综采工作面沿空掘巷巷道合理布置研究

为了确保沿空留巷巷道稳定性,研究了综采工作面沿空掘巷巷道合理布置,理论分析了沿空掘巷煤柱荷载,介绍了沿空留巷巷道布置原则,采用数值模拟软件,研究了沿空留巷煤柱宽度留设对巷道稳定性影响及巷道沿不同层位掘进时巷道垂直应力、塑性区分布以及巷道围岩变形。研究得出,沿空留巷煤柱宽度留设宽度为20 m,巷道沿顶板掘进更容易支护。     

综放工作面柔模沿空留巷围岩控制技术

针对综放开采沿空留巷巷帮煤柱破碎,巷道围岩变形量大,巷道稳定性差的问题,以高河矿W4301工作面为背景,分析了沿空留巷围岩结构特征,提出端头铺设金属网、架后及时打设木点柱和单体柱的切顶和挡杆技术,以及巷道超前顶板锚索补强、密集钻孔切顶、施工柔模混凝土墙充填支护体、架棚支护和煤柱侧巷帮注浆加固综合围岩控制技术。试验表明:充填支护体和锚索受力较为稳定,充填支护体和锚索能够有效承载,沿空留巷巷道两帮最大移近量为207 mm,顶底最大移近量为231 mm,围岩变形不大,控制效果较好。     

动压影响巷道水力压裂切顶卸压技术研究

针对沿空留巷煤柱靠采空区侧悬顶造成保留巷道变量大、控制困难问题,提出水力压裂切顶卸压技术。以长平煤矿Ⅲ4321工作面为研究背景,模拟了动压影响巷道水力压裂切顶卸压全过程,获得了水力压裂和工作面回采中煤岩层的弹性模量、损伤场和应力场分布规律,揭示了水力压裂的切顶卸压规律。并进行了动压巷道水力压裂切顶卸压现场应用,结果表明：采取水力压裂切顶卸压措施后,受动压影响的Ⅲ43212巷两帮最大移近量和顶底板移近量分别降低了60.01%、63.32%,有效控制了动压影响巷道围岩变形,为类似条件下动压影响巷道围岩变形控制提供了借鉴。     

窄煤柱巷道围岩控制技术研究

窄煤柱可提高煤炭采收率、提高矿井经济效益。但由于煤柱留设宽度小、在邻近采面采空区侧向压力以及本采面采动压力作用下容易出现巷道围岩变形量过大的问题,围岩控制难度高。5303回风巷采用8 m窄煤柱护巷,针对巷道围岩受力、围岩特征及变形特点,提出综合使用锚网索喷方式支护围岩,采用注浆对窄煤柱进行加固,通过水力压裂以及底板卸压槽方式降低顶板压力及围岩应力影响。现场应用后,5303回风巷围岩变形量整体较小,窄煤柱保持稳定,采用的支护措施可满足回风巷使用需求。     

切顶卸压技术在岳城煤矿1309工作面的应用

针对岳城矿1309工作面顶板围岩应力大、煤柱留设不合理等现状,提出了应用切顶卸压技术进行留巷,制定了配套的临时加强支护、切缝、挡矸等护巷措施。经过现场验证,切顶卸压段顶部和采空区侧变形都在规程允许范围之内,巷道成型效果良好,为该矿煤柱优化设计提供了技术依据。     

区段大煤柱水力压裂切顶护巷技术研究

针对工作面回采过程中沿空留巷围岩应力高、蠕变变形大的难题,以赵庄矿井1309工作面为研究背景,用理论计算的方法开展了沿空留巷区域围岩结构力学分析,并提出了适用于该矿井的顶板双向水力压裂护巷工艺和效果检测方法。研究结果表明:13092巷道变形程度由煤体单轴抗压强度、煤层埋深、顶板岩梁强度共同决定,在以上因素的叠加作用下采空区侧向顶板挤压煤柱,煤柱塑性区范围扩大,侧向应力向煤柱深部转移,顶板断裂前煤柱内弹塑性过渡区域垂直应力达到最大值,受侧向应力峰值影响13092巷道发生强烈蠕变变形,巷道断面维护困难;通过在13091巷道布置双向水力压裂孔,提前弱化顶板,破坏其应力传递和能量积聚的条件,有效地进行了人为断裂线的预制,并改善断裂线在煤柱上方的倾向位置,减缓了煤柱受挤压程度;在巷道上方施工的水力压裂孔能够有效促使关键岩块B回转下沉,减小了1309工作面侧向悬顶的长度,垮落的关键岩块B能够较好地对高位岩层形成支承作用;在施工水力压裂孔后相应区域巷道变形量缩小40%,煤柱边界区域微震事件数和微震能量值均有大幅度减小,保证了沿空巷道在回采期间的围岩稳定性。该研究成果探索了顶板水力压裂护巷在晋煤矿区应用的可行性,并为类似矿井条件下开展压裂工艺提供了工程指导。     

