5.4m大采高沿空留巷巷内顶板加强支护设计数值模拟研究

巷内顶板支护安全可靠是5.4m大采高沿空留巷成败的关键。以斜沟煤矿18503工作面下方材料巷为工程背景,在原有3m宽充填带支护设计的基础上,选择5种巷道顶部加强支护方案,研究不同加强支护条件下沿空留巷巷道的维护效果,并且确定最优参数。研究结果表明:1)厚煤层大采高开采中采用沿空留巷技术的方法是可行的,需要巷内支护和巷旁支护共同作用;2)巷内支柱对于顶板下沉控制是有效的;3)在采高为5.4m、充填带为3m的情况下,巷道顶部采用"2根木支柱、3根单体支柱"加强支护方案,帮部采用"2根锚索"加强支护方案。研究结果可为大采高沿空留巷技术提供有益的借鉴和参考。     

深井孤岛煤柱工作面沿空留巷支护技术研究

以车集煤矿深井孤岛煤柱工作面为工程背景，探究深井高应力孤岛煤柱工作面沿空留巷充填体—围岩变形机理；构建沿空留巷围岩力学结构模型，计算出沿空留巷支护所需充填体的宽度及强度，并通过FLAC^3D软件模拟、现场监测验证了充填体宽度和强度的合理性。研究结果表明：孤岛煤柱工作面沿空留巷采用高水充填材料巷旁充填技术，以充填袋成形方式进行充填，可使充填体有效接顶；采用“锚杆锚索联合支护+巷旁充填体”方式进行煤柱中巷支护时，合理的充填体宽度为4.0 m,应力达到8.0 MPa时巷道变形趋于稳定。现场监测结果表明：23下工作面开采30 d内，煤柱中巷最大顶板下沉量不超过50 mm,充填体帮部变形不超过40 mm;回采结束后30 d内，顶板下沉量不超过20 mm,充填体帮部变形量最大为348 mm,煤帮变形量较小，最大处为150 mm,沿空留巷效果良好。     

屯兰煤矿厚煤层沿空留巷充填体上方顶板稳定性控制研究

充填体上方顶板的稳定性是影响沿空留巷效果的关键因素,针对屯兰矿22301大采高工作面留巷顶板离层的控制难题,通过分析留巷期间各阶段顶板受力特征和顶板离层机理,建立充填体上方顶板离层力学模型,提出了厚煤层沿空留巷充填体上方直接顶板的分区动态加固控制技术:"锚网索"+"高预应力锚网索"+"高阻力液压支柱"留巷分阶段支护。现场试验结果表明:顶板最大下沉量为140 mm,底鼓量为660 mm;工作面后方150 m外,0~6 m累计离层量为16 mm、0~2.5 m累计离层量为14 mm;围岩变形以底鼓为主,采用分区域动态支护加固顶板控制技术使顶板整体稳定性得到明显提升。     

薄煤层无巷旁充填沿空留巷技术研究

为解决无巷旁充填沿空留巷支护难度大的问题,通过理论分析巷道围岩结构及沿空留巷支护原理,采用单体支柱代替木密集支柱,并配合十字铰接顶梁的支护方式,使矸石流入巷道自然形成巷旁矸石垛支撑巷道顶板,并对支护参数进行设计,且简化了施工工艺。实践结果表明：该支护手段效果显著,沿空留巷顶底板和两帮最大变形量分别控制在800和600mm以内,无巷旁充填沿空留巷效果达到了预期要求。     

变厚煤层沿空留巷支护技术北大核心

为解决变厚煤层沿空留巷支护措施单一造成的支护效果不如意及支护成本不合理问题,通过理论分析确定了该类巷道采高较高时从巷内、巷旁和辅助支护进行强化,采高较低时采用以巷内强化支护为主,辅助支护为辅的支护策略;提出顶板强化、充填体加固、超前和滞后强化支护和高预紧力等措施,并进行现场工业性设计和试验。结果表明:工作面推过140 m后,巷道变形趋于稳定;顶底板最大移近量158 mm,两帮最大移近量199 mm,有效控制了围岩变形。     

变厚煤层沿空留巷支护技术

为解决变厚煤层沿空留巷支护措施单一造成的支护效果不如意及支护成本不合理问题,通过理论分析确定了该类巷道采高较高时从巷内、巷旁和辅助支护进行强化,采高较低时采用以巷内强化支护为主,辅助支护为辅的支护策略;提出顶板强化、充填体加固、超前和滞后强化支护和高预紧力等措施,并进行现场工业性设计和试验。结果表明:工作面推过140 m后,巷道变形趋于稳定;顶底板最大移近量158 mm,两帮最大移近量199 mm,有效控制了围岩变形。     

