新达煤矿采空区下复合顶板切顶留巷技术研究

当沿空留巷顶板为软岩类复合顶底板时,由于侧向压力作用,顶板下沉、底板鼓起现象明显增多,沿空留巷效果较差。本文通过分析软岩类复合顶板沿空留巷变形原因,提出了通过高强高刚高预应力巷内基本支护、巷旁恒阻锚索+W钢带支护、小直径全长预裂切顶技术、底板控制技术等综合技术措施,解决此类顶底板条件下切顶卸压沿空留巷技术难题。基于关键参数的优化研究,提出了新达煤矿采空区下复合顶板切顶留巷的设计参数,应用到工程现场,取得了良好的留巷效果,满足了二次复用的要求,可为同类条件留巷提供有益的借鉴。     

厚层软岩断顶充填沿空留巷关键参数研究

针对厚层软岩顶板沿空留巷的技术难题,提出厚层软岩顶板断顶充填沿空留巷技术,创建"断顶卸压+巷旁垮落充填"沿空留巷围岩协调控制方法,构建厚层软岩断顶充填沿空留巷数值模型,研究断顶角度和预制裂缝间距对实体煤壁支承应力、巷旁垮落充填体稳定性对覆岩变形规律的影响。研究结果表明:断顶角度为5°时,减小了充填体上方岩层回转变形的空间,减小了剪切破坏区,缓解了采空侧顶板下沉剧烈程度;预制裂缝间隔为1 m时,在工作面后方,顶板岩层预制裂缝能及时扩展贯通,在巷旁形成垮落充填结构,采空侧垮落岩体抑制上覆岩层的弯曲下沉,减弱应力集中,压力变化幅度较小。研究成果在常兴煤业取得成功应用,监测结果显示在工作面后方70～80 m处,围岩变形趋于稳定,顶板没有明显离层、错位现象,巷旁垮落充填体结构稳定。     

华晋焦煤在全国首创双巷切顶成巷技术

华晋焦煤有限责任公司与中国科学院何满潮院士团队及太原理工大学等科研院校加强技术合作,开展高突近距离煤层群大采高双巷切顶成巷智能化无煤柱开采及瓦斯与火灾共治关键技术研究,在国内首创双巷切顶成巷技术。双巷切顶成巷技术主要通过在轨道巷、胶带巷双巷进行爆破定向切缝,在局部范围切断工作面顶板应力传递,减弱巷道顶板压力。     

中厚煤层软硬复合顶板切顶卸压沿空留巷关键参数优化研究

中厚煤层软硬复合顶板地质条件复杂，切顶留巷后极易出现采空区顶板分层垮落、二次垮落以及留巷变形严重等问题。为解决这一难题，以新驿煤矿1706工作面为工程背景，从切顶留巷关键参数选取方面展开系统研究。从煤层厚度和顶板岩层分布入手，分析判断影响切顶留巷效果的因素主要为切顶高度和炮孔封堵长度与封堵方式；基于岩石碎胀自承特性原理，初步设计切顶高度，再建立含裂缝复合顶板岩梁断裂力学模型，理论分析切顶高度与复合顶板断裂间的关系；基于炮孔封堵作用机理和爆破破岩机理，针对软硬复合顶板岩层提出分段封堵炮孔的思想，推导出软岩段和硬岩段封堵长度计算方法。现场试验和监测数据表明：切顶关键参数为切顶高度8.5 m,硬岩段封堵0.5 m,软岩段封堵1.5 m,按这些参数实施切顶后，孔内裂缝连续，裂缝率达到了92%;切顶后锚索受力稳定在172 kN,顶板最终离层量为35 mm,相较于未切顶段分别降低了23%和55%,复合顶板顺利一次垮落，留巷效果良好。     

