金谷矿沿空留巷预裂切顶技术及补强支护研究与应用

为了提高煤矿井下回采工作面沿空留巷的成功率,以及对沿空留巷围岩稳定性的控制。本文以金谷矿10901工作面为工程背景,采用沿空留巷技术将10901运输巷保留下来,作为10903工作面的回风巷道,通过理论分析,将基本顶简化为板结构,对其回转下沉力学进行分析,分析认为板在受纵向压应力时更容易破坏,对采空区顶板实施预裂切顶有利提高沿空留巷的成功率和完整性。在此基础上,结合工程地质资料,详细设计了沿空留巷预裂切顶方案和锚索补强支护方案,并运用于工程实践。通过对现场监测发现,采用预裂切顶和锚索补强支护后成巷比较完整,巷道顶底板位移和两帮位移较小,能够满足下区段工作面的生产要求。     

预裂爆破切顶卸压沿空留巷技术应用

以青洼煤业2207综放工作面为工程背景,在概述该工作面特殊地质条件的基础上,对预裂爆破切顶卸压沿空留巷技术原理进行阐述,并对该综放工作面所采取的沿空留巷恒阻锚索补强、单体柱密集支护、预裂切顶爆破的联合支护方式进行分析探讨。结果表明,深孔爆破技术能够保证顺槽顶板预裂卸压,采空区顶板在采场周期来压的作用下必将沿爆破设定方向切落;垮落的矸石因受到岩石碎胀影响而形成对采空区顶板的有效支撑,并自动形成采空区临近侧巷帮,保留胶带顺槽,避免常规留设煤柱所引起的资源浪费,使煤炭资源回收利用效率显著提升。     

沿空留巷巷旁充填支护阻力计算模型

基于现场实际观测结果 ,分析研究了沿空留巷顶板岩层运动的过程及充填体受力特征 ,根据充填体与顶板相互作用原理 ,确定了巷旁充填体支护阻力的计算原则 ,并建立了相应的支护阻力计算模型。     

切顶卸压沿空留巷预裂切缝技术指标研究

主要以赵固一矿16011工作面为工程背景,对顶板预裂切缝高度、角度以及钻孔间距等主要指标进行研究。根据预裂切缝高度和角度,结合现场工程实际确定双向聚能爆破装置的间距为600 mm。     

预切顶沿空留巷巷内支护技术

使用切顶技术后,留巷围岩结构形成矩形稳定区在支护系统担当支护主力角色。提出结合矩形承载区自稳结构理论,建立悬臂梁力学模型分析受力并计算出支护参数,并采用锚杆和密集预应力超长锚索配合W钢带和铁丝网强力支护方式技术手段。结合工程实例结果表明:运用三位一体合理的留巷支护措施较好满足留巷的支护需求。     

沿空留巷巷旁支护载荷的确定

从工作面板分为９个类级入手，到最后缩分，重新组合为悬伸于采空区上方为主要依据的４种类型，依次给出了沿空留巷巷旁支护的载荷推算方法，经过开滦矿务局唐山矿和林西矿的实践验证，认为是可行的。     

象山矿切顶卸压沿空留巷技术研究

以象山矿21308工作面为研究背景,进行切顶卸压沿空留巷技术研究。应用爆破预裂切缝、锚索支护等方法设计施工。经监测,巷道变形较原留巷方式效果好,顶、底板移近量小。     

沿空留巷巷旁支护载荷的确定

从工作面顶板分为９个类级入手，到最后缩分、重新组合为以悬伸于采空区上方为主要依据的４种类型，依次给出了沿空留巷巷旁支护的载荷推算方法，经过开滦矿务局唐山矿和林西矿的实践验证，认为是可行的。     

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。     

极近距离煤层下层煤采场顶板结构与控制

针对近距离煤层开采时,上层煤开采会对下层煤产生采动影响,导致下层煤邻近回采巷道围岩变形等问题,提出了近距离煤层错层位切顶卸压护巷技术。分析了错层位切顶卸压护巷技术原理,推导出近距离煤层错层位切顶高度的计算公式,给出错层位切顶的关键参数,研究了错层位切顶卸压护巷效果。结果表明：通过错层位切顶主动调控顶板断裂位置可缩短悬臂梁长度,同时切落后的岩石因受到采空区与夹层的缓冲作用减少能量向下传递,有效保护了下层巷道的围岩稳定;错层位切顶高度的确定需考虑顶板垮落的矸石对本层位空区与下分层空区的充填效果,以及层间岩石的垮落影响。现场工业性试验发现,错层位切顶后,动压巷道底鼓量由3.0 m降至0.5 m左右,降幅为83%。