马堡煤矿15201工作面沿空留巷关键参数优化

为确保沿空留巷技术在马堡煤矿应用成功,通过数值模拟的方法分析充填体的最优参数。以15201工作面作为研究背景,对比选择4种不同的充填体方案,探究沿空留巷时不同力学参数情况下的充填体应力、应变和维护效果,最终得到最优参数。数值模拟结果表明,当工作面5.4 m采高时,留设3 m充填体的宽度是切实可行的;在留设巷道初期充填体的强度越大,留设巷道的维护效果就越好;研究结果为大采高工作面沿空留巷巷旁充填支护提供了一定的借鉴。     

坚硬顶板下“有限变形”巷旁支护沿空留巷

基于薄煤层坚硬顶板下沿空留巷的矿压显现规律,建立了巷旁支护模型:在充填处预设顶板下沉量,充分利用煤壁的承载能力;采用单体支柱与矸石带联合支护充填区域顶板的支护,并采用卸压钻孔辅助切顶,及时切断巷道顶板与采空区顶板的联结,充当巷道支护的保护岩块。利用数值模拟软件FLAC~(3D),分别模拟了3个临时支护方案下的沿空留巷效果,通过比较3个方案下的顶板下沉情况、顶板回转角情况,确定了采用矸石带与单体支柱来联合支护顶板。实践表明,滨湖煤矿16105工作面沿空留巷时,混凝土充填体宽度取2.0 m,高度为1.5 m,留巷效果较好,基本满足下一工作面的生产需要。     

坚硬顶板沿空留巷巷旁支护技术及工程应用

针对沿空留巷坚硬顶板条件,在传统巷旁密集单体支柱切顶支护的基础上,提出了"锚索+单体液压支柱"巷旁主动强力切顶支护技术。巷旁先采用密集单体支柱支护,然后打锚索支护,构成强力切顶结构,待采空区顶板垮落后,将密集支柱回出,支设新的一排柱距较大的单体支柱。通过力学分析得到了巷旁单体支柱和实体煤的支护阻力大小,并对木城涧煤矿六槽东四壁运输巷进行沿空留巷试验。围岩监测数据表明:一次采动后沿空留巷顶底板移近量达125mm,两帮移近量达到52mm;二次采动对顶底板及两帮的移近量影响较小,仅分别增加了40mm、5mm。可见,采用"锚索+单体液压支柱"巷旁支护对坚硬顶板沿空留巷的围岩稳定性具有良好的控制作用。     

2013薄煤层工作面沿空留巷实践应用

为缓解采掘接替紧张关系,东瑞煤业2013工作面进行了沿空留巷技术实践.通过FLAC3D模拟软件确定了充填支护墙体合理宽度为1.2 m,高水速凝材料合理的水灰比为1.5∶1,以及巷内和巷旁支护参数.工业性试验结果表明:沿空留巷围岩整体最大移近量较小,围岩控制效果较好,满足工程实践要求.     

大采高工作面支柱支护过空巷技术

为了确保成庄矿5314大采高工作面顺利通过空巷,采用数值模拟对支柱支护过空巷效果进行分析,设计了支柱支护充填方案和充填系统.现场试验表明,空巷最大顶板下沉量469 mm,两帮收缩量最大为313 mm,整体状况良好,工作面顺利通过空巷.     

直覆厚硬顶板沿空留巷巷旁支护方式研究

巷旁支护体成功切顶是直覆厚硬顶板沿空留巷成功的关键。通过建立沿空留巷上覆岩层结构力学模型,分析了不同巷旁支护方式下顶板破断结构,得到了强力切顶支柱能够减小顶板悬露长度;在上述研究的基础上,以某矿10106工作面沿空留巷为背景,采用数值模拟方法分析了2.4 m和3.0 m充填体、强力切顶支柱巷旁支护时支护体的应力状态及巷道围岩变形特征,得到了强力切顶支柱是具有高初撑力、高阻让压和恒定支护阻力的支护体,能够及时切顶,保证留巷稳定。现场监测表明,强力切顶支柱能够保证较好的留巷效果,满足安全生产的需要。     

两硬薄煤层沿空留巷巷旁充填支护技术

为了解决两硬薄煤层开采过程中半煤岩巷掘进量大的问题,实施沿空留巷巷旁充填支护技术。通过沿空留巷支护机理理论分析,确定了巷道加强支护的方案,开发出高效充填材料,对巷旁充填体支护参数进行了优化设计,并简化了沿空留巷施工工艺。实践结果表明:该支护技术效果显著,充填体能够密实接顶,接顶率不小于95%,充填体初凝时间小于40 min,早期抗压强度可达到2 MPa左右,具有一定可缩量,沿空留巷两帮和顶底板最大移近量分别控制在123和114 mm以内,沿空留巷巷旁充填支护效果达到了预期要求。     

顶底双软型薄煤层快速沿空留巷技术研究

针对顶底板双软型薄煤层工作面特殊开采条件,分析了沿空留巷的技术难点与关键技术。采用理论分析与数值模拟方法研究了薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及变形规律,建立了薄煤层综采面沿空留巷结构模型,通过方案数值模拟对比分析,揭示了薄煤层综采面快速沿空留巷基本原理,提出"采空区预先垒砌矸石袋,巷道内及时构建胶结充填体和铰接顶梁与单体支柱巷内滞后补强支护"的沿空留巷方案,实现了顶底板双软型薄煤层综采面快速沿空留巷。赵官能源煤矿的工程实测表明:巷道顶板下沉量最大仅为197 mm,底鼓量为83 mm,巷道两帮移近量为327 mm,工作面留巷效率达到18 m/d。     

