临空巷道煤柱割缝爆破切顶联合卸压技术研究

坚硬顶板下临空巷道存在着高应力集中、大变形、难支护等问题,以葫芦素煤矿21105工作面为工程背景,分析了坚硬顶板下工作面回采期间上覆顶板破断规律,研究了临空巷道围岩变形机理,提出了临空巷道“顶板爆破+煤柱割缝”联合卸压巷道变形控制方法,采用FLAC^3D软件模拟了卸压前后临空巷道围岩应力分布规律。在葫芦素煤矿21105工作面回风巷采取“顶板爆破+煤柱割缝”联合卸压措施后,临空煤柱深基点应力峰值降低36.1%,浅基点应力峰值降低19.1%,试验区域微震日均能量降低67.0%,日均微震总能量降低35.7%,采取卸压措施后临空巷道顶底板移近量减小60.1%,两帮移近量减小41.6%,巷道变形得到有效控制。试验结果表明临空巷道“顶板爆破+煤柱割缝”联合卸压技术可有效降低煤柱应力,减少巷道变形,为坚硬顶板下临空巷道变形控制提供了一种新的治理手段。     

麦捷150505综放工作面回采巷道切顶卸压分析

麦捷煤业正在开采的15煤层顶板比较坚硬,回采巷道需要留设30 m煤柱支撑。为了减少巷道的变形和煤柱的预留量,决定对回采巷道进行切顶卸压。结合150505综放工作面的地质条件,对切顶的参数和施工工艺进行了设计。通过数值模拟可以发现,在切顶高度为17 m时,煤层坚硬顶板被完全切断,小煤柱巷道周边的应力明显降低,可以为综放工作面的切顶卸压设计提供一定的参考。     

基于切顶卸压技术的动压巷道力学响应破坏机制试验研究

针对动压巷道围岩变形速度快、变形量大、变形方式复杂等现状,采用现场测试及理论计算方法,设计了工作面端头顶板和采空区侧煤柱顶板水压致裂切顶卸压方案,分析了动压巷道悬臂梁超前支承压力及弧形三角板侧向支承压力破坏效应,研究了动压巷道叠加力学响应破坏机制,提出了小保当矿动压强顶弱帮巷道控制对策。结果表明:采取工作面端头顶板切顶卸压可有效控制回采帮变形;采取相邻采空区煤柱顶板切顶卸压可有效控制煤柱帮变形;回采帮及煤柱帮承载力与超前及侧向支承压力有关。结合具体巷道回采帮及煤柱帮变形破坏现状,确定了动压巷道切顶卸压方案;小保当矿二次动压强顶弱帮巷道,应采取切顶卸压-强帮护顶技术,保证工作面安全回采。     

麦地掌煤矿复合顶板切顶卸压与巷道围岩控制方法研究

针对复合顶板条件下工作面回采中存在的巷道变形严重、采掘接续紧张及煤柱资源损失问题,采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的方法对复合顶板切顶卸压与巷道围岩控制方法进行了研究。结果表明：对于复合顶板条件,基本顶未切顶部分所受拉应力大小与切顶高度及角度密切相关,两者需合理搭配才能达到良好的切顶卸压效果,确定合理的切顶高度与角度分别为9 m与15°,据此提出了复合顶板切顶前恒阻大变形锚索补强支护与工作面分区段临时加强支护方法。通过现场实践,顶板下沉量降低52.4%,两帮移近量降低57.5%,沿空巷道变形得到了有效控制,可为类似条件矿山提供工程指导与借鉴。     

中厚煤层切顶卸压小煤柱沿空掘巷关键参数研究

为解决青龙煤矿因围岩压力大带来的巷道帮鼓、顶板下沉、围岩变形大的问题,采用切顶卸压双向聚能爆破技术,结合理论分析、数值模拟、现场实测等方法对中厚煤层切顶卸压小煤柱沿空掘巷关键参数进行研究。提出了“切顶卸压预裂爆破技术”+“锚网索联合支护”的小煤柱沿空掘巷技术来应对传统小煤柱沿空掘巷在深部矿井所面临的问题。研究表明,当切断基本顶关键岩块,改变其断裂位置,能够减弱后期基本顶回转下沉对沿空巷道的破坏。切顶角度10°、切顶高度10 m、炮孔间距500 mm、煤柱尺寸5 m时卸压效果最佳。沿空巷道切顶段在掘巷期间顶底板移近量比非切顶段减小了32%;煤柱帮变形量比非切顶段减小39%;实体煤侧变形量比非切顶段减小42%。回采期间切顶段顶底板移近量比非切顶段减小24%;煤柱帮变形量比非切顶段减小30%;实体煤侧变形量比非切顶段减小27%。切顶卸压效果明显,对在深部围岩应力大、巷道变形严重难以控制的沿空掘巷矿井实施切顶卸压小煤柱沿空掘巷有一定借鉴作用。     