煤系地层高岭岩沿空留巷技术

在煤系地层高岭岩工作面运输巷试验沿空留巷技术，沿空留巷的顶板支护方式不同以及巷旁充填构筑物不同，对顶板岩层活动及沿空留巷变形差异大。实践表明，采用锚杆(索)梁网联合支护和人工构筑木垛、走向双抬棚的巷旁充填体、有利于沿空留巷顶板稳定和下区段回收材料，取得明显的经济和社会效益。     

薄煤层切顶卸压沿空留巷技术研究与实践

以东曲矿19109工作面为工程背景,结合矿井煤层顶底板条件对薄煤层切顶卸压沿空留巷技术进行研究与实践,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,降低了对留巷段的应力。切顶卸压沿空留巷技术的成功应用,解决了东曲矿沿空掘巷顶板难于控制和生产接替紧张的问题。     

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。     

切顶卸压留巷技术在泰山隆安煤矿11301工作面应用

沿空留巷技术的实施可有效解决预留煤柱问题,减少资源浪费。由于顶板上覆岩层连续性,采空区垮落后未导致留巷上覆岩层应力紊乱。为解决该问题,以泰山隆安煤矿11301工作面留巷为研究对象,运用数值模拟的方法模拟研究采用切顶卸压技术和不采用该技术巷道上覆岩层应力云图,并在11301回风巷实施了切顶卸压技术,实施完成后进行了效果考察,考察结果显示,运用爆破技术形成的切顶卸压裂隙有效解决了留巷上覆岩紊乱的现象。     

深部综放开采软岩巷道切顶卸压自成巷技术研究

针对鸟山井田深部综放开采软岩巷道支护难度大的难题,阐释了深部岩层非线性的应力应变特征,在综放面采用切顶卸压自成巷技术,同时采用理论分析、数值模拟和工程试验,研究了深部留巷的可行性,将留巷过程分为三个区并提出了针对性控制对策。将该技术在鸟山煤矿11031综放工作面回风巷道进行现场试验,现场监测结果表明：该巷道从掘进开始到回采结束,顶板下沉量表现出切缝侧大于巷中大于实体煤帮的规律,最大下沉量分别为155,128,81 mm,顶板离层量稳定时约119 mm,数值模拟结果表明切缝后顶板最大下沉量为175mm,有效控制了深部软岩巷道围岩变形,各项监测指标良好,验证了针对该综放面深部留巷设计的正确性。     

深井沿空留巷充填区顶板支护技术

回采工作面瓦斯超限问题是煤矿生产的主要安全隐患之一,沿空留巷可以有效解决这一问题。充填区顶板支护是深井沿空留巷必须重视的关键问题。首先介绍了深井沿空留巷围岩破断过程中所存在的回转规律,并对深井沿空留巷充填区顶板受力情况进行分析,而后阐述了沿空留巷顶板控制基本原理及技术,以期为深井沿空留巷充填区顶板支护提供建议。     

三软煤层底板岩巷变形分析与加固技术

基于料石砌碹拱形支护的三软煤层底板岩巷易发生变形,为有效控制软岩巷道变形量,减少巷道维护次数,通过对米村煤矿-150 m水平水仓硐室围岩物理化学性质分析、地质构造和原支护形式及巷道破坏特征分析,分析了巷道失稳的主要原因,基于巷道围岩松动圈支护理论和软岩工程支护原则,提出了适合于软岩巷道的锚网索＋喷浆壁后注浆＋可缩性U型钢支架的联合加固技术,经连续3个月的巷道变形监测,巷道帮部最大水平位移37 mm,顶底板最大移近量52 mm,此联合加固技术能有效控制软岩巷道变形。     

高膨胀松软围岩巷道支护技术

为了解决高膨胀松软围岩巷道顶板变形量大、锚杆脱落失效等问题,利用工程类比分析、数值模拟等方法对高膨胀软岩巷道稳定性影响因素及锚杆支护技术进行了研究。研究结果表明:高膨胀松软岩层强度低,遇水易膨胀软化,是顶板破坏失稳的内因,围岩高集中应力及支护强度不足是外因,可通过优化巷道布置方式、加强支护提高巷道稳定性。研究确定了高膨胀软岩巷道树脂加长锚固锚杆锚索组合支护方案,主要参数为:锚杆间排距800 mm×900 mm,锚杆预紧扭矩不小于400 N·m;锚索间排距1 600 mm×1 800 mm,每排2根,锚索预紧力为200~250kN,并将设计支护方案进行了现场试验,取得了良好的支护效果。     

