析及数值模拟对小煤柱巷道围岩结构形态及应力分布状态进行分析,采用现场实测的方式对沿空巷道围岩变形及支护参数展开研究。研究表明,小煤柱巷道围岩应力受一次回采影响呈非对称性,煤柱受力与上覆岩层载荷及悬露基本顶岩块长度成正比,与煤柱宽度成反比;小煤柱沿空巷道在掘进期间,围岩变形量相对较小,且变形沿巷道中轴线呈高度对称性;一次回采后,巷道围岩在煤柱侧变形和破坏较大,巷道变形呈非对称性。基于现场实测所得巷道围岩变形特征,提出了加强锚索进行小煤柱巷道的加固。通过现场工业性实验,加强支护后,煤柱侧帮部变形量减小至原来的58.3%,有效控制巷道围岩变形,减小煤柱帮部变形严重的问题。     

综放沿空巷道窄煤柱稳定性分析及围岩控制技术研究

为对18501工作面沿空巷道保护煤柱的稳定性和顺槽的支护合理性进行分析,通过Fl AC3D软件建立18501综采工作面沿空掘巷模型研究窄煤柱内应力特征及位移分布规律,得到该工作面沿空掘巷煤柱合理的宽度为10m,并提出了顶板锚索、巷帮锚杆的巷道补强支护措施及添加树脂锚固剂的巷道补强支护措施和实体煤侧巷帮扩刷等围岩控制措施后,沿空巷道两帮及顶板的变形量较之前分别减少了24%和61%,巷道表面位移量控制在允许范围内,能够保证10m窄煤柱护巷条件下巷道在回采期间正常安全的使用。     

我国沿空留巷支护技术发展现状及改进建议

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。

     

综放开采沿空掘巷小煤柱宽度留设及支护技术研究

为合理确定区段小煤柱宽度及沿空巷道支护方式,以阳泉五矿8407综放工作面为例,基于采空侧基本顶断裂力学模型及围岩极限平衡理论,理论计算了合理煤柱宽度的上下限值,采用钻孔应力监测方法,对回采过程中煤柱内部应力分布进行了实测,进而确定沿空巷道支护参数。研究结果表明:沿空掘巷小煤柱宽度合理范围为9.03~11.80 m,取10 m为宜,煤柱侧0~3 m范围煤体发生塑形破坏、3~6 m范围为弹性核区、6~10 m范围靠近8409采空区承载能力弱,因而在8407回风巷掘巷期间采用锚杆+长短锚索一次支护,回采期间对煤柱帮进行3 m钻孔注浆加固二次支护,现场实测数据显示,8407回风巷沿空掘进期间围岩变形量较小,回采期间顶板、注浆加固煤柱帮、实体煤帮最大变形量分别为0.20、0.05、1.00 m,围岩变形处于可控范围,实现了综放工作面安全高效回采。     

综放工作面沿空煤柱合理宽度及注浆加固技术研究

针对阳煤五矿留设较大宽度沿空护巷煤柱,受采动影响巷道围岩变形破坏严重的情况,通过理论分析提出了煤柱合理宽度的计算公式并计算得出8407综放工作面沿空护巷煤柱的合理宽度是10m。通过物理相似模拟对比研究煤柱注浆与未注浆两种情况下10m沿空护巷煤柱以及上覆岩层在回采过程中的变形与破坏规律,得出10m未注浆煤柱虽然能够保证回采安全,但巷道底鼓量较大;注浆加固可提高煤柱的自身强度和整体性,减小塑性破坏区宽度,能够保证工作面的正常回采要求。     

浅埋深特厚煤层小煤柱沿空掘巷强力支护技术研究

根据千树塔煤矿浅埋深特厚煤层地质条件,采用数值模拟并结合工程类比的方法,分析确定该煤矿沿空掘巷护巷煤柱宽度为8 m。提出了千树塔煤矿小煤柱沿空掘巷护巷的基本支护思路：保证围岩整体有足够的支护强度和刚度;薄弱部位进行重点控制;遵循控制效果与经济成本的合理平衡原则。提出了千树塔煤矿小煤柱沿空掘巷护巷高预应力强力支护技术方案并进行了现场实践,结果表明：运输巷道掘进期间围岩整体变形量在100 mm以内;工作面回采期间围岩最大变形部位为煤柱侧帮,最大位移量约为295 mm。实现了巷道掘进和工作面回采期间运输巷围岩的稳定与安全。     

