中兴矿3217沿空留巷底鼓特征及支护参数优化研究

本文以中兴矿3217工作面沿空留巷为工程背景,对沿空留巷的底鼓变形规律进行了研究。针对巷道变形破坏特征,提出采用高强度锚杆索、管缝式锚杆与巷旁、巷内加强支护联合治理加固技术来控制中兴矿高应力、破碎围岩巷道底鼓;同时辅以数值模拟对支护参数进行了优化,结果表明:优化方案围岩变形量较原方案大幅减小,同时将充填墙体宽度设置为3m,可有效控制巷道围岩变形。     

余吾煤业N1105工作面沿空留巷支护应用研究

为解决余吾煤业N1105工作面胶带顺槽沿空留巷围岩变形严重的问题,特提出在此巷道进行沿空留巷加强支护,超前在巷道原有支护的基础上铺设两层菱形金属网和一层钢筋网片、补打锚索补强支护,运用柔模混凝土墙体在巷道回采侧进行永久加强支护,对巷道超前30 m、滞后200 m范围内进行临时加强支护。实践表明,沿空留巷支护能有效解决围岩变形严重问题,尤其是对顶板下沉有很好的支护效果,全巷道顶板基本无明显变化,个别地段顶板稍有下沉。矿压监测显示,留巷顶板最大下沉量为235 mm,底鼓最大值为1 080 mm,帮鼓最大值为432 mm,除底鼓变化量较大以外,顶板下沉和帮鼓得到有效控制。     

三河尖矿深部沿空留巷围岩控制技术研究

为了有效控制深部沿空留巷围岩变形问题,分析了深部沿空留巷的围岩变形规律,提出了深部沿空留巷围岩控制技术,即采用高强高预应力锚杆支护技术、充填区域顶板控制技术、充填体预应力承载结构和动压作用期间单体液压支柱加强顶底板支护等控制技术。实践表明:该技术有效地维护了巷道围岩稳定,最终两帮变形量小于550 mm,顶板底变形量小于1 200 mm,主要以底鼓为主,经卧底后可满足下一工作面回采要求,取得了很好的沿空留巷预期效果。     

厚煤层沿空留巷柔模混凝土充填体合理宽度确定

基于大柳塔煤矿52606沿空留巷技术需求,提出了厚煤层“柔模混凝土+补强支护”围岩稳定控制思路。通过理论计算得出1.2 m宽度下柔模混凝土充填墙体满足安全生产要求。基于此,采用数值模拟综合分析了0.6、1.2与1.8 m三种不同宽度柔模混凝土墙体的采动围岩应力演化及变形特征,数值计算显示：随着宽度增加,巷道顶部垂直应力增大,应力向充填墙体中部转移,且宽度为1.2 m时,留巷整体稳定性较高,巷道变形量较低。因此,确定了沿空留巷柔模混凝土充填体合理宽度为1.2 m。矿压观测结果表明,留巷期间巷道围岩整体变形较小,锚杆（索）及充填墙体工况良好,顶板未见明显裂隙发育,矿压显现不明显,保证了厚煤层工作面安全高效生产。研究对类似条件下厚煤层沿空留巷具有一定的借鉴价值。     

三软煤层沿空留巷技术研究

通过对新郑煤电12209工作面运输巷三软煤层进行分析,提出了三软煤层巷旁浇筑支护沿空留巷技术方案,包括超前扩帮支护、巷道喷浆注浆加固、单体液压支柱抬棚支护、切顶卸压和沿空留巷混凝土墙体浇筑等工艺技术.经沿空留巷现场监测点监测发现,留巷出现变形、顶板向充填墙体一侧倾斜下沉、底鼓严重、煤帮局部挤出等问题.针对监测到的情况,...     

