两次采动影响下小煤柱巷道切顶卸压围岩控制技术

为解决多次采动影响下留小煤柱巷道矿压显现剧烈、围岩变形量大的问题,提出了“切顶卸压+顶、帮锚索补强”联合控制技术。以贾家沟煤矿10115运输巷为工程背景,分析了切顶卸压位置、高度与巷道围岩垂直应力分布的关系,给出切顶卸压关键参数,并研究了留小煤柱巷道在切顶卸压后受两次采动影响下的矿压显现规律。结果表明：切顶卸压后,煤柱上的应力峰值随切顶深度的增加呈指数降低;10115运输巷在邻近工作面一次采动过程中巷道围岩变形依次呈现出无变形、缓慢变形、快速变形和围岩稳定的变化规律,本工作面二次采动过程中巷道围岩变形依次呈现出明显变形和剧烈变形的规律;巷道围岩在受二次采动影响时变形更加剧烈,巷道变形量为一次采动时的3.0～7.5倍。     

切顶卸压无煤柱开采矿压显现特征分析

针对某矿切顶卸压无煤柱开采技术条件,采用理论分析、现场监测与数值模拟相结合的方法对其矿压显现特征进行了分析。结果表明:沿空留巷段可分为初次来压、矿压显现强烈及一般3个危险区,巷道变形发展主要分为掘进变形、采前变形、掘巷渐次变形与变形稳定4个阶段,其中掘巷渐次变形阶段对巷道影响最为严重。切顶卸压可以有效切断顶板的应力传播路径,使应力集中向支架远端的实体煤层中传导,提高支架的支撑效果。工作面滞后40～100 m范围内,煤壁侧应力与顶板累计沉降值显著增加,此阶段顶板岩梁运动剧烈,需要加强支护。研究成果可为矿山沿空留巷巷道施工与支护设计提供指导。     

大采高切顶卸压留小煤柱护巷围岩控制技术研究

为了解决大采高工作面沿空掘巷小煤柱载荷过大导致护巷困难的问题,通过对某矿101工作面采空区侧向悬顶断裂结构分析以及建立小煤柱载荷计算模型,提出采用爆破切顶预裂技术,以此降低基本顶的应力传递,达到主动调控压力,降低煤柱上方的载荷。在理论计算煤柱宽度的基础上,通过数值模拟分析不同切顶高度的影响效应,得出沿空掘巷小煤柱合理宽度留设8 m,切顶深度20 m,小煤柱所处位置支承压力最小。对切顶效果监测表明,随着爆破切顶的进行,顶板周期来压稳定且时间较短,说明切顶卸压技术使得顶板的结构联系发生了明显的变化,合理的切顶参数使得顶板更易垮落,对小煤柱巷道围岩的控制起到了有效的控制作用。小煤柱围岩监测表明：随着101回风巷切顶进行,102运输巷围岩在101工作面后方150 m外基本稳定,顶底板移近量最高稳定在104.7 mm,两帮移近量稳定在83.9 mm。     

店坪煤矿切顶卸压自动成巷矿压显现规律及围岩控制

为提高店坪煤矿煤炭资源利用效率,利用沿空留巷技术回收区段煤柱,减少区段煤柱的损失量,同时利用切顶卸压自动成巷技术减少相邻破断岩块因相互咬合造成的对巷道顶板应力传递。并研究了最佳的切顶高度和切顶角度,使得切顶卸压之后,直接顶能够顺利滑移垮落,不会造成巷道顶板应力集中,使得沿空留巷的巷道支护困难。通过数值模拟、工程实践,对最佳的切顶高度和切顶角度进行了验证,最终通过工程实践测出的工作面顶底板最大移近量仅有250 mm,成效显著,可为类似矿井提供参考。     

大采高小煤柱沿空掘巷切顶卸压围岩控制技术

针对留大煤柱采出率低和留小煤柱护巷矿压显现剧烈存在的矛盾,采用矿压理论分析、FLAC^3D数值模拟和巷道变形现场实测,对潞安集团阜生煤矿6 m大采高留小煤柱切顶卸压沿空掘巷机理与围岩控制进行了研究,得到:(1)切顶卸压可人为控制基本顶的断顶位置,实现压力主动调控,切顶后,改变了基本顶原有应力传递路径,压力有效转移至采空区,减轻了采空区侧向实体围岩应力,沿空掘巷围岩应力更加均匀缓和;(2)切顶后顶板断裂结构发生变化,由初次来压前基本顶四边固支变为三边固支,由初次来压后基本顶三边固支变为两边固支,垮落步距相应降低,顶板更易于垮落,切顶工作面的矿压显现也相应得到缓和;(3)切顶角度、切顶深度、切顶孔间距、切顶孔布置方式是实现精准切顶卸压的关键,16 m切缝深度恰能切断石灰岩基本顶,可有效缩短基本顶侧向悬臂长度,同时充分发挥采空区垮落矸石的碎胀支撑作用;(4) 3种情况下的数值模拟显示,传统留25 m煤柱尺寸过大,造成大量资源浪费,且峰值压力较大,为18.2 MPa;仅留8 m小煤柱但不切顶时小煤柱所承受支承压力最大,峰值可达19.3 MPa,可能导致掘巷失败;切顶8 m小...     

