厚煤层无煤柱沿空留巷围岩“卸压-支护”机理及控制技术研究应用

为确定色连二矿厚煤层无煤柱开采沿空留巷时,巷道围岩切顶卸压及支护机理参数,采用理论分析、数值模拟、工程类比及工业试验的研究方法对留巷相关参数进行研究,研究表明:理论分析确定沿空巷顶板悬臂梁越短,顶板压力越小,留巷段稳定性随围岩切顶高度增加而增加,切缝孔窥视确定装药结构为3-2-2-2-2-1-0时,顶板围岩能够形成切缝面,切缝效果较好;数值模拟及现场工业试验研究表明,留巷段采用"深浅部围岩"分层支护参数支护时,顶板锚索锚固围岩稳定,工作面动压影响留巷段距离为270.4m,巷道顶底板最大变形量为628.92mm,满足安全高效生产需要,研究为同类型地质条件矿井提供参考。     

厚层灰岩直接顶沿空成巷切顶断裂条件及围岩移动规律研究

基于沿空留巷原理,分析了厚层灰岩直接顶板下巷旁充填沿空留巷和超前切缝断顶卸压法沿空留巷巷道顶板断裂位态,分别建立了2种不同顶板断裂位态下的结构力学模型,推导了巷道顶板支护阻力计算方法。研究表明:当切顶阻力Q≤ql时,巷道顶板沿煤壁内一定深度内断裂,沿空巷道侧向顶板悬臂结构可向沿空巷道围岩传递采场岩梁和上覆岩层移动压力;而当切顶阻力Q≥ql,巷内加强支柱+巷旁切顶墩柱+巷旁切缝的联合切顶作用时,可使得侧向坚硬灰岩顶板沿切缝结构面断裂滑落,实现顶板断裂位态主动控制,降低了坚硬灰岩顶板传递上覆岩层压力的移动变形压力,优化了顶板承载结构和围岩应力,降低了巷旁支护体承受的附加载荷。相关设计方法及研究成果应用到南屯矿厚层灰岩直接顶切顶留巷试验,取得了良好的应用效果。     

切顶卸压沿空留巷施工方案优化研究

以2901运输巷为例,对切顶卸压沿空留巷施工方案进行优化,基于2901运输巷工程概况,优化了切顶卸压沿空留巷支护技术,主要为顶板补强及切顶卸压锚索加固技术、巷道临时支护设计及巷旁挡矸支护设计,设计了顶板预裂切缝方案,主要为预裂切缝孔深、双向聚能爆破预裂技术及爆破预裂切缝施工工艺等,并进行了现场巷道围岩监测。研究结果表明,优化后的切顶卸压沿空留巷施工方案可有效指导矿井安全生产。     

曙光煤矿切顶卸压沿空留巷开采技术研究

为完善切顶卸压留巷理论技术体系,对切顶卸压沿空留巷机理进行分析,结合地质条件并运用理论公式设计了切缝参数,将切缝高度分为 A、B、C３个区,A 区与 C区切缝高度为１０m,B区切缝高度为１１ m,切缝角度取１５°,并利用FLAC３D数值模拟软件模拟分析了切缝效果,结果表明:切缝后巷道整体围岩应力环境优化,降低了围岩控制难度,减少了巷道变形量,巷道顶板表面临空侧位移量减小了４０cm,显著降低了留巷巷道架后临时支护的控制难度,有利于留巷巷道的成型.     

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。     

坚硬顶板条件沿空留巷技术研究及应用

 针对坚硬石灰岩顶板的特点,采用理论分析、数值模拟等研究方法对坚硬石灰岩顶板条件下沿空留巷技术进行了研究。通过对巷旁充填沿空留巷方法与人工放顶卸压沿空留巷方法的可行进行分析,确定了巷旁采用强制放顶的沿空留巷方法,设计了支护方案;通过数值模拟研究,分析了巷旁人工放顶条件下沿空留巷围岩应力分布规律,得出了巷道围岩变形规律,论证了放顶卸压法沿空留巷的可行性;通过工业性试验,得到了石灰岩顶板条件下沿空留巷矿压显现规律。     

