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。     

缓倾斜厚大煤层坚硬顶板切顶卸压方法研究

针对坚硬顶板厚大煤层开采存在的巷道变形问题,本文采用理论分析、数值模拟与现场实践相结合对切顶卸压方法进行了研究。结果表明：针对坚硬顶板条件,顶板极限垮落步距及其极限载荷与顶板厚度及极限抗拉强度成正比,当顶板厚度较大时,更容易导致巷道变形严重,甚至发生冒顶风险;从切顶卸压效果与开采效益角度综合考虑,确定合理的切顶角度为75°,合理的切顶高度为9 m,给出了现场切顶卸压及预裂爆破方法。通过现场实践,卸压孔预裂爆破后,孔内裂隙发育,整体贯通性较好,切缝率可达86%,巷道顶板及两帮位移分别为358 mm、315 mm与282 mm,切顶卸压效果良好,可为类似条件矿山提供工程指导。     

坚硬复合顶板沿空留巷围岩控制技术研究

通过对坚硬复合顶板切顶卸压沿空留巷顶板运动特征 的研究,明确了留巷顶板运动及应力演化规律,得到了顶板 覆岩荷载的传递机制.基于围岩结构演化特征,建立了留巷 顶板下沉量计算模型,确定顶板下沉量由坚硬顶板关键块旋 转下沉和顶板离层共同控制,给出了顶板最终下沉量的计算 公式,并提出了非对称支护的控制对策和锚索支护强度计算 公式.以邱集煤矿１１０２工作面坚硬复合顶板沿空留巷为研 究背景,借助 UDEC数值模拟软件,对巷道顶板位移与应力 变化进行计算.结果表明:切顶后的顶板悬臂梁具有越靠近 切缝竖向位移越大的特征,且顶板应力向深部转移,巷道顶 板无应力集中现象.据此设计恒阻大变形锚索＋锚杆＋单 体支柱的非对称支护结构,现场应用效果良好.     

复合顶板切顶卸压留巷围岩支护技术研究

复合顶板巷道切顶卸压留巷时往往面临围岩控制困难问题,给巷道后续使用带来制约.以东林公司E1301回风巷复合顶板切顶卸压留巷为工程背景,对留巷技术以及围岩支护方案进行设计.在切顶前采用锚索、锚索梁及恒阻锚索梁超前支护,留巷段采用架棚、单体液压支柱、档杆支架等支护.现场应用后,巷道围岩变形整体较小,可满足巷道后续使用要求.     

坚硬顶板切顶成巷挡矸结构变形与破坏机理研究

针对坚硬顶板切顶成巷过程中挡矸结构易弯曲、偏移问题,以邱集煤矿11煤1105工作面运输巷为研究对象,构建全过程挡矸结构力学模型,并结合ABAQUS数值模拟软件分别模拟了受矸石冲击、挤压时挡矸结构受力变形情况。研究结果表明：坚硬顶板垮落矸石冲压特征明显,易导致挡矸结构横向弯曲,尤其是挡矸结构中工字钢上部变形严重,通过对工字钢顶端施加横向约束力,可有效减小工字钢变形;受矸石挤压作用,金属网发生网兜变形,并对相邻工字钢产生较大的拉应力,易造成整体失稳;工字钢间距800 mm时钢筋网变形量降低明显。提出1种新型挡矸支护方案,经现场实施监测,新方案下矸石帮变形减小了约49%,满足生产安全需要。     

吉宁煤矿厚层坚硬顶板切顶卸压组合爆破技术研究及应用

为解决吉宁煤矿厚层坚硬顶板难以垮落的问题，以吉宁煤矿2109工作面为工程背景，通过理论分析、现场实验和现场窥视的方法对厚层坚硬顶板条件下组合爆破技术进行研究，通过现场组合爆破实验，提出了吉宁煤矿2109工作面切顶卸压组合爆破技术方案，现场实施有效切断了采空区顶板与留巷顶板之间的应力传递，缩短了周期来压步距，减少了巷道顶板的应力集中，更好地控制了围岩变形。     

爆破切顶留巷及围岩控制技术应用

针对寺河煤矿二号井采掘接替紧张、回采率低等问题,运用理论分析和数值模拟的方法,进行爆破切顶沿空留巷无煤柱开采技术试验。研究结果表明:切顶高度与应力集中和巷道表面位移呈负相关,切顶角度与应力集中和巷道表面位移呈正相关,最优切顶高度为8 m,切顶角度为10°;顶板切顶成缝明显,留巷达到预期效果;巷道补强加固措施设计合理,平均顶底板移近量为254.7 mm,平均两帮移近量为113.1 mm;成巷效果能满足下一工作面安全生产的要求;形成了适合寺河煤矿二号井地质条件下的切顶卸压沿空留巷及围岩控制技术体系。     

复合顶板切顶沿空留巷围岩变形分区及耦合支护技术

为解决复合顶板切顶沿空留巷围岩存在顶板易破碎、下沉量大等问题,以龙滩煤矿3124S工作面风巷为工程背景,基于复合顶板切顶沿空留巷顶板变形监测结果,研究了复合顶板切顶沿空留巷围岩变形特征,揭示了留巷巷道复合顶板变形破坏机理,同时,根据围岩变形特征提出了分区域多介质耦合支护技术。结果表明,分区域多介质耦合支护技术可有效控制顶板变形,顶板最大下沉量约为62mm,降低了60%～75%,留巷效率提升了15%～40%,保障了工作面的快速推进。     

