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。     

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。     

塔山煤矿复合坚硬顶板切顶留巷围岩变形机理及控制技术研究

以大同矿区塔山煤矿8304工作面切顶留巷为工程背景,综合采用理论计算、数值模拟及现场监测等方法对切顶留巷围岩的变形机理进行了分析,并提出了相应的控制技术。沿空顺槽实施切顶后,留巷顶板形成短臂梁结构,巷道整体处于卸压状态。切顶形成的切缝结构面阻断了采空区顶板压力传递到实体煤帮的路径,降低了煤帮应力集中程度,从而较大幅度减弱了实体煤帮及底板的变形;顶板最大变形集中在切缝侧,但下沉量有所减小;矸石帮变形分为垮落阶段的冲击变形和稳定阶段的缓慢变形,变形先急剧增大,后缓慢增加至稳定。基于对留巷围岩的变形分析,提出了对留巷顶板实施恒阻大变形锚索加强支护以控制顶板下沉,垮落矸石帮侧布置单体支柱配合11#工字钢与钢筋网片防冲护巷,煤帮采取左旋无纵筋螺纹钢锚杆加固处理及底板采用C20混凝土硬化的综合控制技术。现场监测留巷断面尺寸约为2 834 mm×4 615 mm,较原巷道断面最大收缩率为15.6%。监测结果表明:该控制技术能够有效控制围岩变形,所留巷道完全满足复用生产需求。     

厚硬顶板沿空留巷切顶参数优化及围岩控制方法研究

针对厚硬顶板沿空巷道切顶参数不合理导致的工作面悬顶及巷道围岩变形问题，文章采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合方法对沿空巷道切顶参数优化及围岩控制方法进行了研究。结果表明：厚硬基本顶未切顶部分所受拉应力大小与切顶高度及切顶角度密切相关，原切顶参数无法满足顶板顺利垮落需求，需合理优化切顶参数；由此确定合理的切顶高度与角度分别为9 m与15°,并提出了巷道顶板“锚杆索+钢筋网+梯形钢筋托梁”补强支护及两帮“锚杆+可缩U型钢+金属网+单体支柱”联合支护方法。通过现场实践，优化后的切顶参数裂缝率达80%以上，沿空巷道围岩控制效果显著，保障了工作面安全高效回采。     

倾斜软硬交互岩层双基本顶切顶留巷围岩控制技术研究

对倾斜软硬交互岩层双基本顶切顶留巷围岩控制难题，阐明了该地质条件下采空侧-顶板-实体煤帮综合护巷机理，针对性地提出了采空区侧“U型钢插顶插底+高强锚索补强+金属网挡矸护帮”、留巷顶板“槽钢桁架锚索+切顶锚索+单体柱撑顶”、实体煤帮“槽钢桁架锚索强力锚固”的综合控制技术；提出了布孔形式、布孔间距及角度、布孔深度、装药参数及封泥长度等爆破切顶参数。现场结果表明：9.5 m深度的切顶孔利于倾斜软硬交互岩层切顶留巷围岩控制，切缝侧顶板与实体煤帮稳定后的最终变形量约为192 mm与119 mm，保证了下工作面安全回采。     

大采高采场切顶卸压小煤柱护巷技术研究与应用

为解决大采高工作面强动压影响工况条件下小煤柱沿空掘巷维护难题,以阜生煤矿1102大采高工作面1106沿空掘巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟及现场实测的方法,研究采空区侧顶板断裂对小煤柱护巷围岩稳定性的影响。建立了沿空掘巷侧向顶板断裂及煤柱载荷计算模型,得到煤柱载荷与采空区顶板断裂角呈线性递增的关系;基于切顶卸压沿空掘巷原理,提出采用切顶方法来减小煤柱载荷,达到卸压效果;计算得到1106工作面沿空掘巷煤柱宽度为8.0 m,对切顶卸压效果进行了数值模拟分析,认为经切顶处理后小煤柱及巷道煤帮侧应力峰值减小了23%,巷道顶底板及两帮变形得到了有效的控制;对切顶卸压小煤柱护巷技术进行了现场评价,现场应用结果表明切顶后的巷道顶底板移近量最终稳定在377 mm,两帮变形量稳定在242 mm左右,处于可控范围,巷道维护效果良好。切顶卸压小煤柱护巷技术的应用,实现了大采高工作面的安全高效开采。     

