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。     

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。     

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。     

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.     

深孔聚能预裂爆破切顶卸压机理与应用

为解决悬顶导致的煤柱及邻近巷道高应力和大变形问题,结合工作面顶板地质条件,提出深孔聚能预裂爆破切顶卸压专项方案,采用数值模拟及现场试验对卸压效果开展综合研究。研究结果表明,煤层顶板在切顶后垂直应力减幅为21.62%,预裂切顶措施可显著降低煤柱及邻近巷道围岩应力水平。试验发现,炮孔内轴向贯穿裂缝明显,可实现采空区顶板及时垮落。顶底板在切顶后累计位移量减幅达59.27%,巷道两帮及顶底板移近变形得到有效控制,煤柱垂直应力增量显著降低。实践证明,采用深孔聚能预裂爆破切顶卸压效果显著,可大幅提高作业效率,为类似矿压防治工程提供借鉴。     

杉木树煤矿切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术应用研究

结合杉木树煤矿B4上保护层煤层地质情况,进行切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术应用研究,通过反复现场工业性试验,对聚能爆破相关参数、聚能装置安装方式等进行优化,形成了适合杉木树煤矿地质条件的沿空切顶成巷技术.通过研究,解决了杉木树煤矿万吨掘进率高、采掘接续紧张、保护层开采速度慢等问题,提高了矿井资源回收率.     

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。     

倾斜厚层坚硬顶板条件下沿空留巷稳定性控制

针对倾斜厚层坚硬顶板条件下综采工作面沿空留巷技术难题,采用理论分析、数值模拟、现场监测等手段,揭示倾斜厚层坚硬顶板采场覆岩运移规律,分析预留巷道多次扰动影响下倾向及走向方向顶板垂直应力分布特征。根据切顶留巷围岩应力分布规律,将沿空巷道分为“原岩应力区、超前应力增高区、滞后应力增高区、滞后应力稳定区”4个区域,提出巷内围岩支护原则,并基于区域特征,设计分区支护留巷方案,并成功应用于柏林煤矿-2446(k26)沿空巷道。研究结果表明：优化岩块B长悬臂梁结构是留巷成功的关键,通过切顶卸压留巷技术手段,可减小巷旁支护体及实体煤帮压力,沿空巷道支护效果良好,证明倾斜厚层坚硬顶板切顶留巷关键技术是可行的。     

陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司“柠条塔煤矿厚煤层无煤柱自成巷110工法技术研究”荣获省科技进步一等奖

正近日,从省人民政府网站获悉,陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司"柠条塔煤矿厚煤层无煤柱自成巷110工法技术研究"荣获省科技进步一等奖。何满潮院士团队创新提出的"利用矿山压力做功形成回采巷道的切顶卸压无煤柱自成巷开采110工法",被称为我国"第三次矿业技术革命"。110工法已在我国神华、中煤、川煤、陕煤、永煤、     

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。     

车集煤矿巷道交叉区域贯通施工及支护技术应用

针对车集煤矿2604上巷回风联巷与2602下巷交叉区域贯通施工安全问题,进行了巷道贯通时交叉区域的施工工艺及支护方法设计,包括2604上巷回风联巷贯通施工前期依据顶板岩柱厚度加强支护、贯通掘进时探眼深度和角度的控制、全断面一次爆破贯通施工、贯通后巷道加强支护以及巷道贯通安全技术保障措施,贯通施工工艺和支护技术的实施,有效保证车集煤矿2604上巷回风联巷与2602下巷的安全贯通。     

倾斜煤层含矸煤柱区应力状态及防冲技术研究

针对倾斜煤层分层开采综放工作面临空侧含夹矸层巷道变形量大、冲击危险性高的问题,构建了侧向悬顶临空煤柱受力模型,运用数值模拟方法对工作面回采过程中煤柱区域围岩应力场和塑性区变化进行研究。研究结果表明：在煤柱弹性变形阶段,煤柱支撑力、变形量、煤柱积聚弹性能随着悬顶长度的增大而增大;临空煤柱在巷道区域存在夹矸弱层时,沿夹矸面产生的应力集中区致使巷道变形量增大,诱使周围煤岩运动加剧;当临空侧煤柱上方巷道顶板不易发生破坏时,可形成弹性能的良好载体和传递通道,造成巷道应力集中,加剧冲击地压发生危险性。同时,针对含矸临空煤柱自身抗破坏能力较差问题,提出远近结合、分批次的卸压方式,制定了顶板预裂、煤体爆破方案,有效降低巷道帮鼓变形量,微震震动点向远离工作面方向上方顶板偏移,冲击地压危险程度明显降低,有效保证工作面安全回采。     