无巷旁充填切顶卸压沿空留巷矿压显现规律及关键支护技术

为系统研究无巷旁充填切顶卸压沿空留巷矿压规律及关键支护技术,理论分析了无巷旁充填切顶卸压沿空留巷矿压显现规律,基于恒源煤矿Ⅱ632机巷工程实践,在巷道内布设位移观测点和顶板恒阻锚索测力计对巷道变形及恒阻锚索工作阻力进行连续观测,得到巷道在留巷期间巷道变形量、变形速率及恒阻锚索受力的变化规律。结果表明:切顶之后,由于顶板快速下沉所产生的冲击载荷,留巷围岩变形剧烈,尤其是强烈的底鼓现象;留巷段围岩变形受动压影响,变形更加剧烈;无巷旁充填切顶卸压沿空留巷顶部恒阻锚索总体平均受力为259.721 k N,最大受力达到275.76 k N,当工作面推过测点后,恒阻锚索受力趋于稳定;提出了"强化恒阻锚索配合锚杆(索)支护以增加顶板支护强度"、"当底板较软时,适当强化底板支护"和"注意留巷阶段的加强支护"的无巷旁充填切顶卸压沿空留巷关键支护技术。     

谢桥矿半原位沿空留巷技术

针对谢桥矿11426综采工作面所处地质条件,基于"Y"型通风沿空留巷煤与瓦斯共采理论,解决了架棚巷道沿空留巷的支护难题,采用半原位留巷顶板4大主动控顶区强化控制技术提高顶板稳定性,详细介绍了留巷期间顶板及墙体的加固方案和留巷充填工艺。现场矿压观测数据显示,架棚留巷中空注浆锚索索注一体化控顶配合4大区域主动控顶,有效地控制了巷道变形。留巷稳定后断面面积满足要求,试验达到预期效果,从而证明了该留巷技术的科学性。     

切顶卸压及支护优化技术在软岩底板沿空留巷中应用

高河能源W3305工作面由于厚硬关键层回转压力大、底板膨胀性泥岩等原因,工作面矿压显现剧烈,留巷断面收缩量明显,导致Y型通风系统回风流断面变小;部分柔模墙体发生倾斜,导致留巷支护系统失效,顶板管理存在重大安全隐患。针对此情况,在进风顺槽实施切顶卸压护巷、沿空留巷支护技术后,对比未切顶爆破前留巷巷道底鼓量从平均1 000 mm降低到82 mm,有效控制了软岩底板巷道围岩变形,极大减少了留巷底鼓量,保证了工作面的安全高效高产,为留巷复用创造了条件,同时对于其他软岩底板条件矿井实施沿空留巷技术具有一定的工程参考价值和借鉴意义。     

千米埋深坚硬顶板沿空留巷技术研究

为解决深井高地应力和坚硬顶板长悬臂高附加应力叠加造成的沿空留巷维护困难的问题,以平煤十二矿己14-31010工作面为研究对象,分析制定了沿空留巷充填墙体构筑工艺流程,提出了以控制坚硬顶板结构为目的的预裂爆破主动卸压技术和沿空留巷围岩强化控制技术方案。对沿空留巷充填墙体构筑与维护过程控制效果监测结果表明:预裂爆破后采煤工作面顶板来压步距缩小10 m左右,工作面液压支架载荷下降约7 MPa,来压强度明显下降;通过巷内强化控制,沿空留巷稳定后巷道断面收缩率为34%,断面面积在10 m~2以上,保证了工作面正常通风和邻近层卸压瓦斯抽采的空间要求,深井高地应力坚硬顶板条件下进行沿空留巷得到成功应用。     

深井矸石充填工作面沿空留巷围岩控制原理与技术

深井工作面矿压显现剧烈使得沿空留巷存在诸多困难。采用矸石充填采空区可有效限制深部采场覆岩大范围的破断、运动,缓解深井工作面剧烈的矿压显现,为深井工作面沿空留巷奠定基础。通过现场实测和理论计算探讨了深井矸石充填工作面覆岩运动特征,探讨了沿空留巷围岩承载结构及其稳定性。根据新巨龙煤矿2305S-2号工作面实际情况,设计了以矸石墙+钢管混凝土立柱为主的巷旁支护结构,并提出了留巷顶板超前支护、强力护表、深部锚固,巷旁支护结构合理宽度、侧向约束、协同承载,实体煤帮卸应力、防冲击、控片帮的控制方式,留巷底板高应力深部转移的沿空留巷围岩控制原理和先固顶→再护帮→后控底的沿空留巷围岩控制原则。形成了锚杆+W钢带超前支护和长锚索+注浆锚索永久支护的沿空留巷围岩控制技术,成功实现了新巨龙煤矿2305S-2号深井矸石充填工作面沿空留巷。沿空巷道围岩实测发现留巷矸石墙变形不均匀,承载能力增长缓慢,钢管混凝土立柱钻底,顶板锚索易破断等问题。需要进一步加强留巷矸石墙的侧向约束,提高矸石墙承载能力。钢管混凝土立柱底部安装大垫板,控制立柱钻底量,沿空留巷顶板锚索要求具备一定的延伸率,实现长锚索与顶板围岩的协同变形与承...     