     

直覆厚硬顶板无煤柱留巷技术

为解决10 m厚石灰岩直覆顶板开采隐存的采空区顶板大面积悬顶、瓦斯积聚超限及留设煤柱导致应力集中等灾害问题,提出无煤柱沿空预裂切顶留巷技术。对留巷巷道顶板实施超前预裂,切断巷道顶板与采空区直接顶、基本顶的联系,周期来压作用下沿预裂面垮断,构筑的充填墙体隔断采空区并支撑上位岩层,改善巷道围岩应力环境。基于该方法的无煤柱留巷关键技术已在晋城矿区得到推广应用。     

韩家湾煤矿切顶卸压沿空留巷技术应用

为进一步提高煤炭资源回收率,以韩家湾煤矿214201工作面应用沿空留巷开采技术为背景,为确保工作面成功留巷,在工作面实施爆破切顶卸压技术实践。结合煤层顶底板岩石物理力学性质,通过理论分析与现场试验确定切顶卸压爆破技术参数,在实施爆破切顶前采用恒阻大变形锚索加强切顶侧顶板支护,之后采用爆破切缝技术定向切顶卸压。现场监测结果表明,爆破切顶卸压之后,顶板能够按照预定的方向切缝,在工作面回采过程中,通过对留巷支护参数及形式的设计,最终所留巷道效果明显,达到了沿空留巷的目的。     

定向预裂卸压技术在预切顶沿空留巷中的应用

针对坚硬顶板下的沿空留巷顶板预裂卸压问题,以某矿20916工作面为背景,提出采用隔震定向爆破卸压技术,结合定向预裂理论对20916工作面进行深孔定向爆破并确定关键参数,利用断裂力学和爆破基础理论推导出了炮孔深度、单孔装药量的合理范围和炮孔间距的表达式,实现了聚能和隔震,并成功运用在实际生产中。研究为同条件的定向预裂的沿空留巷起到积极的推广借鉴作用。     

带有导向孔的浅孔爆破在留巷切顶卸压中的应用研究

厚层坚硬顶板切顶卸压是优化沿空留巷围岩应力和结构有效途径之一,将导向孔应用到切顶卸压中是新的尝试。基于浅孔爆破沿空留巷切顶卸压机制,利用LS-DYNA数值模拟与理论分析相结合的方法,分析了导向孔作用机理,探究了参数选取对爆破效果的影响。研究结果表明:导向孔增加了自由面,对炮孔连线方向上的切向应力影响明显,提高了炮孔间裂隙贯通率和炸药能量利用率;装药孔不耦合系数取1.31时可充分发挥导向孔应力集中效应;最大切向拉应力与导向孔直径呈正变关系,但对远离导向孔的位置影响微小。根据岩石的动态抗拉强度,确定装药孔间距1.2 m。     

柔模混凝土沿空留巷和切顶卸压沿空留巷对比分析

沿空留巷是煤矿开采技术的一项重大改革。城郊煤矿21404轨道巷在沿空留巷期间,采取柔模混凝土沿空留巷和切顶卸压沿空留巷2种沿空留巷工艺方式,为了获知2种沿空留巷工艺的优缺点,经过一段时间的施工,从成本、施工工艺、劳动强度和留巷效果等方面进行对比。对比分析研究得出,对沿空留巷进行改进,优化施工步骤,降低了施工难度和成本及职工劳动强度,消除了作业过程中的危险步骤,保证了作业安全。     

长平煤矿超前预裂爆破切顶卸压技术及成本分析

为了降低临空侧巷道应力集中,基于晋煤集团长平煤业4322工作面的开采地质条件,采用钻孔取心的方法对顶板、两帮的煤岩体结构进行了观测,并结合水压致裂的方法对最大、最小水平主应力、垂直主应力等相关地应力参数进行了测量,制订了针对工作面43221巷超前预裂爆破切顶卸压实施方案,确定了切顶卸压高度、卸压孔间距等主要参数,同时对切顶卸压成本进行了初步分析。现场结果表明,设计方案和成本基本符合施工的实际情况,指导了现场施工安全顺利地进行。     

综采工作面切顶卸压沿空留巷端头及超前支护技术优化

为解决综采工作面运输巷端头及超前支护自移式液压支架破坏沿空留巷顶板锚杆、锚索问题,结合运输巷沿空留巷设计实施方案以及端头、超前液压支架相关技术参数进行论证、计算,从而得出沿空留巷顶板补强预紧力锚索支护强度远大于端头及超前液压支架支护强度,综采工作面切顶卸压沿空留巷端头及超前范围内取消液压支架支护是科学合理的。     

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。