大断面采动影响煤巷锚索槽钢梁桁架非对称围岩加固技术

为有效控制大断面采动影响煤巷围岩变形和实现支护结构体在围岩控制过程中的持续稳定,提出了锚索槽钢梁桁架非对称支护技术。首先,基于王家岭煤矿20103工作面运输巷地质条件,建立了锚索槽钢梁桁架非对称支护结构力学模型,掌握了非对称支护顶板弯矩分布规律,得到了顶板弯矩减小最大区域距窄煤柱帮2.4 m处。其次,采用数值模拟分析方法对锚索槽钢梁桁架非对称支护参数进行了优化,确定了桁架偏心距为500 mm,锚索长度为8 m,桁架跨距为1.5m等关键参数。最后,在20103工作面运输巷开展了工业性试验分析,工程应用效果表明,在锚索槽钢梁桁架非对称加固下,巷道围岩变形对采动影响的敏感性减弱,巷道围岩变形量较小,保障了20103工作面高强度安全高效回采。     

利用卸压巷道技术控制深井回采巷道变形破坏

煤矿深井回采巷道除受围岩压力影响外,还受回采工作面动压及相邻采空区基本顶运动的影响。巷道围岩变形破坏严重,底臌量大,维修困难。结合东海煤矿五采区左十二面回采巷道的地质和地压情况,提出了卸压巷道的解决方法,并分析了卸压巷道解决此问题的原理,对卸压巷道位置、支撑煤柱宽度、让压煤柱宽度、巷道宽度进行了计算。同时,将让压巷道作为回采工作面的排放瓦斯尾巷。东海煤矿的实践表明,该方法取得了很好的效果,卸压巷道在一定条件下可以解决深部巷道的变形问题。     

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。     

急倾斜煤层沿空留巷的巷旁充填技术

针对急倾斜煤层沿空留巷巷旁充填技术难题,分析了新强煤矿巷旁充填材料合理配比及充填体承载特性,利用FLAC3D数值模拟软件分析了巷旁充填体及巷道围岩变形规律。结果表明:试件在一定的充填料配比条件下,随着水灰比的增加其抗压强度明显降低,新强煤矿充填材料水、水泥、沙子、矸石理想配比为1∶2∶4∶4;留设巷道顶底板的活动剧烈程度与距工作面距离相关,导致巷道顶板移近量不同;巷旁充填材料配比强度高于10 MPa,可以满足新强煤矿巷道围岩变形及充填体强度要求。     

煤柱尺寸留设数值模拟研究

护巷煤柱尺寸是影响回采巷道顶板围岩稳定性的一个重要因素。禾草沟煤矿开采过程中矿山压力比较明显,原设计预留大煤柱,造成较大煤炭损失。基于禾草煤矿煤层地质条件,采用数值模拟软件FLAC3D,建立了煤柱尺寸为6 m、8 m、10 m、12 m和14 m数值模型,模拟研究了煤柱及巷道塑性破坏区范围,沿空巷道应力分布,沿空巷道位移情况。综合考虑塑性区破坏范围、最大主应力、顶板位移值和资源回收等因素,该矿煤柱为10 m时符合经济安全开采要求。     

松软复合顶板巷道锚固技术数值模拟

为解决镇城底矿22409工作面尾巷支护问题,应用RFPA~(2D)软件对松软复合顶板条件下煤体-煤体巷道和煤体-煤柱巷道在不同支护方案时围岩的变形破坏特征和支护效果进行了数值模拟研究。结果表明:松软复合顶板条件下,煤体-煤柱类型巷道相对于煤体-煤体类型巷道来说,围岩变形破坏严重,且支护难度大,应加大支护强度。该成果为确定和优化锚杆-锚索支护主要参数提供了依据。     

漳村煤矿综放开采合理煤柱宽度研究

针对漳村煤矿厚煤层综放工作面宽煤柱护巷巷道变形量大,煤柱破坏较为严重的情况,研究适合其工作面的合理煤柱宽度.首先,运用弹塑性理论分析法确定煤柱中部弹性区宽度至少大于3.30m,同时在中央没有应力平稳带即弹性核的情况下,运用极限平衡区法确定护巷煤柱宽度为6.48m;其次,应用三维数值模拟软件对不同煤柱宽度情况下,综放开采工作面巷道的变形以及煤柱的破坏情况进行对比分析;最后,综合考虑资源回收、安全系数和巷道支护等因素,确定其合理煤柱宽度为10m,该研究对实际生产方案的设计具有参考意义.     

缓斜煤层拱形沿空巷道煤柱设计及控制

针对缓斜煤层沿空巷道偏载应力作用,两帮煤体呈现非对称大变形、破坏,巷道维护困难的问题,以魏家地煤矿2303工作面运输巷为工程背景,采用理论分析、数值分析并结合现场实践的方法,确定煤柱合理宽度并揭示倾斜煤层沿空掘巷围岩控制机理。结果表明:基于应力极限平衡及广义H-B强度破坏准则确定的煤柱塑性区宽度是个变化值,开挖扰动权重参数在0～1之间变化,煤柱塑性区宽度范围为8.1～8.5 m,结合数值分析结果,最终确定煤柱合理宽度为5.0 m.提出煤柱帮中部近水平位移为零区域(承压区)短锚索支护、实体煤侧压剪破坏严重区域(深度达6～7 m)高强度锚索支护的高预应力让压控制技术。巷道掘进期间两帮移近量为160 mm,顶板下沉量为65 mm,只需起底一次,围岩控制效果良好。