坚硬顶板1-1022巷锚网索梁主动控制技术研究

为充分发挥巷道围岩自身承载性能,以1-1022巷为工程背景,分析了坚硬顶板下巷道主动控制的可行性,以强化直接顶松软岩层、充分利用基本顶坚硬岩层为理念,以高强度、高预紧力锚杆主动支护和预应力锚索强化支护为核心,开发了坚硬顶板下锚网索梁主动控制技术,有效控制了试验巷道围岩变形。     

富水弱胶结软岩巷道围岩变形破坏特征分析

弱胶结软岩巷道围岩稳定控制是煤矿安全生产需要解决的一个技术难题。为研究弱胶结软岩巷道围岩的变形破坏特征以及合理的支护技术,以色连二矿12307巷道为研究背景,考虑采空区积水下渗对弱胶结软岩强度的影响,采用FLAC^3D对“锚杆索网”以及“钢筋网+全锚索+混凝土地坪”两种支护方案下弱胶结软岩巷道的应力、变形、塑性区等分布特征进行了数值模拟分析。研究结果表明,常规“锚杆索网”联合支护下富水弱胶结软岩巷道很难维持自身的稳定,其围岩变形量以及破坏范围将随着巷道的向前开挖而持续增长,最终在顶板、底板、两帮出现的最大位移分别为630、410、155 mm,而塑性区深度则可达5.9、4.0、6.0 m。而“钢筋网+全锚索+混凝土地坪”联合支护下,富水弱胶结软岩巷道则在巷道开挖后会迅速保持稳定,并且其在顶板、底板、两帮出现的最大位移分别为37.0、31.2、9.8 mm,塑性区深度仅为2.0、1.5、1.1 m。应用表明,采用“钢筋网+全锚索+混凝土地坪”联合支护能够有效控制富水弱胶结砂质泥岩的泥化现象,有利于巷道的掘进与使用安全。     

深井软岩支护新技术的研究与实践

按传统的支护理论,软岩巷道支护3个月后即等到巷道围岩释放压力后进行锚注。刘庄煤矿西区井底车场和主要大巷在井深800 m左右,巷道岩性极软,施工时极易发生冒顶和掉顶,按传统的锚注方式,巷道施工后变形量较大,严重影响巷道正常使用,主要表现在:顶板下沉、浆皮开裂、底鼓严重、巷道断面变小,形成的安全隐患较多,巷修工作量加大,投资成本增加。刘庄煤矿针对这一情况,从深井软岩巷道稳定性控制角度,优化支护技术,采用掘注一体化、管缝锚杆、锚索束支护新技术,并且取得成功,从而摸索出深井软岩支护一套新技术。     

软弱再生顶板巷道围岩失稳机理及其控制原理与技术

针对软弱再生顶板巷道围岩大变形问题,结合现场调研、室内试验、理论分析等手段研究了软弱再生顶板围岩失稳机理,并提出了针对该类围岩的控制原理、支护原则和支护技术。研究表明:软弱再生顶板具有自稳平衡拱结构,但极其不稳定。在扰动作用下快速松散、破碎,表现出局部到整体的连锁失稳特征。基于再生顶板围岩条件提出再生顶板"抛物线-半双曲线"扩展力学模型,即再生顶板平衡拱边界在纵向上以"抛物线"形式向上扩展,横向上以"半双曲线"形式延伸。巷道底臌使得两帮整体下沉或两帮肩角处破坏造成再生顶板自稳平衡拱结构不断地向围岩深部转移。根据该模型计算发现,此时棚架上的载荷增加更快。再生顶板松散范围的非线性增加使得棚架上的荷载急剧增加,围岩变形量增大,最终导致巷道整体失稳。因此,提出了"护底→固帮→控顶"的软弱再生顶板围岩控制基本原理。结合州景煤矿再生顶板巷道实际情况,通过疏干排水防止底臌、改善棚架结构加强帮、顶支撑,形成了"强化整体约束、优化棚架结构和架间协同控制"的支护原则,具体形成了"双层金属网+预支撑囧型棚架+可缩性纵向连接器"的组合支护技术,经工程试验表明该支护技术可有效控制软弱再生顶板巷道围岩初期的稳定,后期回采时建议采用"三支一体"支护体系进行加强支护,控制再生顶板围岩回采期间的稳定。     