沿空留巷围岩变形特征与控制技术研究

沿空留巷受两次工作面采动影响,巷道变形量大,为了研究沿空巷道围岩变形规律和控制技术,本文采用FLAC3D模拟上煤层回采后,本煤层一次回采巷旁充填、二次回采时应力位移变化情况。由模拟可知,伴随回采工作面的推移以及构筑巷旁充填体,工作面后方覆岩逐渐垮落,距后方100m后,上覆岩层基本稳定。采用锚网索支护和注浆加固提高沿空巷道承载能力,通过监测围岩变形量可知,支护取得了良好效果,能为类似条件下沿空留巷围岩控制技术提供借鉴。     

充填体宽度对沿空留巷效果的影响

为了研究巷旁充填体的宽度对沿空留巷效果的影响,基于巷道底板的形变量对巷道变形的重要性,提出以巷道底鼓量的变化作为衡量留巷效果的指标,采用了理论计算和对不同宽度的巷旁充填体数值模拟的研究方法,并结合潘一东矿1252(1)首采工作面的现场实践,验证了在充填体宽度2~3 m时,沿空留巷综合效果最佳。     

高瓦斯综采工作面沿空留巷充填体宽度优化

针对潞安余吾矿区巷旁充填体的沿空留巷现场充填宽度不足,导致巷道稳定性得不到保证且巷道变形较大的问题,理论分析了综放尾巷留巷巷旁充填体的受力特点和变形特征,并利用FLAC~(3D)对沿空留巷期内围岩变形特征进行数值模拟,确定了巷旁充填体的最优充填宽度。结果表明:巷旁充填体对巷道围岩的作用具有在短时间内可达到高强度、高阻力状态,并具备上佳的变形性能,从而实现非采煤帮、充填体和冒落矸石共同承但围岩压力;巷旁充填体宽度取值为1.5 m时,此时充填体宽度无应力集中向少应力集中的过度,峰值应力变化最为明显从8.3MPa增加到12.6 MPa,在此情况下,巷道围岩变形量较小,观测点实测结果显示,顶底板移近量分别为331.3 mm和280.7 mm,两帮移近量分别为225.4 mm和171.7 mm,巷道围岩变形主要以顶板下沉为主,沿空留巷段巷旁支护基本满足围岩控制要求。     

沿空留巷下位岩层断裂特征数值模拟及控制技术研究

为解决沿空留巷直接顶松软破碎,严重影响基本顶和沿空留巷稳定性的问题,以新元煤矿3414工作面为研究对象,建立UDEC Trigon模型,通过模拟不同支护条件下沿空留巷下位岩层断裂特征,分析其对围岩稳定性的影响。数值模拟发现,沿空留巷围岩以剪切裂隙为主;充填区顶板张拉裂隙较为发育,是沿空留巷围岩控制的薄弱环节;沿空留巷下位岩层沿充填体外侧断裂,抑制了剪切裂隙在实体煤帮发展,增加了巷旁充填体和实体煤帮的承载结构的稳定性。工程实践表明:采用高预应力、高刚度锚索及时支护充填区直接顶的围岩综合控制技术,沿空留巷下位岩层沿充填体外侧断裂,巷道围岩顶底板最大变形量为900 mm,两帮最大变形量为800 mm,能够满足通风和瓦斯排放的要求。     

柔模混凝土沿空留巷技术研究与应用

为保证坤龙煤业4102工作面第一辅助进风巷采用沿空留巷时,其围岩能够保持稳定,本文依据沿空留巷巷内支护原理,结合4102工作面地质情况,确定了沿空留巷的巷旁充填体宽度为1.2 m,设计了留巷时围岩控制技术各项参数,并在4102工作面进行了现场实践。矿压监测结果表明,留巷期间顶底板及两帮的最大移近量分别为398 mm和318 mm,沿空留巷能够满足安全使用要求。     

薄煤层下短距离泵送混凝土充填沿空留巷技术研究

根据薄煤层坚硬顶板下沿空留巷矿压显现规律,建立了巷旁支护模型:采用柔性支护理念设计临时空间的顶板,在充填体处留有一定下沉量,避免充填材料由于强度不足而被压坏。通过对比沿空留巷方案确定:采用矸石带与短距离单体支柱支护初期顶板,并将其作为混凝土充填的内侧模板,将混凝土搅拌机放置在井下的轨道巷内,极大地简化了充填系统。实践表明,泉上煤矿16701炮采工作面沿空留巷时,在井下搅拌混凝土后直接泵送至工作面,沿空留巷效果较好,基本满足下一工作面的生产需要。