柠条塔煤矿大采高工作面切顶沿空留巷围岩变形机理研究

以柠条塔煤矿大采高工作面预裂切顶沿空留巷为工程背景,采用有限元数值模拟方法分析预裂切顶对沿空留巷围岩应力分布的影响。介绍了沿空留巷支护和爆破施工参数,根据围岩表面位移、顶板离层、恒阻锚索受力、液压支架工作阻力监测数据,分析了从开始留巷到变形稳定矿压显现规律。现场试验表明:切顶卸压自动成巷技术能够切断采动应力传递路径,明显降低了浅埋大采高工作面沿空留巷围岩受到的动压扰动,有效抑制了巷道围岩变形,成巷断面尺寸满足生产要求。     

大倾角煤层切顶成巷顶板结构演化及控制技术

沿空留巷技术在大倾角煤层坚硬顶板条件下的应用一直是一个难题。 基于大倾角煤层 采空区矸石下滑堆积的特点,以充分利用矸石自承载能力为导向,提出了大倾角煤层切顶成巷技 术。 通过理论分析和数值模拟对切顶成巷与传统留巷的顶板结构及围岩应力进行了对比分析, 根据留巷不同阶段顶板的稳定性及变形特点,对切顶工艺和支护工艺进行了优化,并进行了现场 试验。 研究发现:切顶成巷顶板结构处于超静定状态更利于巷道稳定;留巷动压段围岩稳定性最 差;巷道加强支护和挡矸支护可实现协同变形;现场试验巷道顶底板累计变形量为177mm,支柱 支护阻力小于28MPa,支柱未出现明显弯折情况,现场应用取得成功。     

沿空留巷坚硬顶板关键块稳定性研究

为了减小沿空留巷巷道的变形量,确定巷旁充填体支护阻力大小,通过理论计算确定关键块的长度和沿空留巷时支柱所需的切顶阻力。采用数值模拟软件建立关键块顶板的力学模型,分析巷道围岩变形及应力分布特征,分析应力变化与关键块断裂存在的关系。结果表明:根据煤矿的坚硬顶板条件以及大结构中关键块的断裂位置及特征,选择0.6 MPa的支护切顶阻力在控制巷道变形量方面效果明显。     

切顶沿空留巷卸压机理及支护技术研究

云驾岭矿9号煤上覆厚硬岩层,采场矿压显现强烈,采用传统的沿空留巷方法围岩控制难度大。以云驾岭矿19103工作面运巷为背景,分析了切顶沿空留巷厚硬直接顶力学平衡条件,得出巷旁需提供不小于1046 kN的支护阻力。采用数值模拟的方法对比了沿空留巷在厚硬直接顶条件下切顶与不切顶时围岩变形及应力、塑性区的分布规律,结果表明：切顶后采空区顶板更容易垮落,留巷顶板稳定时下沉量仅为同期不切顶时的28.2%,切顶后留巷侧顶板垂直应力变小、水平应力增大且围岩塑性区向顶底板深部转移,揭示了预裂切顶卸压的机理为阻断工作面动压的传递以及诱导采空区顶板提前冒落接顶承压,水平应力增大的原因为切缝两侧形成的长、短“悬臂梁”变形的结果。提出了针对厚硬直接顶切顶留巷的顶板控制理念为集中支护切缝端、适当让压和形成“组合悬臂梁”,采用了“长、短锚索+单体液压支柱+可缩性U钢梁”的综合支护技术及挂网喷浆的密闭措施。现场工业性试验效果良好,切顶后留巷顶板锚索受力峰值在350 kN左右,围岩稳定后巷道规格满足二次复用的条件。     

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。     

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。     

深孔爆破切顶对沿空留巷围岩稳定性影响的研究

为了在山西省南阳煤矿３２０７工作面顺利实施沿空留巷无煤柱开采,在靠近巷旁支护墙 的采空区侧进行超前深孔爆破预裂顶板,通过数值模拟计算和现场工业试验,进行了深孔爆破切 顶对沿空留巷围岩稳定性影响的研究。 以南阳煤矿３２０７工作面运输巷沿空留巷为背景,构建了 数值模拟计算模型,计算了留巷的顶、底板位移和墙体、煤帮的位移,分析了留巷围岩的应力分布 与变化。 数值计算表明,切顶后沿空留巷围岩应力和位移的减小幅度较大,围岩稳定性显著提 高。 现场工业试验研究表明,深孔爆破切顶能有效地消除悬臂梁顶板对留巷围岩的旋转挤压破 坏,有助于沿空留巷结构保持稳定和完整。     

