变宽沿空窄煤柱巷道围岩变形机理及控制技术研究

针对苏村煤业150101工作面回风巷掘进期间巷道围岩严重变形的情况,采用数值模拟、理论分析等方法对巷道变形破坏特征和破坏机理进行了分析。结果表明:护巷煤柱宽度不同,对沿空巷道围岩的应力分布及变形有较大影响,过大和过小的煤柱尺寸均不利于巷道围岩的稳定;苏村煤业150101工作面回风巷合理的煤柱宽度为5~6 m。在此基础上,结合合理的煤柱留设宽度,提出了变宽沿空窄煤柱巷道分段围岩稳定控制技术,对不同煤柱宽度进行分段,针对各个分段特征进行不同强度的支护。工业性试验结果表明,采用分段支护技术后,各分段沿空巷道围岩变形获得很好的控制效果,在类似地质条件下可以推广应用。     

孤岛工作面窄煤柱沿空掘巷围岩变形控制

基于淮南矿区某矿17238孤岛工作面回风平巷具体地质条件,采用FLAC3D数值模拟软件对孤岛面沿空掘巷超前支承压力分布特征进行了分析.结果表明:孤岛工作面沿空掘巷的超前支承压力最大峰值明显大于常规工作面沿空掘巷,应力集中系数是常规工作面沿空掘巷的1.84倍.为研究沿空掘巷顶板"小结构"的稳定性,构建了孤岛面窄煤柱沿空掘巷围岩结构力学模型,揭示了孤岛面窄煤柱沿空掘巷围岩控制机理,提出了具有针对性的围岩变形控制对策.现场工程实践应用表明:巷道采用重新优化设计后的支护方案效果较好,巷道两帮及顶底板相对变形量与优化前相比分别减少约55%及50%,孤岛面窄煤柱沿空掘巷围岩变形得到有效控制.     

济三煤矿沿空巷道矿压显现规律研究

针对济三煤矿综放工作面断层发育、坚硬顶板围岩地质条件,设计了综放面小煤柱沿空巷道锚杆(索)支护参数.巷道在施工过程中,采用顶板离层仪和钻孔窥视仪,较系统地观测研究了沿空掘巷矿压显现规律.研究结果表明:巷道顶板下沉量较小,锚固区内外岩层离层量小巷道掘进影响区范围为50m左右;巷道底臌较严重,巷道两帮移近明显,围岩收敛后巷道由矩形断面变形成为倒梯形断面;沿空巷道煤柱中节理裂隙十分发育,煤体压缩变形成为块状结构的塑性松散体.综放面回采期间巷道断面大小满足使用要求,说明了沿空巷道锚杆支护,能够经受住综放工作面采动影响,锚杆支护试验取得了成功.研究成果在综放面沿空掘巷中进行了推广应用.     

窄煤柱工作面沿空留巷围岩大变形控制技术及应用

针对窄煤柱工作面沿空留巷巷旁支护体参数不合理和围岩严重变形等问题,研究了不同巷旁支护体宽度、强度和充填率对窄煤柱工作面沿空留巷围岩变形破坏的影响。研究结果表明:充填体宽度、强度和充填率不同,对窄煤柱工作面沿空留巷围岩应力分布及变形有很大影响;充填体宽度、强度和充填率过低时充填体承载能力较小,沿空留巷围岩变形量较大;过高时顶板下沉量减小不明显,使成本增加;充填体宽度2 m,强度为30 MPa,充填率95%以上,可保证沿空留巷围岩稳定;提出的"巷内锚网索+巷旁充填柔模混凝土墙+单体柱+基本底注浆"联合支护技术,控制了沿空留巷围岩的大变形。工业性试验结果表明:沿空留巷顶底板移近量最大值600 mm,两帮移近量最大值为435 mm,分别是原方案变形量的55. 5%和51. 6%,沿空留巷围岩变形得到有效控制,能满足通风和安全生产的要求。     

特厚煤层综放工作面沿空掘巷小煤柱合理宽度留设研究

为了研究特厚煤层综放工作面沿空掘巷小煤柱合理留设宽度,以麻家梁矿14203-1胶带运输巷为研究对象,通过理论计算和数值模拟研究,得到麻家梁矿14204采空区稳定后侧向支承应力降低区范围,为0～12 m,并分析3,5,7,9,11 m等不同煤柱宽度下煤柱塑性区分布和垂直应力分布特征.结果表明:煤柱宽度小于7m时,煤柱全部塑性破坏,处于应力降低区;煤柱宽度大于7m时,煤柱中部出现弹性区,弹性区随煤柱宽度的增加而增大,煤柱中部垂直应力开始超过原岩应力.因此,留设7m煤柱宽度即可完全满足麻家梁矿安全生产需求.研究结果可为特厚煤层综放工作面沿空掘巷小煤柱合理宽度留设提供参考依据.     

