无巷旁充填沿空留巷支护技术研究

沿空留巷巷道需要经受两次采动影响,矿压显现强烈,巷道维护难度大,所以有效的顶板控制是能否留巷成功的关键。项目根据实践提出的无巷旁充填沿空留巷指在巷旁空间不专门构筑人工支护物,任由顶板垮落形成巷旁支撑。采用地下工程岩体力学理论、弹塑性力学理论相结合的方法,与现场实测相结合,对无巷旁充填沿空留巷关键问题展开研究。基于无巷旁充填支护沿空留巷围岩结构力学模型,研究支护与围岩相互作用机制与过程。以葛泉矿1528工作面为例提出切顶支护设计方案及切顶调控机理与技术措施,为无巷旁充填支护沿空留巷实现围岩稳定控制奠定理论基础。     

综放沿空异形煤柱留巷系统力学场演化规律

研究了不同煤柱宽度时综放沿空异形煤柱锚网支护留巷系统围岩应力分布和破坏特征. 揭示了煤体边缘水平应力和垂直应力峰值不耦合的规律以及巷道顶板应力峰值随煤柱宽度不同而演化的轨迹. 深入探讨了综放沿空留巷岩石力学系统的控制变量,并根据控制变量的取值对系统稳定性区域进行了划分,对不同煤柱宽度时的巷道系统稳定性进行了综合分析和评价,对综放沿空留巷合理护巷煤柱宽度提出了建议. 提出并实施了"以加固沿空异形煤柱为主、悬承锚网支护留巷圈为辅"的综合控制技术.     

无煤柱切顶沿空留巷矿压显现规律

为了掌握无煤柱切顶留巷的矿压显现规律并检验巷道支护效果,以澄合矿区董东煤矿50107工作面为研究对象,采用现场监测的手段对无煤柱切顶沿空留巷受采动影响条件下的顶板下沉规律、帮部变形规律及单体支柱受力变化规律进行了实测,并同时对切顶效果、挡矸效果及巷道稳定性进行了分析与评价。结果表明,巷道矿压随工作面的临近而逐渐增大,采动过程中靠近采空区侧的巷道矿压显现程度更为剧烈,表现出明显的非对称性特征,巷道顶板的回转运动是造成巷道非对称矿压显现的主要原因。此外,无煤柱切顶沿空留巷阶段性变化特征明显,初始变化阶段位于工作面后方0～35 m;快速变形阶段位于工作面后方35～75 m;缓慢变形阶段位于工作面后75 m以外,巷道变形及支柱受力均达到稳定状态。巷道矿压显现的主要过程集中在快速变形阶段,需加强对巷道围岩的控制。实践表明,无煤柱切顶沿空留巷采用锚网配合单体支柱的支护方式可行。     

白庄煤矿沿空留巷数值模拟研究

应用UDEC软件模拟了沿空留巷巷道在锚杆、锚杆锚索、锚杆锚索加巷旁充填体等不同支护条件下的巷道变形破坏规律,以及侧向支承压力分布范围和大小,通过对比模拟结果可以看出：对于5 m厚的坚硬顶板,采用锚杆支护与锚杆、锚索支护均能有效支护巷道,效果相差不大;巷旁充填体强度达到10 MPa时,能够明显控制采空区侧顶板下沉量。     

综放沿空煤巷不同支护方式围岩变形演化规律的数值模拟

针对综放开采沿空掘巷围岩控制的问题,采用数值模拟方法,以山西兰花集团公司大阳煤矿3203综放回风顺槽为研究对象,利用FLAC3D计算程序系统模拟了留设5m煤柱护巷时回采巷道围岩和小煤柱应力演化过程,对无支护、有支护情况下的巷道顶、底板及两帮的应力分布特征,巷道围岩位移特征和沿空煤巷围岩破坏区演化规律进行了对比分析.结果表明,锚杆(索)支护形式能有效控制围岩变形破坏,并且施加锚杆(索)支护后围岩松动范围能有效控制在锚杆(索)锚固范围之内,为保证综放沿空煤巷的稳定提供了理论与技术依据.     

