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。     

我国沿空留巷支护技术发展现状及改进建议

本文介绍了我国沿空留巷巷内和巷旁支护形式及其理论研究现状,分析了沿空留巷的适用条件,指出了我国沿空留巷目前所存在的主要问题是支护设计思路不合理、巷内支护多属于被动支护、巷旁支护存在力学性能与沿空留巷围岩变形不适应、对沿空留巷围岩控制机理研究不够深入。并提出了将沿空留巷技术视为一项系统工程、采用锚网索支护作为沿空留巷内基本支护等发展沿空留巷技术的建议。     

锚栓网带矸石袋墙沿空留巷技术及其应用

针对矸石袋墙沿空留巷技术存在矸石袋压缩空间大、沿空留巷后围岩变形大等问题,建立沿空留巷围岩力学模型,结合无煤柱沿空留巷"大、小结构"理论,提出锚栓网带矸石袋墙沿空留巷技术。利用矸石袋相互重叠垒砌形成整面的墙体,墙体外侧铺设金属网,锚栓与防护钢带双向紧固墙体,使得墙体受力均匀、紧凑性强,提高矸石袋墙的抗压能力和整体支护性能,从而解决原有矸石袋墙沿空留巷技术所存在的问题。王楼煤矿现场应用表明,该技术缓解了煤矿采掘接替紧张局面,延长了矿山服务年限,经济效益和社会效益显著。     

各类密闭墙在矿井中的应用

通过建立沿空留巷围岩结构模型,根据沿空留巷的特点、围岩变形破坏机理和围岩控制的关键层理论,来分析控制沿空留巷围岩变形的关键支护技术。     

重复采动影响时沿空留巷巷道围岩变形规律

本文通过对沿空留巷二次动压开采矿压观测,总结出重复采动影响时沿空留巷巷道围岩变化规律,为日后类似条件下的沿空留巷支护设计乃至二次动压支护提供了科学的理论基础和现场经验。     

薄煤层巷旁充填沿空留巷支护技术与工艺研究

薄煤层开采过程中,半煤岩巷的掘进极大的制约了采掘关系的衔接,采用巷旁充填沿空留巷技术,减少巷道掘进,提高效率。通过理论分析巷道围岩结构及沿空留巷支护原理,采用单体支柱配调角双楔顶梁进行加强支护的方式,选择合理的沿空留巷支护形式及参数,进行巷旁充填体及围岩稳定性分析且简化了施工工艺。实践证明该支护方式在薄煤层中安全可靠、经济合理,使巷旁充填沿空留巷效果达到了预期要求。     

普通混凝土矸石带联合巷帮支护沿空留巷试验

基于薄煤层厚灰岩顶板沿空留巷矿山压力显现规律,论证了采用普通混凝土矸石带联合巷帮支护沿空留巷的可行性,采用FLAC3D模拟分析了3个支护方案的留巷效果。通过建立顶板断裂的力学模型,提出临界悬臂梁的概念,并以此为基础得出充填体切断顶板需要的支护阻力和宽度。实践表明,采用矸石带支护初期顶板,有效控制了顶板初期下沉,有效弥补了混凝土初凝时间长和初凝强度低的缺点,采用混凝土作为充填体材料,很好地适应了采空区厚灰岩顶板岩层的运动,达到预期的留巷效果。     

充填开采工作面沿空留巷技术探讨

五沟煤矿生产任务重,接替紧张,掘进单进水平低,为保证工作面正常接替,五沟煤矿对充填开采首采工作面机巷进行了沿空留巷,先后采用了“垒砌矸石墙＋半断面”沿空留巷支护方法、“垒砌矸石墙＋锚栓”沿空留巷支护方法．“π型钢栗＋单体支柱”沿空留巷加强支护方法,通过不断改进,确定了最适合五沟煤矿的沿空留巷支护方法即“π型钢梁＋单体支柱”沿空留巷加强支护方法。     