综采放顶煤沿空留巷矿压规律分析

以山西晋城地区首个综采放顶煤沿空留巷为研究背景,对沿空留巷二次回采过程中的巷道变形和顶帮压力变化进行系统分析,得出无煤柱开采过程中的矿压变形规律:沿空留巷回采时巷道变形以顶底板移近量为主,其中,顶底板变形以顶板臌起为主,两帮变形以煤帮上侧臌出为主;沿空留巷推进前200 m段时,巷道压力区域主要表现在距煤壁超前支护20 ...     

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。     

厚煤层沿空巷道静态及动态叠加围岩控制技术研究

为保证80101工作面回风巷在沿空掘巷及工作面回采期间的围岩稳定,针对回风巷的具体地质条件,在沿空掘巷阶段采用静态支护手段,工作面回采阶段,在原有支护的基础上采用动态叠加支护,对煤柱帮进行锚注加固,对实体煤帮打设卸压孔。结果表明,沿空巷道围岩的变形量得到了有效控制。     

基于3DEC的大采高回采巷道围岩变形特征研究

为探究大采高回采巷道围岩变形失稳特征,通过3DEC数值模拟软件,以22204辅助运输平巷为背景,分别分析了巷道围岩裂隙发育、应力分布、位移分布以及塑性区分布特征。研究结果表明：大采高回采巷道围岩裂隙发育、变形具有非对称性,随着工作面向前推进,巷道围岩位移量不断增大,其中较大水平位移向巷帮中上部及顶板位置转移,且靠近煤柱一侧巷帮水平位移、裂隙发育较为显著;采动影响下巷道围岩发生了一定程度的剪切破坏,导致其煤岩体应力释放,且煤柱长期处于高应力状态,因而靠近煤柱一侧的巷帮及巷道顶板塑性破坏较为严重和频繁。基于此,明确了大采高回采巷道围岩变形的重点防控区域,为该类巷道围岩稳定性控制提供参考。     

庞庞塔矿厚煤层沿空巷道窄煤柱强控技术与应用

庞庞塔矿10-704工作面正巷采用窄煤柱沿空掘巷,工作面回采期间,巷道变形严重,直接影响到工作面的快速推进。本文采用现场调研、理论分析、工业性试验的方法,调研分析了试验巷道生产地质条件和变形破坏特征,揭示了沿空巷道煤柱变形失稳机理,指出动载大小、承载时间、煤柱尺寸以及支护结构是影响煤柱承载性能的关键因素,据此开发了厚煤层沿空巷道窄煤柱强控技术,包括实煤体帮刷扩和局部强控技术、窄煤柱帮锚索梁强控技术,现场应用验证强控技术的优越性,具有重要的研究意义。     

切顶卸压沿空留巷巷旁挡矸支护技术研究与应用

为解决无煤柱沿空留巷巷旁窜矸、难于维护及巷帮变形量大等问题,针对顺和煤矿综采工作面上覆岩层地质特性,并结合矿井以往的施工经验,提出了切顶卸压沿空留巷巷旁挡矸支护技术,主要通过掘进过程中恒阻锚索主动支护、回采前切顶爆破、回采过程中36U型钢棚配合菱形网挡矸支护协同作用,建立顶板主动被动联合支护、巷旁刚性柔性联合支护体系,实现了沿空留巷巷旁支护不蹿矸、巷道变形量小的效果,避免了回采过程中帮部二次扩帮返修的问题。在顺和煤矿2108轨道巷回采过程中的成功实践,为同等地质条件下沿空留巷的支护提供参考。     

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。     

沿空留巷无煤柱回采工艺实践

为了提高工作面煤柱回采量,减少巷道掘进量,店坪煤矿对202工作面决定采用沿空留巷无煤柱回采工艺,对沿空留巷段提出了聚能爆破切顶卸压施工,并采取“恒阻大变形锚索吊棚+支设单体柱+安装挡矸装置”联合支护,工作面回采后通过煤柱回采量、巷道掘进量以及地表塌陷对比分析无煤柱回采可行性。     