沿空留巷联合支护技术

通过对王家山煤矿一号井202-3急倾斜特厚易燃煤层水平分层综采放顶煤工作面沿空留巷的试验研究,对沿空留巷巷道提出了联合支护方式,经矿压显现规律观测表明,采用的巷道联合支护方式达到了安全、经济、合理的要求。     

易冒顶板锚索毛石墙联合沿空留巷技术及应用

 为了避免损失优质煤炭资源,缓解接续紧张的状况,鸡西矿业集团公司对稳固顶板推行沿空留巷,对不稳固顶板沿走向布置条带煤柱护巷。实际工作中为了避免资源损失,曾经提出砌毛石墙沿空留巷技术,但当开采深度达到600—800m时几乎一半巷道的断面净空缩小到初期掘进断面的一半以下;为了进一步解决深部开采时沿空留巷的地压难题,又曾提出控制爆破切槽放顶沿空留巷技术。在易冒顶板,顶板随液压支架的移动而冒落,根本无法实施控制爆破切槽放顶。本文在分析上述沿空留巷技术变革的基础上,提出锚索毛石墙联合沿空留巷技术,即先锚索支护软帮顶板,然后毛石墙支护该锚索支护过的软帮顶板,引起部分顶板应力向底板转移,从而避免顶板过度应力集中。邱家矿井的开采实践表明,锚索毛石墙联合沿空留巷技术能经济有效地控制易冒顶板下沿空留巷的地压,但由于向底板转移的应力较大,需要多次挖底而消除底鼓危害。     

切顶卸压沿空留巷技术研究及应用

针对留设区段煤柱护巷引起的资源浪费、煤柱集中应力、采空区发火等问题,结合东荣三矿东八里部-500水平8~#煤层地质情况,进行切顶卸压沿空留巷无煤柱护巷技术研究。常规沿空留巷护巷时,护巷体(矸石墙、充填、木剁)常受采空区顶板的悬臂压力影响,导致巷道变形严重甚至顶板破坏。该研究在深孔爆破技术基础上,采用理论研究、切顶参数设计等方法,在工作面超前进行沿空巷道顶板的预先深孔爆破,实现人工切顶,降低了护巷体所承受的顶板压力,形成切顶卸压沿空留巷技术。该技术解决了东荣三矿生产接续紧张、沿空巷道顶板控制难题,提高了矿井资源回收率,对沿空留巷技术应用有着参考借鉴意义。     

大倾角薄煤层切顶成巷无煤柱开采技术

沿空留巷技术是实现无煤柱开采的主要技术措施之一,是实现减少掘进成本,提高资源回收率,缓解采掘接替紧张的关键技术。为解决我公司柏林煤矿045采区各区段回采巷道取消区段煤柱,实现无煤柱开采,实现沿空护巷,减少巷道顶板压力、变形严重、二次维修等技术难题,在该面试验采用深孔预裂爆破切顶技术。通过该技术实现改变巷道顶板与采场顶板作为整体岩梁结构在运动上的连续性,弱化顶板岩梁活动压力对沿空巷道顶板压力的传递作用,在采场顶板周期来压作用下,采空区顶板沿着预裂面在巷旁切落,切落的矸石则隔断老塘并支撑上位移动岩层,达到减小沿空巷道围岩压力的目的,实现巷道稳定。留巷后,巷道断面能够满足通风、行人和设备安装运输,取得了良好的经济效益。     

“三软”煤层采场覆岩运动及应力分布规律

新登矿区属于典型的豫西"三软"煤层,31061工作面采用综采放顶煤开采工艺,采高大,围岩扰动范围大,矿山压力显现与普通综采区别明显。为了掌握在上述条件下沿空留巷围岩应力及变形规律,通过数值模拟和理论分析相结合的方法,分析了避开动压沿空留巷方案的可行性,对31061工作面采场的覆岩运动及应力分布进行了数值模拟。结果表明:工作面后方的30 m内应力处于原岩应力范围内,后方30 m到70 m之间的巷道应力迅速增加,工作面后方70 m左右是覆岩垮落和应力分布稳定的区域。研究的结果对类似"三软"煤层采用避开动压沿空留巷的方案提供了宝贵的参考价值。     