沿空留巷围岩变形实测结果分析

本文通过鹤壁、开滦等矿区沿空留巷实际观测结果,分析了沿空留巷围岩变形特点,对支护与围岩变形的相互作用关系作了初步探讨,对沿空留巷技术实践有一定参考价值。     

沿空留巷支护技术现状分析

本文详细介绍了沿空留巷巷内、巷旁支护常用形式,详细分析了各种支护形式的优缺点及适用条件。针对我国的实际情况,分析了沿空留巷存在的技术问题,并对沿空留巷的发展提出了一些建议。     

倾斜煤层沿空留巷力学模型分析

倾斜煤层走向长壁开采沿空留巷,可以采用区段上行式留风巷方案或区段下行式留机巷方案.为了研究二者顶板活动的差异,利用叠加连续层板模型和顶板载荷条带分割法,考虑煤层倾角的影响,得出了相应条件下的巷旁支护阻力计算公式.对比分析表明,巷旁支护所需支护阻力留机巷时比留风巷时大;采用风巷留巷,巷旁支护阻力随煤层倾角α增大而减小;采用机巷沿空留巷,巷旁支护阻力随煤层倾角α增大而增大,但当α大于采空区冒落矸石自然安息角时,考虑矸石堆积支撑作用,有利于降低巷旁支护阻力.研究结果为倾斜煤层沿空留巷时区段开采顺序的选择提供一定参考依据.     

岩层明显运动时间效应分析

 基于应用“以岩层运动和支承压力分布”为核心的矿山压力控制理论，建立了采场结构力学模型和留巷结构力学模型，阐述了垮落带厚度确定方法，推导了煤矸石压缩前后变形量求解公式，分析了采空区煤矸石压缩和留设巷道围岩变形压缩作用力的来源；利用自制的煤矸石压密试验设备和MTS 815.03电液伺服万能试验机对3种粒径等级（10—20mm、20—30mm、30—60mm）煤矸石的压缩特性进行了系统性研究，得到了煤矸石在不同单轴压缩条件下的碎胀特性、碎胀系数与应力关系曲线，以及压缩过程中的时间相关特性。研究结果表明，采空区煤矸石压缩作用力主要来源于采场裂断拱内岩层重量；煤矸石压缩至密实状态变形量大约为0.3m_Z；煤矸石压缩曲线符合对数函数关系；试验结果与现场数据基本吻合。     

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。     

厚煤层错层位开采的实际应用

沿空留巷充填体及沿空掘巷煤柱直接支撑顶板是导致区段巷道底臌的原因之一,且维护困难,成本高昂。加之留巷充填时工艺复杂,影响了煤矿科学开采。以西山镇城底矿错层位开采为例,对其巷道布置及回采工艺进行分析。工作支架阻力及两巷超前压力等实测结果表明,工作面矿压显现由完全沿空进风巷至沿顶板回风巷呈单调递减,错层位开采进风巷超前支承压力小于回风巷,完全沿空进风巷的变形量略大于沿顶板回风巷。其回采率显著高于传统的留保护煤柱开采方式。     

新发煤矿沿空留巷综合支护技术

沿空留巷的顶板岩层变形量大,单一支护技术难以有效控制。针对这一情况,结合新发煤矿西一采区42#煤层右二工作面的具体条件,设计沿空留巷综合支护技术。该技术通过在原有锚杆之间增加两根锚索和一根锚杆以加强巷内支护、在工作面后方下巷上帮设置巷旁支护、在石墙上方打钻挑顶手段,实现综合支护目的。该技术现场实践效果良好,可节约成本,具有推广价值。     

沿空留巷锚固技术与巷旁充填工艺

沿空留巷技术是一种绿色开采方法,但巷道支护问题是制约其发展的关键因素。针对屯兰煤矿18205工作面实际生产地质条件,提出了该条件下沿空留巷巷道的锚固技术和巷旁充填工艺。     

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。     

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.     

沿空留巷中充填体的强度控制

根据岩层控力学原理计算充填体的强度,并根据具体的地质条件,在实验室进行配比实验,确定煤、水泥和水的合理配比为:2.34:1:0.81.工业性实验结果证明,沿空留巷技术充填效果较好,可满足安全生产需要.     

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。