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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

“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。     

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。     

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.     

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。     

双巷布置工作面留巷围岩主应力演化规律及控制技术

为解决双巷布置工作面沿空留巷围岩稳定性控制技术难题,以园子沟煤矿1012001工作面辅助运输巷为研究对象,基于弹塑性力学理论公式求解确定围岩应力分布状态,进而采用FLAC~(3D)数值解算与现场监测综合研究手段,通过"一掘二采"三次扰动影响围岩变形破坏规律分析,结合一次、二次采动围岩最大、最小主应力及主应力差分布特征研究,揭示留巷围岩主应力演化规律,为留巷围岩稳定性控制提供理论支撑。研究结果表明:基于留巷围岩弹塑性变形状态解析,确定煤体破裂区、塑性区、弹性区和原岩应力区分布范围,即相对一次采动,二次采动煤柱煤体应力集中系数增加1.08,煤壁应力集中系数峰值增加1.47,塑性区范围增加2 m,揭示了多重采动影响下留巷围岩非对称破坏特征,基于此针对性提出锚网索喷补强支护对策,应用控制效果良好。研究成果可为类似条件下双巷布置工作面围岩稳定性控制提供参考。     

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。     

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。     

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.     

巷旁充填沿空留巷技术及矿压显现规律

本文从充填材料、充填体支护参数、系统布置及充填工艺等几个方面对巷旁充填沿空留巷技术进行了研究与实践,通过控制充填材料承载特性和变形性能,改进了充填工艺,并对巷旁充填沿空留巷段进行了矿压观测,分析了巷旁充填沿空留巷及充填体的变形及受力情况.结果表明:巷旁充填沿空留巷技术能够有效地保证顶板的稳定性及完整性,充填体能够达到控制顶板下沉、适应顶板活动规律的要求.     

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。     

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.     

厚煤层综放工作面沿空留巷锚索加强支护机理研究

针对国内某大型矿井工作面回采沿空留巷的现场条件,以板壳力学理论为指导,采用了理论分析与现场试验相结合的方法,建立了沿空巷道力学模型,设计了巷旁支护并分析效果,研究了沿空留巷围岩结构模型与支护力之间的关系.     

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。     

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。