沿空留巷巷道底板破坏规律分析

为了研究沿空留巷巷道底板破坏规律,确保巷道的稳定性,分析了巷道底板塑性区扩展规律以及确定围岩破坏程度指标,采用FLAC^3D数值模拟软件,对沿空留巷巷道底板破坏规律进行了分析,研究了煤柱及沿空巷道底板塑性耗能比率变化规律。研究得出,沿空巷道掘进期间,巷道底板产生较大的塑性区,其底角的塑性区高于底板中线的塑性;靠近实体煤柱侧的巷道底角变形破坏范围和变形破坏程度低于靠近采空区侧的巷道底角变形破坏范围和变形破坏程度。     

综放工作面多巷布置双煤柱合理留设宽度研究

为确保神东保德煤矿81505综放工作面多巷布置方式下巷道的稳定与安全,采用FLAC^3D数值模拟软件,建立数值模拟模型,研究分析了单巷布置方式下沿空煤柱宽度为15.0、20.0、25.0、30.0、35.0 m,以及多巷布置方式下巷间煤柱宽度为7.5、10.0、12.5、15.0、17.5 m时的围岩应力分布、变形及塑性区的分布规律,对比得到沿空煤柱和巷间煤柱的合理尺寸。研究结果表明：在沿空煤柱宽度为25.0 m、巷间煤柱宽度为12.5 m的条件下,煤柱内应力水平较低,煤柱稳定且巷道变形量较小。基于非对称支护原理,提出了适用于保德煤矿81505综放工作面回采巷道的锚网索联合支护方案,工程应用结果表明,工作面回采期间巷道围岩变形可控,煤柱整体稳定,说明所留设的煤柱宽度与支护参数选择合理。     

深部倾斜煤层沿空掘巷围岩变形特征与控制技术研究

通过对深部倾斜煤层沿空掘巷掘、采两阶段围岩应力场与位移场的分析,揭示了该类巷道围岩非对称大变形特征：窄煤柱帮与底板变形量远大于实煤体帮及顶板,巷道整体断面收敛率大。产生该变形破坏特征的原因：1)巷道埋深大,围岩处于较高的应力环境中;2)护巷煤柱宽度及支护阻力过小,使其过早进入残余承载阶段;3)无支护底板作为变形破坏能量主要释放通道,加剧了巷道顶帮围岩整体下沉。通过对不同宽度护巷煤柱方案的数值模拟,合理确定了试验巷道护巷煤柱宽度及试验巷道支护技术与参数。工程实践表明,采用新支护技术后,巷道窄煤柱与底板非对称变形大变形得到了有效控制,保持了巷道长期稳定。     

软弱夹层厚度对巷道围岩稳定性影响研究

为得出软弱夹层厚度对巷道围岩稳定性影响规律,以3_上712工作面运输巷为工程背景,采用数值模拟和现场监测等综合研究方法,研究了不同软弱夹层厚度与巷道围岩变形特征及应力分布之间关系,并对3_上712工作面运输巷提出了支护优化措施。结果表明,随着软弱夹层厚度的增加,巷道顶板上方下位坚硬岩层区域应力值逐渐减小,巷道顶板塑性区破坏面积逐渐增大;且不同软弱夹层厚度会导致不同的顶板破裂形态,巷道含软弱夹层顶板出现了明显的非连续破坏,顶板破裂区具有明显的隔层扩展特性。经现场实践,巷道位移量在40 d后基本趋于稳定,巷道的顶板、两帮及底鼓量分别达到53 mm、46 mm、41 mm,有效控制了巷道围岩变形量。     

倾斜厚煤层沿空巷道变形破坏特征及支护控制技术研究

为解决倾斜厚煤层沿空巷道支护难题，以新疆硫磺沟煤矿(4-5)06工作面轨道巷为工程背景，根据巷道实际工程地质条件，运用FLAC^3D软件模拟研究沿空巷道4 m和7 m小煤柱情况下的围岩变形破坏特征，巷道围岩呈现出明显的非对称变形破坏，尤其是沿空小煤柱侧帮部和顶板肩窝变形严重，进而揭示了倾斜厚煤层沿空巷道变形破坏特征。基于此，提出了倾斜厚煤层沿空巷道围岩深部+浅部+表面多层次支护控制技术，对现有支护方案进行了优化。数值模拟和现场试验结果表明，该支护方案实施后巷道围岩变形控制效果显著，特别是煤柱侧变形破坏的有效改善，确保了巷道的安全使用。