切顶条件下“煤柱-充填体”协同承载性能及巷道稳定性分析

为了分析在切顶条件下不同“煤柱-充填体”支护对巷道围岩稳定性的影响，以某矿1226综采工作面运输巷为研究背景，通过理论分析与数值模拟相结合的方法，对切顶条件下应力转移过程和不同“煤柱-充填体”支护时垂直应力变化规律展开研究。研究结果表明：“煤柱-充填体”支护条件下，切顶时运输巷实体煤侧巷帮的垂直应力相对于未切顶时降低了9.5%,护巷煤柱侧巷帮的垂直应力降低了45%,运输巷两帮水平变形和巷旁支护压缩变形分别降低了21%和30.8%,即利用切顶卸压技术可以实现运输巷围岩应力及变形的双重优化，有利于运输巷围岩的长期稳定；巷旁支护垂直应力是影响巷道围岩稳定的主控因素，巷旁支护垂直应力平均降低速率随着充填强度的增加呈线性增加趋势，最大为5.8%,巷旁支护垂直应力平均降低速率随着煤柱宽度的增大呈先增后降趋势，最大为13.6%;根据“煤柱-充填体”协同承载性能变化对巷旁支护垂直应力的影响规律，拟合了不同煤柱宽度和充填体强度与巷旁支护垂直应力之间的函数关系式。在切顶条件下，留设护巷煤柱宽度为7.5 m、充填体强度为6.5 MPa时，对巷道围岩稳定的控制效果较好。     

德顺矿煤柱留巷水力压裂弱化顶板技术研究

为了在德顺煤业11106工作面开展煤柱留巷工程,采取水力压裂卸压技术抑制围岩变形,通过UDEC软件数值模拟影响卸压效果的因素——压裂次数和压裂位置。模拟结果发现：分段压裂距离越大,则压裂次数越少,切顶卸压效果越不理想,分段压裂距离最好小于4 m;在上区段工作面采空区侧布置压裂钻孔时,煤柱应力下降幅度达到15.1%.现场试验发现：压裂试验区巷道比非压裂试验区的巷道变形稳定期减小32.8%,两帮移近量下降达45.5%,顶底板移近量下降达63.1%,显著降低了煤柱留巷围岩变形量,卸压效果明显。     

曙光煤矿切顶卸压沿空留巷开采技术研究

为完善切顶卸压留巷理论技术体系,对切顶卸压沿空留巷机理进行分析,结合地质条件并运用理论公式设计了切缝参数,将切缝高度分为 A、B、C３个区,A 区与 C区切缝高度为１０m,B区切缝高度为１１ m,切缝角度取１５°,并利用FLAC３D数值模拟软件模拟分析了切缝效果,结果表明:切缝后巷道整体围岩应力环境优化,降低了围岩控制难度,减少了巷道变形量,巷道顶板表面临空侧位移量减小了４０cm,显著降低了留巷巷道架后临时支护的控制难度,有利于留巷巷道的成型.     

特厚煤层大采高综放面沿空掘巷支护技术

以塔山矿特厚煤层大采高综放工作面开采技术条件为工程背景,针对采用大煤柱护巷所造成的煤柱损失大、煤柱内应力集中程度大、巷道处于应力增高区支护难度大等问题,提出采用沿空掘巷技术来减小煤柱损失、改善围岩应力环境。对高强度锚杆(索)高预应力支护进行模拟,得出附加预应力场分布规律,通过对比分析确定了沿空掘巷围岩支护形式和参数,试验并分析了巷旁支护对煤柱的加固效果。现场监测结果表明:巷道掘进过程中顶、底板移近量最大57mm,两帮移近量最大64mm;工作面回采过程中顶、底板移近量平均131mm,两帮移近量平均221mm,设计的支护方案较好地控制了围岩移动;巷旁支护可以减小煤柱侧煤壁变形,但造成实体煤侧煤壁变形量增加。     

长平矿松软厚煤层工作面留巷围岩控制技术研究

为解决长平矿松软煤层条件下工作面回采导致的留巷大变形,以及留巷复用的巷修工程量大问题,本文通过现场调研、理论分析、工程实验,表明:提高留巷巷帮支护的范围以降低巷帮塑性区扩展,同时应用切顶卸压技术将工作面顶板悬臂梁对煤柱形成的应力传递阻隔,降低留巷围岩压力,可有效降低留巷围岩变形,极大减少了巷修工程量,同时为该矿小煤柱或无煤柱开采提供了技术基础。     