李家楼煤业煤柱合理宽度确定及切顶卸压方法研究

针对李家楼煤业综采工作面煤柱尺寸留设大及巷道变形严重问题,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,研究了1206工作面煤柱合理宽度及其切顶卸压方法。结果表明：对1206回风顺槽实施切顶后,侧向支承应力集中系数可由切顶前17.3 MPa降至12.1 MPa,切顶可取得明显的卸压效果;对于10 m煤柱宽度,巷道处于应力降低区且整体变形较小,确定合理煤柱宽度为10 m。在此基础上,研究提出了超前深孔预裂爆破切顶方法,以及巷道顶板采用“锚杆+金属网+W钢带+锚索”联合支护,两帮采用“锚杆+金属网+钢筋梯子梁+煤柱帮锚索”联合支护方法。通过现场实践,巷道整体变形得到有效控制,实现了工作面安全高效开采。     

宁东矿区坚硬煤岩体工作面综合卸压技术回顾

宁东矿区坚硬煤岩性质顶板造成工作面基本顶悬空面积增大、支架不接顶倾倒、煤壁受压片帮、巷道收缩变形等一系列动力灾害;综合回顾了宁东矿区坚硬煤岩体顶板综合卸压技术发展现状,以金家渠煤矿综采工作面初采期间强制爆破坚硬顶板、羊场湾煤矿采用煤帮大直径钻孔+煤帮爆破钻孔卸压和顶板深孔预裂、金凤煤矿在运输巷采空区侧采用爆破技术进行定向预裂预留巷道、梅花井煤矿对其回风及运输巷采取水压预裂的方式提前切裂超前段顶板为研究对象,探讨爆破及水力压裂两种方式下的围岩弱化、应力转移、诱导矿压破煤的机理及现场试验过程,分析致裂后的岩层结构形态、矿压分布特点,进而探索出一套适合宁东矿区坚硬煤岩体的卸压技术及施工工艺。     

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。     

高强度固帮切顶成巷方法研究

针对无煤柱切顶成巷、煤帮破碎导致巷道大变形等问题,提出了高强度固帮切顶成巷方法,布设锚索提高煤帮自承能力,利用切顶使巷道围岩处于低应力区.以新驿煤矿为背景,首先构建煤帮变形分析模型,研究了煤帮不同破碎宽度与顶板变形间关系,结果表明:煤帮破碎会导致顶板大变形,随煤帮破碎宽度增加,顶板变形速率增加.开展了不同切顶角度、切顶...     

米山煤矿中厚煤层切顶卸压自动成巷技术研究

为研究米山煤矿中厚煤层切顶卸压条件下的沿空巷道围岩及工作面矿压显现规律,有效控制巷道变形和顶板垮落,在15111工作面进行现场试验,确定预裂爆破钻孔间距与装药量;并采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对切顶高度与切缝角度进行分析。结果表明:随着切顶高度的增加,实体煤侧最大垂直应力逐渐减小,应力集中区逐渐远离巷道帮部,顶板卸压范围也有所增大,有利于巷道稳定;切缝角度越大,采空区顶板垮落越充分,从而能更好地支撑上位岩层运动。研究成果在米山煤矿15111工作面的成功实施,对于切顶卸压自动成巷技术在该矿的推广应用具有重要意义。     