复合顶板回风巷切顶卸压控制技术研究

为研究复合顶板条件下采煤面巷道切顶卸压控制技术,以南梁矿30104采煤面回风巷为研究背景,综合运用理论分析、数值模拟和现场实测的方式,对巷道围岩控制情况进行了探究。研究结果显示:切顶卸压沿空成巷方式能够有效解决复合顶板沿空留巷的问题,通过不同切顶参数的数值模拟,确定最优切顶高度为7 m,最优切顶角度为15°,巷道采用"锚杆索+恒阻锚索"支护方式。现场实测结果表明,30104回风巷顶底板移近量稳定在210 mm,巷帮位移维持在180 mm,恒阻锚索受力维持在35 kN,切顶卸压方式对巷道的控制效果显著。     

坚硬顶板巷内切顶留巷与密闭技术的研究与应用

针对坚硬顶板沿空留巷顶板难以及时切落、巷道围岩难以控制的问题,采用数值模拟、现场试验相结合的方法,分析了巷内小结构围岩变形破坏机理及控制方式,提出了"时空协调组合支护"的留巷支护理念,研发了巷内组合滑移桁架切顶系统和柔性阻燃垫层密闭布帘,能够顺利切断采空区直接顶和下位老顶,实现采空区的良好密闭。井下工业性试验表明,巷道变形以底鼓为主,底鼓量150 mm,两帮移近量为120 mm,顶板基本没有离层。     

哈拉沟煤矿12201工作面切顶沿空留巷关键技术参数研究

为保证切顶沿空留巷技术在哈拉沟煤矿中应用成功,结合理论分析、数值模拟及现场实测等方法对其进行切顶沿空留巷关键参数的深入研究。结果表明:切顶高度越大,巷道顶板卸压区范围相应越大,表明切顶卸压对巷道顶板应力的影响范围与切顶高度成正相关趋势变化,确定了沿空留巷实施中的最优参数值。相关研究成果已在哈拉沟煤矿12201工作面进行了现场应用,为同等条件下实施沿空留巷提供了借鉴。     

复合顶板条件下沿空留巷力学参数研究

以军城煤矿31203复合顶板薄煤层综采工作面为工程背景,在采用无煤柱护巷技术的基础上,建立了沿空留巷围岩力学模型,对巷旁支护阻力、切顶力学参数、顶板下沉量等进行了计算,并采用FLAC3D数值模拟软件研究了复杂顶板条件下薄煤层大断面沿空留巷力学参数,为该矿复合顶板条件下薄煤层大断面沿空留巷力学参数的确定提供了理论依据。     

坚硬复合顶板沿空留巷围岩控制技术研究

通过对坚硬复合顶板切顶卸压沿空留巷顶板运动特征 的研究,明确了留巷顶板运动及应力演化规律,得到了顶板 覆岩荷载的传递机制.基于围岩结构演化特征,建立了留巷 顶板下沉量计算模型,确定顶板下沉量由坚硬顶板关键块旋 转下沉和顶板离层共同控制,给出了顶板最终下沉量的计算 公式,并提出了非对称支护的控制对策和锚索支护强度计算 公式.以邱集煤矿１１０２工作面坚硬复合顶板沿空留巷为研 究背景,借助 UDEC数值模拟软件,对巷道顶板位移与应力 变化进行计算.结果表明:切顶后的顶板悬臂梁具有越靠近 切缝竖向位移越大的特征,且顶板应力向深部转移,巷道顶 板无应力集中现象.据此设计恒阻大变形锚索＋锚杆＋单 体支柱的非对称支护结构,现场应用效果良好.     

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。     

切顶卸压自成巷巷内支护及其稳定性控制

针对恒源煤矿2632工作面大埋深、复合、破碎顶板的工程地质条件,为保证2632机巷顺利切顶进而沿空留巷,首先建立了上覆顶板"悬臂梁+铰接岩梁"的结构模型,通过力学分析、理论计算,确定了切顶卸压下巷内支护强度,相较于小煤柱护巷,切顶能够大幅降低巷内支护强度,覆岩压力向采空区和实体煤深部转移,留巷巷道位于相对低应力区;通过数值模拟,验证了切顶对巷道围岩的卸压效果,确定了切顶的高度和角度。恒源煤矿2632工作面机巷应用切顶卸压自成巷技术后,实现了大埋深破碎顶板的沿空留巷,同时回收了500 m巷道的煤柱,下一工作面可以少掘500 m巷道。