大采高综采工作面小煤柱邻巷护巷技术研究

针对大采高工作面回采过程中小煤柱邻巷掘进围岩变形严重的问题,提出了“切顶卸压+恒阻大变形锚索和普通锚索联合支护”的护巷技术,并通过现场观测进行验证。研究表明：采用爆破预裂切顶卸压可以有效降低5103巷道顶板压力和维护小煤柱稳定性,应用恒阻大变形锚索和普通锚索联合支护对5103巷道和小煤柱进行加固,可有效提高巷道顶帮围岩稳定性和小煤柱承载力,进一步减小采动影响下的巷道围岩变形量。     

李家楼煤业煤柱合理宽度确定及切顶卸压方法研究

针对李家楼煤业综采工作面煤柱尺寸留设大及巷道变形严重问题,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,研究了1206工作面煤柱合理宽度及其切顶卸压方法。结果表明：对1206回风顺槽实施切顶后,侧向支承应力集中系数可由切顶前17.3 MPa降至12.1 MPa,切顶可取得明显的卸压效果;对于10 m煤柱宽度,巷道处于应力降低区且整体变形较小,确定合理煤柱宽度为10 m。在此基础上,研究提出了超前深孔预裂爆破切顶方法,以及巷道顶板采用“锚杆+金属网+W钢带+锚索”联合支护,两帮采用“锚杆+金属网+钢筋梯子梁+煤柱帮锚索”联合支护方法。通过现场实践,巷道整体变形得到有效控制,实现了工作面安全高效开采。     

厚大坚硬顶板切顶卸压护巷方法研究

针对综采工作面因顶板厚硬悬顶导致的临近工作面巷道变形严重问题,文章采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的方法对厚硬顶板切顶卸压护巷方法进行了研究。结果表明：厚硬顶板极限垮落步距及最大载荷与顶板厚度及极限抗拉强度成正比,厚硬顶板将导致高应力向煤柱及临近工作面巷道转移,不利于巷道稳定;对厚硬顶板实施切顶卸压,可以有效降低煤柱及临近工作面巷道围岩应力显现程度,并确定合理的切顶角度与高度分别为15°与8 m.研究提出的平行深孔爆破切顶卸压护巷方法,通过现场实践,顶板下沉量降低52.0%,底鼓量降低41.6%,两帮移近量降低59.8%,起到了良好的护巷效果,可为类似条件矿山巷道稳定性控制提供指导与借鉴。     

特厚煤层坚硬顶板孤岛工作面综放开采技术研究

为解决特厚煤层坚硬顶板大采高综放孤岛工作面回采过程中遇到的强矿压问题,以同忻矿8102工作面为背景,模拟分析了孤岛工作面开采过程中的应力分布状况,依此为基础提出了以"小煤柱沿空掘巷+高工作阻力液压支架+坚硬岩层地面水力致裂+巷道卸压"为核心的孤岛工作面安全生产技术保障体系,并通过现场实测验证了保障体系的合理性。现场应用表明:21000kN高工作面阻力液压支架支护能力富余量大,适应效果良好;巷道采用6m小煤柱沿空掘巷,回采期间顶底板最大移近量为700mm,两帮最大移近量为1020mm,巷道围岩变形可控,满足工作面实际生产需求。     

坚硬顶板切顶巷道变形特征及其控制方法研究

文章以山西某矿3104工作面切顶巷道为工程背景，采用理论分析、数值计算与现场监测相结合的方法对切顶巷道变形特征及控制方法进行了研究。结果表明：巷道实施切顶技术后，可以切断采空区顶板对巷道煤帮的应力传导路径，提高煤帮侧煤体的弹性模量及应力承载能力，降低煤体内部应力集中程度，增大巷道及工作面顶板卸压范围，有效限制巷道变形发展。据此提出了巷道顶板采用恒组大变形锚索、巷道煤帮侧采用无纵筋螺纹钢锚杆，以及巷道矸石侧采用“单体支柱+工字钢+金属网”加强支护的巷道变形控制方法。通过现场实践，切顶巷道顶板及两帮整体位移较小，保障了工作面切顶巷道的稳定性，可为坚硬顶板条件的矿山切顶巷道变形控制提供工程借鉴。     