深井直角梯形回采巷道变形破坏规律与控制技术

深井倾斜煤层巷道沿顶板掘进形成的断面为直角梯形,针对该类巷道回采过程中的围岩非对称变形和控制问题,以74104工作面直角梯形巷道为工程背景,采用现场实测、理论分析和数值模拟的方法对深井采动影响下直角梯形巷道的变形破坏规律与控制技术进行研究。研究表明：非对称变形破坏主要表现在高低帮变形非对称、高低帮煤壁上下部变形破坏非对称和顶底板变形沿巷道中线非对称3方面,直角梯形巷道的典型破坏方式为高帮上部滑移;采动导致的非对称应力是巷道非对称变形的直接原因,A区(高帮侧采空+低帮侧采动)直角梯形巷道高低帮应力差异可达18.59 MPa,高低帮应力差异与巷道非对称变形呈正相关;直角梯形巷道顶板最大下沉位置向高帮侧偏移,底板最大底鼓位置向低帮侧偏移,高帮变形量显著大于低帮,变形控制重点为高帮侧煤柱;提出“联合支护+高帮补强+低帮卸压”的巷道围岩控制方法满足安全生产要求,现场应用效果较好。     

深部沿空掘巷巷道围岩应力状态及现场实测分析

通过分析阳泉矿区深部矿井15号煤厚煤层巷道围岩地质条件、顶底板岩性特征及煤岩体地质力学参数,采用数值模拟方法研究了不同煤柱尺寸条件下沿空掘巷巷道围岩应力和变形特征,并对沿空掘巷巷道工作面侧帮和煤柱侧帮煤柱应力状态进行了动态监测。结果表明,沿空掘巷巷道工作面侧帮和煤柱侧帮煤应力状态差异较大,其中工作面侧帮煤体应力受本工作面回采影响显著,不同深度测点垂直应力变化明显,煤柱侧帮煤柱应力受本工作面和临近采空区双重影响,垂直应力峰值高,应力波动显著。     

常村矿大采高工作面切顶留巷关键参数研究

针对常村矿S6-1工作面,为确定合理的工作面切顶爆破卸压的切顶高度与切顶角度,综合现场调研、数值模拟等方法,分别研究了不同切顶高度和切顶角度下工作面采空侧巷道顶板变形特征及煤柱内支承应力分布特征。研究表明:切顶高度44.0 m时,巷道右帮煤壁附近的应力峰值及煤柱内支承压力峰值均最小,分别为14.58 MPa、23.1 MPa;切顶角度30°时,煤柱内支承应力峰值最小,为23.26 MPa;工作面最优切顶高度为44.0 m,切顶角度为倾向采空区弱面角度30°。     

深井沿空切顶巷道围岩协同控制及应力演化规律

为解决深部沿空留巷动压显著﹑难支护的问题,基于切顶沿空留巷技术原理,对深部沿空切顶巷道卸压效果﹑围岩应力演化规律及控制技术进行深入研究。超前顶板切缝切断了采空区顶板向留巷顶板传递应力的路径,避免了采掘应力叠加,消除了工作面端头与回采巷道交叉口的"应力尖角";切缝可使一定范围内工作面支架平均压力和周期压力减小,随着远离切缝,影响逐渐消失;直接顶悬臂梁长度的减小和基本顶有效荷载的降低是导致支架平均压力和周期压力下降的主要原因。根据深部地质力学环境及岩体变形特征,构建"恒阻主动让压控制顶板、柔性可缩让位抗侧压、高阻临时支护抗动压,加大支护长度护煤帮"的深井沿空切顶巷道围岩协同控制体系,并在城郊煤矿21304工作面进行现场试验。结果显示:构建的协同控制体系能有效控制深部岩体变形,取得较好的应用效果。     

厚大坚硬顶板切顶卸压护巷方法研究

针对综采工作面因顶板厚硬悬顶导致的临近工作面巷道变形严重问题,文章采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的方法对厚硬顶板切顶卸压护巷方法进行了研究。结果表明：厚硬顶板极限垮落步距及最大载荷与顶板厚度及极限抗拉强度成正比,厚硬顶板将导致高应力向煤柱及临近工作面巷道转移,不利于巷道稳定;对厚硬顶板实施切顶卸压,可以有效降低煤柱及临近工作面巷道围岩应力显现程度,并确定合理的切顶角度与高度分别为15°与8 m.研究提出的平行深孔爆破切顶卸压护巷方法,通过现场实践,顶板下沉量降低52.0%,底鼓量降低41.6%,两帮移近量降低59.8%,起到了良好的护巷效果,可为类似条件矿山巷道稳定性控制提供指导与借鉴。     