柠条塔煤矿自动成巷无煤柱开采新方法

为减少巷道掘进量,提高煤炭采出率,削弱因煤柱留设引起的围岩应力集中,提出了一种自动成巷无煤柱开采新方法,并系统总结了该方法的工艺流程和关键技术.在自动成巷无煤柱开采新方法中,巷道顶底板与实体煤侧巷帮由采煤机截割而成,采空区侧巷帮则由采空区垮落碎石堆叠而成,巷道顶板与碎石巷帮的控制是决定成巷效果的关键.基于岩体碎胀特性,提出采用顶板定向切缝技术,优化留巷应力环境,减少上位顶板回转下沉,针对巷道顶板提出以"恒阻大变形锚索+切顶护帮支架"为主的支护方式,针对碎石巷帮提出"侧向动静结合、纵向伸缩让压"的控制理念.最后以柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面为工程背景进行了现场工业性试验,结果表明:采用自动成巷无煤柱开采新方法进行回采,当工作面推进约150m后留巷围岩开始稳定,最终下沉量基本稳定在70mm左右,满足下一工作面的使用要求.现场试验结果验证了自动成巷无煤柱开采新方法可以实现工作面回采无需提前掘进回采巷道、无需留设工作面护巷煤柱的目标,且成巷效果良好,经济效益显著.     

深部沿空切顶成巷围岩稳定性控制对策

基于沿空切顶成巷技术原理,以城郊煤矿深部工作面无煤柱开采为背景,综合运用力学分析﹑模拟计算和现场试验等方法,对深部切顶成巷围岩控制关键对策进行深入研究。结果显示：切顶留巷顶板在侧向形成短臂梁结构,降低了巷旁支护体所受压力,切缝范围内岩层垮落后碎胀充填采空区,使留巷顶板下沉量降低了约50%。采空区侧顶板为切顶巷道围岩变形的关键部位,需进行加强支护;深部切顶巷道实体煤帮塑性区范围大,通过煤帮锚索支护技术可将浅部锚杆承载层锚固在弹性区稳定煤体中;深部切顶成巷来压速度快、强度大,巷内单体支柱易造成冲击破断,采用高阻力液压支架巷内临时支护时可较好地抵抗深部强动压;巷旁刚性挡矸装置因无法适应深部围岩大变形而受压弯曲破坏,深部切顶巷道巷旁挡矸结构需实现一定的竖向让位卸压方可与顶底板协调变形。在研究的基础上提出恒阻锚索关键部位支护+可缩性U型钢柔性让位挡矸+巷内液压支架临时支护+实体煤帮锚索补强的深部切顶成巷联合支护技术,并进行现场工业性试验。现场监测结果表明：留巷围岩在滞后工作面约290 m时基本稳定,且稳定后各项指标满足下一工作面使用要求。     

特厚煤层沿空掘巷力源结构特征与围岩协同控制策略

14～20 m特厚煤层小煤柱沿空掘巷围岩控制是当前煤矿巷道支护领域的难题之一.以山煤国际晋北矿区典型的19 m特厚煤层孤岛综放面小煤柱沿空掘巷工程为研究对象,分析了特厚煤层覆岩应力拱、断裂拱大结构特征以及基本顶侧向破断运动规律,建立了特厚煤层沿空掘巷“双力源”结构模型,揭示了“双力源”传递作用机理及其对沿空掘巷围岩稳定性的影响规律,提出了“远场弱化-近场强化”协同控制治理策略,开展了19 m特厚煤层8 m小煤柱沿空掘巷围岩控制现场试验.结果表明：特厚煤层沿空掘巷强矿压显现源于小煤柱侧Ⅰ型力源和实体煤侧Ⅱ型力源叠加作用;采用小煤柱侧(Ⅰ型)和实体煤侧(Ⅱ型)力源结构“水力压裂+深孔爆破”复合弱化后,基本顶周期来压步距降低了约69.6%,有效阻断了采动应力向围岩传递;通过“远场弱化-近场强化”协同控制技术,有效控制了特厚煤层沿空掘巷掘进与回采期间围岩稳定.研究成果为14～20 m特厚煤层小煤柱工作面安全高效开采提供了一定的理论依据与技术支撑.     

孤岛工作面围岩支承压力分析与沿空掘巷支护参数优化

为研究孤岛工作面围岩支承压力特征与沿空掘巷支护参数优化,建立了三维数值模型,制定了相应的试验方案,研究了孤岛工作面沿空掘巷支护参数变化和围岩控制效果之间的相互关系,支护系统整体的协调性,并确定了最优支护方案.研究结果显示:随着锚杆长度增加,形成的组合梁厚度加大,孤岛工作面沿空掘巷的顶板岩层内的压应力增加,拉应力降低,减小锚杆的间排对于巷道有明显的支护效果,但锚杆长度和间排距均存在最优值;锚索长度对孤岛工作面沿空掘巷顶板内的压应力没有作用,而巷道两帮围岩水平方向的拉应力升高;支护系统最大应力随着锚索间排距的增加,而支护系统的单根锚索应力降低.现场实测验证了围岩控制效果.     

孤岛工作面沿空掘巷煤柱宽度及其加固技术研究

为得到顾桥煤矿首个孤岛工作面1116（1）沿空掘巷小煤柱合理宽度及其加固技术,结合巷道自身维护特点,采用FLAC数值分析软件,制定6种模拟方案,深入分析了煤柱宽度及其加固形式对小煤柱稳定性影响．结果表明,1116（1）工作面沿空掘巷合理煤柱宽度为8m,锚索梁、喷注浆加固小煤柱的强化控制技术,能够有效控制小煤柱的变形,保障小煤柱安全稳定．研究成果在实践中成功应用,对淮南矿区类似巷道围岩稳定性控制具有重要的借鉴意义．