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。     

鹿台山煤矿切顶卸压无煤柱成巷技术应用分析

针对鹿台山煤业2号煤层留设区段煤柱护巷造成资源浪费以及由于留设区段煤柱产生较强的应力集中危害生产等问题,经过查阅大量的相关文献以及大量的矿井调研,提出切顶卸压无煤柱开采技术;并通过分析切顶卸压的作用机理,提出本矿的切顶卸压的具体参数以及相应的支护方式;通过现场观测表明所选用的参数较为合理。     

切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术在不同顶板条件下的应用与实践

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,进行了切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术实践。给出了厚顶板煤层合理切顶深度的经验计算公式,并实现了近距离薄顶板煤层切顶卸压自动成巷,提出了完整的切顶卸压自动成巷施工工艺。切顶卸压自动成巷巷道在下一工作面回采期间变形量较小,取得了良好的技术经济效益。     

动静耦合作用下无煤柱切顶留巷顶板成缝与稳定机理

无煤柱切顶留巷开采核心工艺为超前工作面采用预裂爆破技术切断巷道顶板与采空区顶板力学联系。基本顶预裂爆破期间是动静耦合作用的过程,动静耦合作用下既要保证基本顶炮孔连线间形成贯通裂缝,达到切顶效果,同时还要保证巷道基本顶稳定,装药长度与炮孔间距是决定性因素。以安徽祁东煤矿7135工作面为工程背景,基于岩层中应力波衰减公式,分析了基本顶预裂爆破成缝机理,并以此建立基于抗拉强度的成缝判据,确定基本顶成缝时装药长度及炮孔间距的最小量化关系。基于预裂爆破过程基本顶受力特征,建立基本顶动静耦合作用力学模型,获得耦合作用下基本顶应力计算公式,分析了动载作用下基本顶不同时间应力分布规律,揭示了爆破应力波在基本顶内呈拉、压交替变换且巷道基本顶同一位置持续受到拉、压应力脉冲作用的传播规律;分析了静载作用下基本顶拉应力分布与不同侧向应力集中系数关系,揭示极限平衡区应力集中系数仅对巷道基本顶局部拉应力分布有影响(03.0 m)的规律;分析了巷道基本顶稳定机理,并以此获得巷道基本顶稳定判据,确定巷道基本顶稳定时装药长度及炮孔间距的最大量...     

切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术研究与应用

为解决高瓦斯煤层群开采保护层遗留煤柱所带来的冲击地压、煤与瓦斯突出等事故,提出了切顶卸压沿空留巷无煤柱开采的技术方案,实践表明:切顶卸压沿空留巷技术实现了对采场的卸压作用,成功地保留了工作面机巷作为邻近工作面风巷,消除了保护层遗留煤柱带来的不利影响,并为以后沿空留巷技术和切顶技术的应用提供借鉴。     

店坪煤矿切顶卸压无煤柱护巷技术应用

以店坪煤矿9#煤层9-100工作面开采为工程实例,为提高采出率,拟在该工作面回风巷应用切顶卸压无煤柱护巷技术;通过理论计算与实践分析,确定了切顶卸压技术的关键参数;实践表明,护巷达到预期效果,经济效益增收显著.     

中厚煤层复合顶板切顶成巷无煤柱开采技术

为了解决因工作面回采巷道掘进量大而导致矿井衔接紧张,以及工作面区段煤柱过大、资源损失严重的问题,基于塔山矿8304工作面地质条件和工作面及巷道上覆岩层变形特征,探讨了中厚煤层复合顶板切顶成巷无煤柱开采技术工艺参数,包括切缝钻孔施工深度、切顶爆破技术参数、恒阻大变形锚索补强支护参数、以及切顶留巷补强支护参数等。并进行了现场工业性试验,结果表明:塔山矿8304工作面正常回采时,工作面日均推进为6～8 m;切顶留巷巷道成型效果好,巷道围岩变形、顶板离层均不大,能够满足巷道安全使用要求;锚索受力良好,没有出现锚索拉断现象。     