无煤柱开采围岩控制技术及应用

为了研究窄煤柱沿空掘巷非对称支护下围岩变形与应力分布特征, 采用理论分析方法, 研究窄煤柱沿空巷道对称支护与非对称支护力学机理; 基于马道头煤矿现场工程实践, 采用数值模拟与工程效验方法, 研究非对称支护下巷道围岩力学特征与稳定性。理论分析结果表明, 非对称支护可有效降低巷道顶板弯矩, 减小巷道顶底板与两帮变形量。模拟结果表明, 煤柱内部压应力增高区与弹性核区保障了煤柱承载性能。现场实测结果表明, 采用“锚索+槽型钢”非对称支护, 巷道顶板、窄煤柱侧巷帮与实体煤侧巷帮最大变形量分别为100、79、62 mm, 巷道松动圈与裂隙发育处于中等水平。

     

窄高水材料巷旁充填沿空留巷围岩偏应力演化及控制

为了解决高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩破坏严重及难以控制的问题,以登茂通公司2202综采工作面1.4m窄高水材料巷旁充填沿空留巷为工程背景,基于实验室实验测试了水灰比为1.6∶1高水材料的强度特征,通过数值模拟及现场工程试验研究了高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩偏应力分布规律及其失稳破坏机制。结果表明：①随着超前工作面距离的不断增加,偏应力峰值带位置逐渐发生偏转,偏应力峰值大小逐渐减小,越靠近工作面采动影响越剧烈|②超前工作面40m范围内的巷道围岩偏应力峰值带主要集中在巷道右上肩角与左下肩角,超前工作面距离大于50m时的围岩偏应力峰值带主要集中在巷道顶底板围岩深部处,且近似呈对称状分布|③工作面回采且留巷完成后,留巷围岩偏应力峰值主要集中于实体煤帮与实体煤侧顶板处,支护时需保证锚索杆体穿过实体煤帮及顶板围岩偏应力峰值带位置。基于此提出高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩采用“顶板全锚索支护+巷内三排单体支柱+实体煤侧补强锚索加固+巷旁高水材料充填墙”对拉预紧锚杆并辅以单体柱护墙+采空区侧单体柱撑顶并辅以锚杆加固顶板的分区域非对称综合控制技术,通过现场工程实践证明了留巷围岩控制技术的合理性,保障了高水材料窄巷旁充填沿空留巷的稳定性。     

亿欣煤业坚硬顶板预裂爆破切顶留巷技术与试验

文章采用理论分析、现场工业性试验的方法,揭示了坚硬顶板预裂爆破切顶留巷机理,开发了坚硬顶板预裂爆破切顶留巷技术,具体包括坚硬顶板预裂爆破技术、恒阻大变形锚索提前补强技术、采动影响范围临时加固技术和采空区巷帮挡矸技术,现场应用后及时监测了巷道变形,结果显示,滞后工作面160 m后,巷道变形逐渐趋于稳定,巷道顶底板和实煤体帮最大变形量分别为315 mm、219 mm,巷道断面可以满足下工作面使用。     

综放工作面钻孔断顶沿空留巷技术应用研究

为解决煤与瓦斯突出矿井巷道掘进工程量大、采掘接替困难的问题,对工作面煤岩力学参数进行实验室测试。工作面煤层直接顶强度小、厚度大,采用钻孔断顶沿空留巷技术对切顶留巷支护技术参数进行设计,留巷在原支护的基础上将顶板锚索布置改为3排矩形布置,并在巷道上帮搭设柱腿防止窜矸。经数值模拟及现场观测可知,巷道的顶板平均下沉量为90 mm,锚网索+巷旁支护的措施可以控制留巷的围岩变形,满足留巷需要。