祁东矿切顶卸压无煤柱开采矿压规律及围岩控制

为系统探索切顶卸压无煤柱开采技术在祁东煤矿的适应性,以祁东煤矿7135工作面的开采条件为研究背景,采用顶板岩性的钻孔窥视、巷道表面位移、巷道矿压在线监测等手段,对切顶卸压巷道变形情况进行系统分析。结果表明,7135工作面切顶卸压段留设巷道可根据其变形特征分为4个区,针对顶板下沉大、涨帮、底鼓的问题,重点在留巷段巷道变形减慢区采用线式组合锚索对顶板进行了二次耦合加固,采用盘式组合锚索簇对工作面超前支护区进行超前加固,取得了显著的控制效果。     

区段煤柱合理宽度优化的实测分析

本文以平煤集团某矿为工程背景,采用理论分析、现场实测等方法研究探寻倾斜煤层煤柱覆岩结构与煤柱应力分布之间的关系,结合现场工程实测数据对煤层的区段煤柱进行优化。研究结果表明:机巷围岩变形量小于风巷,而风巷端头覆岩结构特征与煤柱靠下区段侧相近,推断煤柱靠下区段侧围岩变形量大于靠上区段侧;实测12020(上)区段煤柱应力峰值位于5~10m之间,考虑掘进引起围岩变形量,该区段合理煤柱宽度应为8~10m。     

区段煤柱影响下的巷道矿压显现规律及支护

介绍了底分层工字钢支护巷道受区段煤柱影响所表现出来的矿压显现规律,通过对其进行分析,提出采用工字钢支护为主,巷旁留设让压空间和木锚杆锚塑料网柔性支护为辅的复合支护形式,解决了困扰杨村煤矿底分层掘进巷道受区段煤柱影响的支护难题。     

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。     

区段煤柱变形光纤光栅监测应用研究

针对近距离煤层下伏工作面过上覆遗留煤柱时,发生动静载叠加诱发强矿压显现,导致区段煤柱发生变形失稳造成人员伤亡和设备破坏。为探索基于光纤光栅实时监测区段煤柱变形发育特征,分析进、出遗留煤柱阶段矿压显现机理,将FBG、光栅应力计的光测方法相结合,结合现场实测的区段煤柱变形应力应变水平参量变化规律,研究煤柱应变空间分布规律及回采过程中工作面前方煤柱内部应变时域响应特征,验证光测方法在煤体应变水平观测的可行性。结果表明：工作面回采经过上覆遗留煤柱期间,区段煤柱顶板受集中应力影响,上部岩层块体破断并发生回转导致煤柱载荷增加,随着工作面推进覆岩断裂进一步向上传递,关键层断裂回转发生导致工作面来压,最终导致区段煤柱变形失稳。根据现场光栅应变增量幅度判断煤柱内局部变形的剧烈程度,在集中应力作用下,区段煤柱变形时发生最大应变为650×10-6,上覆岩层集中应力造成煤柱应变水平峰值位置为煤柱宽度11.5 m,沿煤柱宽度方向应变表现出先增加后减小然后趋于稳定的趋势,内部应变随采动过程中影响范围在5 m左右。综合研究工作面回采经过上覆遗留煤柱时应变对区段煤柱发生变形失稳的特点和规律,以及应变水平变化和煤柱物理...     

祁东矿巨厚坚硬顶板切顶无煤柱开采技术应用研究

为解决当前煤矿开采过程中存在煤炭采出率低、留煤柱开采引起应力集中、巷道围岩控制难等问题,以祁东煤矿7135工作面为工程背景,提出切顶沿空留巷技术。通过对巷道围岩运动特征和留巷技术原理的研究分析,确定切顶留巷关键技术参数,并在现场进行了工程应用。结果表明,采用高强预应力锚索补强顶板、垛式支架支撑顶板及可伸缩U型钢挡矸防护等联合支护体系,实体煤帮平均变形量达到166 mm,采空区帮平均变形量达到237 mm,顶板平均下沉量达到163 mm,平均底鼓量208 mm,留巷变形满足安全生产要求。     

煤矿水力压裂切顶卸压技术研究

为了改善留巷的应力状态,降低巷道维护难度,保证矿井安全生产,以煤矿实际巷道工程概况为基础,分析了水力压裂切顶卸压前后的应力分布,研究了试验机具与设备,设计了压裂参数及水力压裂切顶技术施工工艺,并分析了水力压裂切顶技的安全技术措施.研究为类似矿井地质条件的巷道切顶卸压提供了借鉴.     