综放沿空留巷覆岩运动规律及监测研究

为了研究三软煤层综放开采条件下沿空留巷的矿压显现规律,以国投新登煤矿31061工作面为研究对象,采用CDEM数值模拟软件、现场矿压及围岩移动监测和留巷工业性试验相结合的方法,研究了三软煤层综放采场侧向覆岩移动规律及矿山压力的时空变化规律,并对沿空巷道变形及矿压进行了现场监测。结果表明:31061工作面开挖到9.6,20,30 m时,分别发生了直接顶初次垮落、基本顶初次来压和第一次周期来压,开挖过程矿压显现较为强烈,应力分布主要集中于工作面前方20 m左右,工作面上覆岩层存在明显的三带特征;工作面后方留巷根据矿压显现特征可以划分为:压力缓慢升高阶段、压力快速增加阶段和压力稳定阶段,采空区后70 m左右是进行二次维修的合理位置。根据矿压显现特征分别提出了留巷过渡段临时支护方案和维修后正常段支护方案,现场工业试验表明利用临时支护渡过动压影响阶段,然后巷道进行二次维修并替换为正常支护,可以保证留巷围岩稳定,满足生产的需求。     

切槽放顶法在沿空留巷地压控制中的应用

切槽放顶法——控制爆破局部切槽放顶技术,能经济地实现空场的小型化及其与深部开采系统的隔离,消除大规模顶板冲击地压隐患,并使顶板应力向有利于安全生产的方向重分布。研究了鸡西矿业集团沿空留巷的地压显现特征,应用切槽放顶法调整了沿空留巷的地压,确保了安全生产,并带来了明显经济效益。     

倾斜煤层厚层坚硬顶板条件下 沿空留巷关键参数

为了确定倾斜煤层厚层坚硬顶板条件下的合理预裂爆破切顶卸压参数,通过理论计算和数值模拟,在切顶预裂爆破深度为4.0,5.0,5.5,6.0,8.0 m 及切顶角度为 0°,5°,10°,15°,20°时,对巷道顶板的垂直应力分布和巷道顶板垂直位移进行分析.试验结果表明:考虑经济成本,最优切缝深度为5.5 m;当预裂切顶角度为10°时,能有效切落采空区侧顶板,并且巷内围岩压力的卸压效果较为明显;根据聚能管直径确定切顶卸压爆破孔直径为55 mm,根据理论计算和数值模拟确定切顶卸压爆破孔间距为600 mm.将所得结果应用于柏林煤矿-2446(K26)综采工作面,可以保证该综采工作面的安全高效开采.     

综放沿空留巷围岩控制机理

采用适于分析岩层断裂和垮落的数值分析软件UDEC建立相应的数值分析模型,分析了留巷前巷道支护形式、充填体宽度、充填方式、充填体强度和端头不放顶煤长度等对综放沿空留巷的作用和效果.研究结果表明:留巷顶板下沉是老顶回转运动与围岩变形的综合反映;充填体上方顶煤位移由老顶岩层运动引起,由浮煤和充填体压缩变形以及充填体承载前预留变形量3部分组成;留巷前巷道支护形式无法控制老顶回转量,但锚网支护巷道留巷效果比架棚巷道好;端头留设一定长度的顶煤不放,有利于老顶回转触矸后形成具有自稳能力的承栽结构.当采用综放沿空留巷时,在保证顶煤及项板稳定前提下,合理利用围岩移动规律,确定合理充填方式和充填体强度,就能保证充填体稳定,达到很好的留巷效果.     