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。     

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。     

坚硬顶板切顶巷道变形特征及其控制方法研究

文章以山西某矿3104工作面切顶巷道为工程背景，采用理论分析、数值计算与现场监测相结合的方法对切顶巷道变形特征及控制方法进行了研究。结果表明：巷道实施切顶技术后，可以切断采空区顶板对巷道煤帮的应力传导路径，提高煤帮侧煤体的弹性模量及应力承载能力，降低煤体内部应力集中程度，增大巷道及工作面顶板卸压范围，有效限制巷道变形发展。据此提出了巷道顶板采用恒组大变形锚索、巷道煤帮侧采用无纵筋螺纹钢锚杆，以及巷道矸石侧采用“单体支柱+工字钢+金属网”加强支护的巷道变形控制方法。通过现场实践，切顶巷道顶板及两帮整体位移较小，保障了工作面切顶巷道的稳定性，可为坚硬顶板条件的矿山切顶巷道变形控制提供工程借鉴。     

坚硬顶板高压水力切顶技术的切顶角度力学机制分析

为探究顶板的垮落倾角与水力钻孔角度对切顶卸压作用的力学机制,根据“砌体梁”关键块理论对切顶破断结构进行了力学分析,提出了基于关键块结构的“砌体梁”径向力模型与轴向力模型并进行了理论解析。运用COMSOL数值模拟软件,分析了不同角度下水力切顶钻孔的最大主应力分布特征。结果表明：切落顶板所受径向力会随垮落倾角的增加而上升,导致切顶后难以充分卸压。切落顶板所受轴向力随倾角的增加而逐渐降低,致使顶板更容易发生垮落。当水力切顶的角度小于45°时,垂直地应力对钻孔中部的压缩作用明显,对水力压裂起抑制作用。当切顶钻孔角度大于60°时,钻孔整体承受拉应力,有利于水力裂缝的扩展。     

柠条塔煤矿大采高工作面切顶沿空留巷围岩变形机理研究

以柠条塔煤矿大采高工作面预裂切顶沿空留巷为工程背景,采用有限元数值模拟方法分析预裂切顶对沿空留巷围岩应力分布的影响。介绍了沿空留巷支护和爆破施工参数,根据围岩表面位移、顶板离层、恒阻锚索受力、液压支架工作阻力监测数据,分析了从开始留巷到变形稳定矿压显现规律。现场试验表明:切顶卸压自动成巷技术能够切断采动应力传递路径,明显降低了浅埋大采高工作面沿空留巷围岩受到的动压扰动,有效抑制了巷道围岩变形,成巷断面尺寸满足生产要求。     

厚硬顶板切顶留巷最优参数及围岩稳定性分析

为确定厚硬顶板切顶留巷最优技术参数,选取5 m、10 m、15 m切顶高度和0°、10°、15°、20°切顶角度,通过理论分析和3DEC数值模拟,对厚硬顶板切顶成巷形态和围岩稳定性进行研究。研究结果表明：切顶后巷道顶板形成“短臂梁”结构,当切顶高度和切顶角度一定时,切落顶板对巷道顶板“短臂梁”支撑力越大,其顶板所需的支护力F则越小,因此在切顶成巷时,需尽量使切落顶板充分接顶;随切顶高度增大,巷道实煤体一侧水平位移值随之增大、垂直位移随之减小,而巷道低位顶板水平位移几乎均为0;对厚硬顶板切顶成巷时需保持倾斜切缝,而随着切顶角度增大,巷道顶板垂直位移和实煤体一侧水平位移随之增大。基于此,综合确定10 m切顶高度、10°～15°切顶角度的最优切顶参数。     

坚硬顶板切顶卸压围岩变形规律研究

为了进一步揭示坚硬顶板超前切顶卸压轨道下山的变形规律和保安煤柱的应力分布特征,以潞宁煤矿22115工作面开采为工程背景,利用相似材料模拟和现场实验,分析了坚硬顶板切顶轨道下山变形规律。结果表明:切顶可使采空区坚硬顶板在剪应力作用下沿着预制裂隙垮落,缩短悬顶长度,切断应力传递途径,有效缓解了保安煤柱承担的载荷。现场实践效果较好,巷道顶底板移近量约为320 mm,两帮移近量约为245 mm;切顶卸压技术是高应力坚硬顶板大变形巷道围岩控制有效途径之一。     

托顶煤切顶留巷围岩控制技术研究

为了解决托顶煤巷道围岩变形难以控制的问题，运用理论分析、离散元数值模拟及现场工业试验相结合的方法对义棠煤业100602工作面切顶成巷围岩控制技术进行研究，分析了不同切顶高度、采高对留巷围岩变形影响规律。研究发现，适当增加切顶高度并降低采高有利于巷道围岩稳定，并确定开采技术参数为切顶高度24 m、采高6 m。现场监测结果显示，在合理的支护策略及开采工艺参数下，托顶煤切顶留巷围岩变形控制效果良好。