直接硬厚顶板条件下无煤柱沿空留巷预裂爆破顶板控制技术

针对直接硬厚顶板条件下无煤柱开采沿空留巷存在的问题,提出了利用深孔预裂爆破技术进行顶板控制的机理、方法以及配套支护技术研究,并成功实施工业性试验,有效的解决了直接硬厚顶板条件下无煤柱沿空留巷顶板控制的难题。研究成果有效的解决了矿井安全过程中的难题。     

轿子山矿切顶卸压沿空留巷技术

为提高煤炭资源采出率、减少巷道掘进量、缓解采掘接替紧张,轿子山矿决定采用切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术。通过理论和数值计算对爆破卸压的机理进行研究,揭示切顶卸压沿空留巷围岩活动规律,确定预裂爆破合适孔深为4 m。采用"超前爆破预裂顶板+单体锚索补强+液压支柱配合铰接顶梁+预筑混凝土砌块墙体"支护进行留巷。实践表明该技术在轿子山矿取得了重大成功,经济社会效益显著。     

城郊煤矿大深度中厚煤层切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术研究

依据21304工作面大深度中厚煤层的具体工程地质条件,对切顶卸压自成巷技术进行了研究,并配套研发出相关实用的关键技术。主要研究了深部工程地质条件,大深度中厚煤层恒阻大变形锚索支护机理及关键技术,大深度中厚煤层预裂爆破切缝机理及关键参数设计,大深度中厚煤层切顶卸压自动成巷工艺及设备配套,大深度中厚煤层切顶卸压远程监控系统设计及矿压显现规律,大深度中厚煤层切顶卸压岩石碎胀规律,研究改变传统的开采模式,提高资源采出率,缓解采掘接替紧张局面,为工作面瓦斯治理和防治水工程开展赢得时间。     

柠条塔煤矿切顶卸压自成巷技术研究及应用

基于"切顶短臂梁"理论,以柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面为工程背景,成功试验了不掘顺槽巷道、不留煤柱的切顶卸压自成巷新技术。该技术通过从根本上改变传统长壁开采技术的工艺体系和装备体系,利用其关键工艺和配套的装备系统在工作面回采过程中一边采煤一边自动形成顺槽,最终对全盘区所有工作面实现无巷道掘进和无煤柱开采。并根据现场生产和工程地质条件,确立了试验工作面的关键技术参数。结合现场生产和应用效果,验证了其技术的可行性和优越性。在提高资源回收率、缓解采掘接替紧张、降低应力集中等方面优势显著,具有广阔的应用前景。     

金谷矿预裂切顶沿空留巷巷旁切顶阻力及支护方案确定

为了使煤炭资源得到充分回收,缓解煤炭资源短缺的问题,在山西金谷煤矿10901采煤工作面采用前预裂切顶卸压沿空留巷技术,在介绍预裂切顶沿空留巷技术原理、施工工艺流程的基础上,结合该工作面地质条件,以结构力学理论为基础,分析采煤工作面沿空留巷巷旁切顶阻力计算模型,并通过计算得到巷旁切顶阻力为460 kN,在此基础上,详细设计了沿空留巷旁单支护技术方案。将巷旁支护方案应用到井下工程实践,采用现场检测的手段对巷道围岩移动变形进行监测,发现巷道顶底板位移和两帮位移均在合理范围内,满足下区段的工作面生产要求。     

韩家湾煤矿切顶卸压沿空留巷技术应用

为进一步提高煤炭资源回收率,以韩家湾煤矿214201工作面应用沿空留巷开采技术为背景,为确保工作面成功留巷,在工作面实施爆破切顶卸压技术实践。结合煤层顶底板岩石物理力学性质,通过理论分析与现场试验确定切顶卸压爆破技术参数,在实施爆破切顶前采用恒阻大变形锚索加强切顶侧顶板支护,之后采用爆破切缝技术定向切顶卸压。现场监测结果表明,爆破切顶卸压之后,顶板能够按照预定的方向切缝,在工作面回采过程中,通过对留巷支护参数及形式的设计,最终所留巷道效果明显,达到了沿空留巷的目的。     