沿空留巷巷内支护技术研究与应用

针对沿空留巷围岩变形大、变形不匀均、维护效果差等状况,以沁新矿沿空留巷为工程背景,采用数值模拟分析了巷内支护与围岩变形、应力分布的关系,揭示了沿空留巷巷内支护机理：采用高阻让压支护,提高沿空留巷围岩承载能力和抗变形能力,适应沿空留巷阶段性围岩大变形与应力调整。开发了沿空留巷巷内支护技术：① 基本支护：采用高预紧力、高强度、大延伸率锚杆与锚索支护,提高围岩承载能力、适应围岩大变形;② 加强支护：回采工作面后方一定范围内的沿空留巷采用高阻让压的单体液压支柱加强顶、底板支护,即在采空区顶板破断和沿空留巷围岩应力调整的剧烈阶段,通过单体液压支柱有效支撑顶底板、减小顶板回转、下沉和巷道底臌,保持沿空留巷围岩稳定;③ 沿空留巷围岩变形稳定后撤除作为加强支护的单体液压支柱。     

深部沿空切顶巷道底鼓破坏机制及强化控制技术研究

为解决深部沿空切顶巷道的底鼓大变形破坏及频繁翻修维护问题,分析了深部沿空切顶巷道围岩应力环境的转变特征,基于滑移线场理论建立了不同应力扰动阶段下沿空切顶巷道的底鼓破坏力学模型,研究了不同应力扰动阶段巷道底鼓破坏机制,并开展了底板强化控制试验。结果表明：深部沿空切顶巷道的围岩应力环境转变可分为掘进后切顶前、切顶后一次采动及沿空留巷三阶段;在巷道两侧滑移线场的对称及非对称作用下,三阶段巷道底板分别呈小变形对称底鼓、采场侧高于实体煤侧的非对称底鼓变形及实体煤侧高于采空区侧的非对称大变形底鼓破坏;随采深增加,沿空切顶巷道底板支护荷载增加;底板限制性强化支护底鼓速率下降约33.3%,底鼓量可降低804mm,最适于控制深部沿空切顶巷道底鼓破坏。     

沿空留巷底板变形力学分析及底臌防控

上覆岩层垮落产生的动载荷通过巷帮煤体、巷内支护体以及巷旁支护体传递给底板,造成工作面后方一段距离的沿空留巷底臌变形加剧。为了控制上覆岩层垮落引起的底臌变形,在分析沿空留巷力学环境的基础上,建立底板力学模型,计算出沿空留巷煤帮弹性压缩区、塑性区、破裂区的宽度,以及煤帮对底板的作用力。应用关键层理论,确定顶板硬岩层位置及其破断顺序,以及垮断极限层的层位;采用顶板载荷条带分割法,计算出巷旁支护体对底板的作用力,并引入等效载荷的概念,构建底板等效载荷分布力学模型,将沿空留巷底臌与上覆岩层垮落紧密联系起来,分析上覆岩层垮落对底板的受力及变形影响,推导出底臌变形计算式。研究结果表明:上覆岩层垮落引起的底臌主要是由于塑性区煤体和巷旁支护体下方底板岩层高应力压剪破坏,以及巷道底板和采空区底板在强卸荷条件的拉伸破坏共同影响造成的。基于此,提出了降低塑性区煤体和巷旁支护体传递给底板的作用力,提高采空区冒落矸石对底板的作用力,防止巷道底板岩层拉伸破坏,巷旁支护体宽度、刚度与底板岩层强度相匹配等底臌防控措施,并应用于工程实践。     