贵州沿空留巷支护技术的分析与改进

针对贵州某煤矿沿空留巷在原有支护条件下,靠上帮一侧顶板以及下帮底角的岩层变形破坏较严重的情况,对巷道支护方式进行改进。利用数值模拟软件,对改进支护后的巷道围岩变形破坏情况进行分析。研究发现：改进支护后的巷道围岩变形破坏情况得到明显改善,改进后的支护方式能够较好地阻滞巷道上帮一侧顶板和下帮底角的岩层严重变形破坏,从而保持巷道围岩的完整性和稳定性,研究可为类似条件矿井沿空留巷的支护方式提供参考。     

沿空留巷围岩结构灾变系统及控制力学模型研究

运用实用矿山压力控制理论建立了沿空留巷开采灾害系统模型,提出了无煤柱沿空留巷大、小结构理论,修正了内应力场范围计算方法,建立了给定变形、限定变形2种留巷结构力学模型.研究表明:沿空留巷巷道围岩大结构是指应力拱内岩梁,小结构是指巷旁充填体、顶煤、煤帮、直接顶、底板等锚固结构,二者力源来源于应力拱内岩层,其中巷旁充填体力源为裂断拱内裂断岩梁,煤帮力源来源于应力拱内岩梁作用;内应力场范围是传统范围求解的1.4倍;沿空留巷限定变形状态承载体承担起大结构内覆岩运动产生的作用载荷,对巷道进行支承保护作用;给定变形状态承载体(护巷煤柱或充填体)不承担大结构内覆岩运动产生的作用载荷,仅承担支承范围内直接顶载荷,并对巷道进行密封保护、隔绝采空区作用.     

大倾角煤层回采巷道断面适应性

基于大倾角煤层回采巷道围岩应力显现规律,采用数值分析方法对不同类型断面巷道的围岩塑性区及应力非对称分布特征进行研究,并建立异形断面巷道围岩破坏力学模型,确定其合理的支护方式.结果表明,大倾角煤层回采巷道围岩塑性区沿煤层倾斜方向演化,顶底板破坏深度大于两帮,且两帮破坏程度差异大;巷道断面形状不同,导致巷道围岩应力集中程度、塑性区及变形量等有很大差异;拱形巷道围岩变形适应性好,异形巷道两侧的顶角煤易发生剪切破坏,但考虑回采巷道掘进、设备运行及服务年限等需求,常用异形巷道;采用"锚网+钢带+锚索"的支护形式,加强异形巷道顶板帮及坡顶煤的支护,满足支护阻力大于F1和F2,可明显减少巷道围岩变形,保持巷道的稳定性.     

沿空留巷矿压监测应用与研究

沿空留巷支护多采用工字钢梯形支架、U型钢可缩性金属支架支护。常因巷道变形严重巷内支护和支护参数选择不合理而导致留巷失败,影响正常生产和煤矿安全。济二煤矿93上02沿空留巷采用锚杆和锚索及混凝土墙混合支护形式,通过矿压综合监测手段在确保顶煤及顶板稳定前提下,合理利用围岩移动规律,确定合理支护方式,保证充填墙体的稳定,为安全生产提供有力的保障。     

沿空留巷矿压显现周期性机制研究

沿空留巷保留巷道中的矿压显现存在强烈区和缓和区周期性交替的现象,通过建立沿空留巷结构力学模型,分析了此现象与工作面端头弧三角形悬板的关系。研究表明:周期来压时,工作面顶板断裂会在沿空巷道上方产生弧三角形悬板,悬板最大悬顶距对应位置的巷道矿压显现相对强烈,并且随工作面推进矿压显现强烈区以周期来压步距为步距跳跃前移。在上述研究基础上,提出弧三角形悬板位置预测与实测方法,并以东滩煤矿3203工作面沿空留巷为工程背景,通过矿压观测对矿压显现程度周期性现象和弧三角形悬板位置进行了验证,提出了分阶段不等强支护方式,为留巷滞后支护设计提供了依据。     

新安煤矿井下沿空留巷巷旁充填实验

为实现对回采巷道顶板的有效支撑及巷道围岩的有效控制,根据沿空留巷围岩控制机理,研究粉煤灰-高水材料沿空留巷巷旁充填工艺,并在双鸭山新安煤矿综三工作面进行现场实验。结果表明:沿空留巷期间,巷道顶底板、两帮移近量随着与工作面距离的增加而增加;充填体可以实现主动接顶,有效防止老顶的变形,其强度随着时间的增加迅速提高;充填条带密实性较好,可阻止有害气体逸出。该研究为类似条件矿井沿空留巷巷旁充填提供了借鉴。