长壁开采切顶短壁梁理论及其110工法——第三次矿业科学技术变革

为了深入了解近距离煤层群切顶留巷上覆岩层应力及变形演化规律,以白皎煤矿B₄煤层、B₃煤层、B₂煤层切顶成巷巷道2442、2443及2444运输平巷为研究对象,开展了3层煤回采巷道开挖物理试验研究,结果表明：①上煤层巷道切顶后,顶板卸压; 煤层开挖后,采空区顶板垮落并支撑巷道顶板,顶板增压; 煤层继续开挖,覆岩断裂,顶板卸压; 巷道顶板应力依次经历卸压、增压及卸压过程,其中,高位顶板应力增加较大,应力较高。②中部巷道切顶及煤层开挖后,上覆岩层压力同时向上煤层巷道围岩及本巷道采动破碎压实围岩转移,并在两巷道之间的上覆岩层中形成应力增高区。③下煤层巷道切顶及煤层开挖后,巷道围岩破坏严重,无集中应力,受前两次开挖卸压影响较大。④上覆岩层沿层理面出现错动变形,同时出现垂直拉伸剪切裂纹,采动影响越大,裂纹扩展程度越大。

     

极近距离煤层下层煤采场顶板结构与控制

针对近距离煤层开采时,上层煤开采会对下层煤产生采动影响,导致下层煤邻近回采巷道围岩变形等问题,提出了近距离煤层错层位切顶卸压护巷技术。分析了错层位切顶卸压护巷技术原理,推导出近距离煤层错层位切顶高度的计算公式,给出错层位切顶的关键参数,研究了错层位切顶卸压护巷效果。结果表明：通过错层位切顶主动调控顶板断裂位置可缩短悬臂梁长度,同时切落后的岩石因受到采空区与夹层的缓冲作用减少能量向下传递,有效保护了下层巷道的围岩稳定;错层位切顶高度的确定需考虑顶板垮落的矸石对本层位空区与下分层空区的充填效果,以及层间岩石的垮落影响。现场工业性试验发现,错层位切顶后,动压巷道底鼓量由3.0 m降至0.5 m左右,降幅为83%。

     

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。     

带有导向孔的浅孔爆破在留巷切顶卸压中的应用研究

厚层坚硬顶板切顶卸压是优化沿空留巷围岩应力和结构有效途径之一,将导向孔应用到切顶卸压中是新的尝试。基于浅孔爆破沿空留巷切顶卸压机制,利用LS-DYNA数值模拟与理论分析相结合的方法,分析了导向孔作用机理,探究了参数选取对爆破效果的影响。研究结果表明:导向孔增加了自由面,对炮孔连线方向上的切向应力影响明显,提高了炮孔间裂隙贯通率和炸药能量利用率;装药孔不耦合系数取1.31时可充分发挥导向孔应力集中效应;最大切向拉应力与导向孔直径呈正变关系,但对远离导向孔的位置影响微小。根据岩石的动态抗拉强度,确定装药孔间距1.2 m。     

柔模混凝土沿空留巷和切顶卸压沿空留巷对比分析

沿空留巷是煤矿开采技术的一项重大改革。城郊煤矿21404轨道巷在沿空留巷期间,采取柔模混凝土沿空留巷和切顶卸压沿空留巷2种沿空留巷工艺方式,为了获知2种沿空留巷工艺的优缺点,经过一段时间的施工,从成本、施工工艺、劳动强度和留巷效果等方面进行对比。对比分析研究得出,对沿空留巷进行改进,优化施工步骤,降低了施工难度和成本及职工劳动强度,消除了作业过程中的危险步骤,保证了作业安全。     

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。     

定向预裂卸压技术在预切顶沿空留巷中的应用

针对坚硬顶板下的沿空留巷顶板预裂卸压问题,以某矿20916工作面为背景,提出采用隔震定向爆破卸压技术,结合定向预裂理论对20916工作面进行深孔定向爆破并确定关键参数,利用断裂力学和爆破基础理论推导出了炮孔深度、单孔装药量的合理范围和炮孔间距的表达式,实现了聚能和隔震,并成功运用在实际生产中。研究为同条件的定向预裂的沿空留巷起到积极的推广借鉴作用。