马兰煤矿切顶卸压护巷技术实践

为了解决煤矿坚硬顶板难垮难落问题带来的冲击地压灾害,以马兰煤矿18301工作面为研究背景,对坚硬顶板带来的问题及其解决措施进行了探究。通过FLAC3D数值模拟对切顶卸压的效果进行分析,对比了切顶卸压前后的巷道两帮移近量和顶板底板移近量。发现在预留煤柱20 m下的切顶后的巷道两帮移近量和顶板底板移近量分别减少了23%和16%,切顶卸压的效果明显,通过对不同的煤柱宽度下效果分析发现,随着煤柱的尺寸增加,巷道的变形量降低,但卸压效果将会降低。通过现场实测对巷道的超前支撑压力进行监测,得到了超前支撑压力的峰值和作用范围,解决了马兰煤矿坚硬顶板带来的问题,并为切顶卸压提供一定的理论依据。     

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。     

窄煤柱综放工作面应力转移护巷技术研究与应用

针对常村矿S5-17工作面运输巷护巷煤柱承载过大而引起煤柱破坏变形,导致的巷道围岩结构产生破坏、临近采空区瓦斯进入回采面等一系列问题,运用了窄煤柱工作面切顶卸压护巷技术,研究了不同切顶高度、角度对窄煤柱工作面巷道、两帮煤柱的应力分布和变形特征的影响。研究结果表明,切顶后应力集中主要出现在煤柱中部及切缝的上方,并且煤柱内的应力水平较低,应力集中现象不明显;从实体煤向采空区方向顶板竖直位移逐渐增大,并且巷道围岩及两帮煤柱变形量较小;切顶高度为11.7m、切顶角度为10°时,切顶效果最好。工程实践及现场监测数据表明,在设计切顶方案下,切顶卸压区内与未切顶区相比,平均顶底板移近量减少了35.7%,两帮移近量减少了19.1%。     

深井厚煤层坚硬顶板强动压巷道围岩控制技术研究与应用*

以深井厚煤层坚硬顶板强动压巷道支护为工程背景,在对矿井巷道围岩地质力学测试、初始支护巷道效果评价、回采超前应力监测结果分析的基础上,提出强动压影响留巷巷道加强支护与坚硬顶板切顶卸压技术相结合的综合围岩控制技术方案,有效控制了强动压巷道围岩的变形破坏,降低了回采期间巷道维修量,为工作面尾巷的二次复用和矿井安全高效生产提供了技术支持。     

厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度优化研究

厚煤层放顶煤开采实践中,区段煤柱留设宽度与巷道围岩的稳定性相关性极大,区段煤柱留设较小时巷道围岩稳定性较差,受回采影响易发生巷帮外挤、顶板冒落等事故,而煤柱宽度留设过大则造成资源极大浪费。以高河煤矿西一盘区为工程背景,理论分析了巷道围岩变形大的原因,采用数值模拟的方法研究了采空区侧向的应力分布特征、位移变形规律、破坏特征。现场监测数据表明,工作面超前90 m范围外围岩变形缓慢,巷道顶底板及两帮最大变形量均小于50 mm,超前工作面90 m的影响范围内,巷道受到超前集中应力影响而变形剧烈;巷道顶、底板移近量最大为848 mm,两帮移近量最大为583 mm,区段煤柱优化后,巷道变形较优化前有了显著的降低,巷道顶、底板移近量降低了43.76%,两帮移近量降低了35.93%,综合考虑资源回收、巷道稳定性、次生灾害控制等因素,确定厚煤层综放工作面区段煤柱宽度为32 m。     