深部软弱破碎复合顶板煤巷稳定控制技术

针对深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷易冒顶、大变形、难支护等特点,基于锚杆和锚索支护理论,提出了兼具组合梁和组合拱承载效应的梁-拱锚固承载结构,分析了梁-拱锚固结构的几何特征,揭示了不同锚固参数条件下梁-拱锚固结构的形成过程及演化规律,反映了不同支护形式下煤巷顶板的锚固结构效应。采用FLAC~(3D)模拟研究了4种支护技术方案条件下深部软弱破碎复合顶板煤巷围岩位移与塑性区损伤扩展演化规律,揭示了不同支护技术方案对矩形断面煤巷围岩的控制效果,验证了采用基于梁-拱锚固结构的深部软弱破碎复合顶板矩形断面煤巷支护技术方案的合理性,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"梁-拱锚固结构"支护技术方案有效地控制了深部软弱破碎复合顶板煤巷离层与大变形,维持了深部软弱破碎复合顶板煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。     

软弱厚煤层巷道变形特征及支护技术

针对软弱厚煤层巷道支护中存在的问题,分析了软弱厚煤层巷道变形破坏特征,提出采用由高预应力锚杆、单体锚索、锚索桁架组成的联合支护系统。以金海洋公司5203巷道为例,分析了生产地质特征,并将该套支护系统应用于现场支护试验,试验结果显示顶板控制效果良好,对同类巷道的支护设计具有一定的参考价值。     

多类型复合顶板锚杆预应力场分布特征及支护优化

针对煤矿巷道顶板岩层结构的多样性与复杂性,通过大范围顶板原位强度测试和围岩结构窥视,对巷道顶板结构类型进行划分,对比分析了不同顶板类型和锚固参数下锚杆预应力场的分布特征,对复合顶板巷道锚固参数进行了优化,结果显示:晋能集团阳泉矿区主采煤层巷道顶板类型可分为软弱型、软硬相间型、下硬上软型和硬软相间型;无论是单一岩层还是复合岩层,锚杆预应力整体上呈“两拉一压”的分布特征;在复合岩层中,层理面是阻碍锚杆支护应力传递的主要因素,层理面越多,形成的有效压应力范围越小;通过施加高预紧力和使用大护表构件,可以有效扩大锚杆压应力区范围;通过调整锚固长度或锚杆长度,使层理面位于压应力较高的区域,可以有效避免巷道顶板垂向离层和水平错动。以软弱型顶板巷道为例,开展复合顶板巷道围岩锚固支护优化现场实践,验证了理论研究的可行性。     

深井软岩巷道顶板深部围岩矿压规律及对策

随着矿井开采深度增加,软岩巷道变形加快,维修费用增加,制约着矿井的高产高效生产。结合某矿1203工作面运输顺槽底板瓦斯抽排巷地质条件,对深井软岩巷道顶板深部围岩矿压进行了观测,观测内容包括深部围岩位移和分区破坏情况。在对实测数据分析的基础之上,得出巷道顶板深部围岩位移演化规律和分区破坏规律。通过对观测成果进行分析,提出了巷道掘进和支护对策,要求改变现有的巷道支护方案并提高施工队伍素质与水平。