深部岩体力学研究与探索

针对深部沿空留巷顶底板移近量大、充填体大变形破坏失稳等问题, 采用数值模拟和现场实践相结合的方法, 分析了传统沿空留巷和切顶卸压协同承载沿空留巷围岩应力演化规律和变形特征, 揭示了切顶沿空留巷充填体—矸石协同承载机理。在此基础上,以朱庄煤矿Ⅲ635工作面沿空留巷为工程背景, 提出了一种巷旁充填体—矸石组合结构体协同承载的切顶卸压沿空留巷技术, 建立充填体—矸石协同支撑顶板力学模型、推导出顶板挠度方程, 并进行工程应用。数值模拟结果表明：采用切顶卸压协同承载沿空留巷技术后, 实体煤帮和充填体的垂直应力峰值分别降低了28.3%、44.4%, 巷道顶底板移近量降低了58.2%。现场应用结果表明：采用该技术后, 顶底板和两帮移近量分别为382.9、253.6 mm, 工作面支架平均支撑力下降了45.3%, 有效控制了巷道变形。可为类似条件下沿空留巷围岩控制提供参考。

     

切顶卸压无充填沿空留巷技术在神火集团的研究与实施

针对柔模混凝土、高水充填沿空留巷存在支护材料成本较高、人员占用多及后期修巷工程量较大等问题,根据何满潮院士的"110工法",依托聚能水压光面爆破技术,结合采空区上覆岩层垮落规律和采空区的压力显现规律,在实验室进行了"巷道底板岩层应力分布区域"技术研究;掌握了巷道原岩应力区、应力集中区、卸压区、应力恢复区4个区域的分布地点和受力状况;总结出切顶卸压无充填沿空留巷技术的技术原理,并制定了无充填留巷技术的支护方案。利用切顶卸压无充填沿空留巷技术,留巷断面、支护强度符合相关要求,生产成本大大降低,经济社会效益较为显著。     

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。     

沿空留巷围岩受力变形特征及支护对策

以贺西煤矿3311工作面沿空留巷为背景,采用FLAC~(3D)有限差分程序计算分析了不同工作面回采阶段沿空留巷围岩、充填墙体及煤柱中的应力、变形分布特征,提出了沿空留巷合理的支护对策。研究结果表明:沿空留巷直接顶内的垂直应力和水平应力变化剧烈程度明显大于基本顶;围岩及充填墙体受力变化受3311工作面回采滞后采动应力作用明显,且主要对垂直应力的变化产生影响;3313工作面二次采动阶段,巷道围岩的变形受采动影响的敏感性远大于受力,即在充填墙体和巷道围岩应力增加很小的情况下,巷道变形增幅却相对较大,且主要表现为底鼓和两帮移近。井下试验表明,采用锚杆锚索与充填墙体联合支护后,通过优化现场施工工艺,沿空留巷满足了回采工作面的通风需求,降低了巷道掘进成本,实现了回采工作面快速推进。     

云盖山一矿切顶卸压沿空留巷技术应用实践

为了解决云盖山一矿工作面采掘接替紧张问题,以22202工作面运输巷为例,进行了沿空留巷应用研究,提出了切顶卸压沿空留巷分段式支护技术,并进行了现场应用。应用结果表明:采用切顶卸压技术能有效切断沿空留巷顶板,待工作面推进后,沿空留巷顶板沿着切缝线断裂;采用三段式支护巷道,有效控制了沿空留巷围岩变形;切顶卸压沿空留巷技术应用后,现场留巷效果较好。     

煤矿高浓度胶结充填开采沿空留巷技术研究

以新阳煤矿10203充填工作面为研究背景,通过理论分析和数值模拟,对垮落法和充填法开采下的采空区沿空留巷巷道矿山压力进行了对比分析,进一步探究了采空区全部充填后沿空留巷巷道的变形规律。结合高浓度胶结充填体的力学特性,设计了沿空留巷巷内基本支护、加强支护的方式,并将其运用于生产实践。井下应用表明：充填开采后的沿空留巷巷道围岩变形量较小,其变形率仅为8%左右;巷道顶板较为完整,没有发生大的冒落,且巷道煤壁无片帮现象发生;巷道内采用的锚杆、锚索、金属网、单体支柱联合支护安全可靠,支护合理。煤矿高浓度胶结充填开采沿空留巷技术工艺简单,可操作性强,采空区充填完毕后自然形成沿空巷道,而且杜绝了沿空留巷巷道常见的火灾、瓦斯等灾害,具有广阔的应用前景。     

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。