采动条件下围岩破坏及瓦斯流动规律研究

为了研究采动条件下围岩破坏及瓦斯流动规律,分析了煤层开挖和瓦斯流动卸载模拟分析,采用数值模拟软件,研究了采动条件下上覆岩层垂直变形破坏规律、工作面推进方向上煤层破坏规律以及煤层孔隙率和渗透率变化规律。研究为巷道支护和瓦斯抽采提供了理论支持。     

Study on mechanism and practice of surrounding rock control of high stress coal roadway

The mechanical principle and surrounding rock deformation feature of high stress coal roadway was analyzed. The condition of stress balance of the kind of the roadway was put forward. The surrounding rock control principle and supporting technique of high stress coal roadway were discussed. It was very important to control early days deformation of coal sides. The supporting strength is should increased, so the strength loss of coal sides is decreased. The range of plastic fluid zone is reduced. The above mention-ned principle is applied in industrial test, and the new supporting technique is applied successfully.     

地应力对煤矿巷道围岩稳定性影响研究

为了确定采场布局和回采顺序,确保巷道围岩的相对稳定,分析了矿井所处的地应力状态、类型和作用特征。采用水压致裂地应力测量仪以及水压致裂法系统地对15号煤层进行地应力现场实测,得到不同位置的地应力数据。通过对实测数据的系统分析,得出盘区范围内地应力场的分布规律、巷道顶板稳定性受最大水平地应力的影响程度以及不同掘进方向巷道状况的差异。研究结果为采场合理布置及煤矿巷道支护设计强度提供计算参数,对于井巷布置和矿山安全高效生产具有重要指导意义。     

高应力坚硬顶板切顶沿空留巷矿压规律研究

为了解决矿井采掘接替紧张、巷道围岩控制困难等问题,以某矿21100工作面运输巷为工程背景,提出采用切顶沿空留巷技术。理论分析了沿空留巷围岩结构运动特征,对切顶沿空留巷围岩变形情况进行数值模拟分析,提出沿空留巷围岩治理措施,并在现场进行了工程应用。研究结果表明:工作面基本顶“O-X”破断、采场周期来压引起留巷巷道上方基本顶岩层失去稳定性;提出以“切、补、护、支”为主的留巷围岩控制方法;留巷段两帮移近量最大为80 mm,顶板下沉量最大为138 mm,锚索最大应力237 kN,顶板全长累计离层量32 mm。研究可为类似地质条件下的切顶沿空留巷提供参考。     

松软煤层大巷围岩变形机理及控制对策

针对潞安漳村矿井深埋煤巷持续大变形难题,在开展地应力、煤岩体强度及围岩结构测试的基础上,分析了软弱围岩破坏变形的机理;基于强力一次支护原则提出了高预应力强力锚喷支护方案,重点对煤帮进行短锚索补强支护。矿压监测结果表明,掘巷阶段巷道顶板最大下沉量16 mm,两帮最大收敛量153 mm,底板变形不明显,锚杆锚索受力在掘进工作面推过50 m时开始稳定,锚杆受力最大值稳定在154 kN,锚索受力最大值稳定在235 kN。研究成果可为类似采矿条件下煤巷支护提供经验指导。     

基于煤柱应力实测的沿空掘巷煤柱宽度留设与围岩控制技术

针对复合顶板沿空巷道煤柱合理尺寸难以确定及支护困难等问题,以泊江海子矿3-1煤层一面三巷布置的工作面为工程背景,采用理论分析和现场实测的方法,研究工作面回采后煤柱应力的分布规律。现场实测结果表明,工作面回采后煤柱应力沿侧向可分为低应力区和高应力区,低应力区距采空区边缘距离为14.5m,高应力区距采空区边缘距离为14.5～20m,最大应力峰值为29MPa,考虑到煤层裂隙发育、煤壁片帮等因素,综合确定沿空掘巷煤柱宽度为9m。同时结合具体地质条件进行沿空掘巷支护方案设计及矿压观测,巷道支护实践表明,试验巷道采用所确定的煤柱宽度及锚索网支护参数后,巷道围岩稳定,实现了工作面安全高效开采。     

膏体充填回收孤岛煤柱围岩控制技术研究

随着煤矿的长期开采,各种孤岛煤柱的安全、高采出率回收成为矿井亟待解决的难题。针对朱村矿东一下山保护煤柱回收难题,采用膏体充填法进行回采。分别从工作面液压支架与围岩的相互作用关系及支护强度要求、充填期间“充填体—上覆岩层”支撑结构体系的稳定性和充填体强度要求以及充填率对地表开采沉陷的影响3方面进行了分析研究。通过采用膏体充填开采,工作面巷道围岩稳定,上覆岩层无明显裂隙离层发育,表现为随工作面开采整体缓慢下沉状态;按开采高度2.5 m计算,地表下沉系数为0.137,地表建筑物在Ⅰ级损坏之内。     

顺层瓦斯抽采钻孔周围煤体卸压范围和应力分布

为了研究顺层瓦斯抽采钻孔周围煤体卸压范围和应力分布,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,理论分析了顺层钻孔煤体破坏机理,在钻孔周围形成了弹性变形区、塑性软化区和卸压破裂区以及分析了顺层钻孔煤体应力分布和位移方程;数值模拟了不同孔径下钻孔卸压范围和应力分布,得到了顺层钻孔卸压范围随孔径变化函数关系。