宋新庄煤矿顶板密集钻孔切顶卸压护巷技术研究

宋新庄煤矿110303工作面回风巷受110301工作面采动影响，巷道呈现大变形特征而无法满足正常生产需要。因此，在采区对翼110302工作面回采期间于运输巷顶板施工密集钻孔切顶卸压技术，进而优化110304回风巷采后侧向应力分布。结合工作面地质条件，通过理论分析与FLAC^3D数值模拟，确定了切顶高度、角度、孔间距等关键技术参数，研究了切顶前后巷道围岩应力演化规律，数值计算结果显示切顶后降低了巷道顶板与煤柱侧应力集中程度，煤柱内部垂直应力降低约36%,水平应力降低约11%,巷道位移量明显降低。通过工业性试验表明，切顶卸压后，110304回风巷顶板、帮部围岩内裂隙发育减少，两帮相对移进量为249 mm,顶底板相对移进量为237 mm,巷道变形得到有效控制，成功将110304回风巷保留下来。该技术可为宋新庄煤矿后续开采提供一定的技术参考。     

切顶条件下窄煤柱沿空掘巷围岩稳定性研究

针对坚硬顶板窄煤柱沿空掘巷围岩控制工程问题,研究了切顶条件下窄煤柱沿空掘巷顶板运动规律,分析了切顶高度对窄煤柱变形和巷道围岩稳定性的影响。研究表明：巷旁切顶可以有效减小窄煤柱沿空侧悬顶面积与顶板旋转下沉量,降低了上覆岩层及沿空侧顶板对窄煤柱的传递荷载,从而提高了沿空掘巷围岩稳定性;切顶高度与窄煤柱变形量呈负相关,切顶高度越大,工作面回采期间煤柱压缩量和侧向位移量越小。邱集矿采用窄煤柱沿空掘巷巷旁切顶卸压技术后,沿空掘巷围岩稳定性高,实现了坚硬顶板条件下窄煤柱沿空掘巷的安全高效运行。     

采空侧巷道高预应力锚索-钢棒协同控制技术

针对采空侧巷道顶板弯曲下沉、煤柱帮挤压鼓出严重的控制难题,采用有限元数值模拟软件分析了工作面回采后侧向围岩塑性破坏特征,获得了不同煤柱宽度下巷道围岩应力演化规律、塑性破坏分布特征及位移规律,确定了合理的煤柱尺寸,揭示了采空侧巷道由于煤柱失稳导致对顶板承载力降低,诱发巷道大变形的破坏机制。研究得到10 m煤柱条件下中性面位置,并在此基础上提出高预应力锚索-钢棒协同控制技术。井下工业性试验表明,巷道初期支护强度及刚度得到大幅提升,无支护体破坏现象,巷道顶底板移近量与两帮移近量分别降低39.9%与53%,保证了巷道服务期间的稳定性。     

近距离坚硬顶板巷道水力控顶理论及其应用研究

为研究近距离坚硬顶板巷道水力控顶理论,通过理论分析和数值模拟研究了水力化控顶卸压时煤层载荷、巷道应力分布规律,揭示了水力化控顶卸压对巷道围岩稳定性的影响机制,阐明了该技术的工艺流程。研究结果表明：81403回风巷道未开掘时,工作面周期来压步距19 m,直接顶厚度4.84 m,基本顶厚度10.64 m,内应力区范围5.2 m;远离81401采空区侧的15~#煤层荷载与巷道开掘和单向切顶后相比分别降低了20%、15%;现场观测切顶钻孔试验区域巷道高度收敛率为33.7%、巷道宽度收敛率为23.0%,巷道高度收敛率较对比区域降低39%、宽度收敛率较对比区域降低32%。采用单侧高压磨料射流钻孔切顶能使顶板岩层及时垮落,切断顶板岩层间应力传递途径,能有效改善巷道围岩应力状态,减少工作面回采巷道后期顶底板及两帮变形量,降低巷道维护难度。     

无煤柱综采工作面沿空留巷支护技术应用

为了保证8201无煤柱综采工作面安全高效回采,提高沿空留巷顶板稳定性,防止沿空巷顶板出现破碎、冒落现象,通过技术研究,合理分析了8201无煤柱综采工作面在回采期间主要存在的技术难题,并对沿空巷（5201巷）顶板提出了预裂爆破切顶卸压技术,并采取了“柔模浇筑+迈步式走向JW型锚索吊棚+桁架锚索支护”联合支护技术,通过实际应用效果来看,切顶卸压技术有效阻止工作面回采应力向沿空巷侧传递,防止了沿空巷顶板下沉、破碎现象;与传统挡矸装置相比,联合支护技术成本费用低、施工工序简单,有效起到了挡矸护顶作用,而且有效防止了工作面回采时超前集中应力对沿空巷破坏作用,超前应力区顶板下沉量控制在0.15 m以下。