深井沿空巷道合理位置确定及围岩控制技术

针对深井高地应力矿井煤柱应力大、巷道围岩变形严重及煤柱宽度大造成资源浪费等特点,以麦地掌煤业21214工作面为研究背景,通过地应力测试、钻孔应力测试了解工作面侧向应力峰值位置及大小。根据现场实测及分析得到侧向应力峰值约为43MPa,且位于距巷帮约17m处。运用理论计算、数值模拟,研究沿空掘巷围岩在掘采期间的变形破坏特征、合理窄煤柱尺寸的确定及沿空巷道的围岩控制。结果表明:煤柱宽度为6.5m时巷道围岩稳定性较好,掘进初期,围岩变形量及变形速率较大,后逐渐减小,掘进影响期为15d,回采期间由于小煤柱侧的支护强度大于工作面侧,小煤柱侧的变形量小于工作面侧的变形量,最大变形量分别为110mm和248mm,均在可控的范围内。     

小纪汗煤矿工作面顶板破断结构对巷道矿压影响规律研究

针对我国西部矿区脆性煤体上覆厚层基本顶条件下二次采动时巷道围岩整体变形大与支护结构失效的工程难题,运用理论分析和现场实测的研究方法,对巷道上方基本顶破断结构及由此带来的巷道变形规律进行了研究。以工作面基本顶侧向破断的关键块为研究对象,详细分析了巷道上方基本顶结构由一次采动时的固支悬臂梁结构转变为二次采动时的双拱结构而带来的煤柱中的应力演化规律,给出了基本顶侧向破断长度与煤层厚度、基本顶力学特性、上覆载荷和区段煤柱参数的量化关系式,得出了不同破断结构下煤柱载荷的表达式。结果表明：工作面超前段基本顶侧向断裂形成的“双拱”铰接结构是造成该类巷道矿压显现剧烈的主要控制原因,不合理的区段煤柱宽度会诱发叠加应力作用,导致巷道整体变形与支护结构失效。研究结果可为相似工程条件下巷道围岩控制和合理区段煤柱的留设提供借鉴。     

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。     

水力压裂护巷煤柱卸压机理与工程应用

以新元公司9108工作面回风顺槽水力压裂卸压为工程背景,通过理论分析,得出了煤柱体上部基本顶悬伸部分长度过大是导致护巷煤柱变形的主要原因,然后通过水力压裂技术来对煤柱上部顶板进行压裂,使得顶板在工作面回采后能够及时垮落,不会形成悬顶效应,减小对煤柱体的压力,从而保护护巷煤柱,使得下一工作面在回采时巷道围岩变形量保持在可控范围之内,从而减少了巷道维护成本。     

采动巷道围岩非均匀变形特征及稳定性控制技术研究

受到原岩应力与采动应力叠加影响的巷道会产生非均匀变形,甚至发现顶板事故,采动巷道围岩稳定性控制是实现矿井安全高效开采的关键。针对长岭一号煤矿152106工作面轨道巷受到采动影响变形严重的问题,采用现场监测、数值模拟等研究方法,分析了采动巷道围岩变形特征及塑性区演化规律。结果表明：在采动影响下,巷道围岩变形呈非均匀特征,工作面前方巷道围岩变形量小于工作面后方,巷道煤柱侧变形量大于煤壁侧,顶板出现离层并且靠近煤柱侧底鼓量更大,局部可达400mm|工作面前方最大主应力、主应力比值、塑性区范围均小于工作面后方,塑性区呈椭圆形分布,巷道围岩位移量与塑性区范围具有一致性。据此提出了补强支护方案,即顶板补打锚索、煤柱对穿锚索及打设单体液压支柱,现场试验结果表明轨道巷煤柱帮变形减少了65%,巷道底鼓量260mm,工程应用效果较好。     

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。     

近距离煤层水力压裂切顶卸压护巷技术研究

针对近距离煤层底抽巷在上部工作面采动后处于高应力状态而难以维护的问题,开展了水力压裂切顶卸压护巷技术研究,得出:工作面采动后坚硬厚顶板易形成较长时间跨度的悬顶效应是底抽巷压力显现的关键因素;水力压裂消除或减弱了坚硬顶板形成的悬顶效应,提高了采空区上覆岩层冒落性,改变了煤柱中应力分配比例,改善了底抽巷应力状态;现场采用同孔多段分次后退式水力压裂技术,结合跨式钻孔封隔器,在顶板坚硬岩层中形成明显的人工裂缝,缓解了底抽巷围岩应力集中,降低了底抽巷的维护难度,取得了良好的效果。     

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。