大巷煤柱工作面过空巷矿压规律及控制技术

【目的】由于矿井工作面布置方式的调整,煤柱工作面经常会面临通过废弃巷道时覆岩顶板难以控制的情况。【方法】为解决这一问题,以河南赵固二矿二盘区外侧煤柱工作面过空巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,研究工作面与空巷覆岩破断组合结构,模拟不同支护强度下顶板应力-位移全周期演化规律,分析工作面矿压显现特征,提出相应的控制技术。【结果和结论】结果表明,基本顶不同破断形式对矿压显现特征影响显著,关键块断裂位置可分为煤柱上方、空巷上方和实体煤上方3种类型。通过建立工作面过空巷力学模型,研究基本顶超前破断力学机理,基本顶受到空巷-煤柱-工作面支护系统支撑作用,形成“砌体梁”稳定承载结构,判定基本顶滑落失稳时空巷支护强度的临界值为4.6MPa。数值模拟显示,工作面超前支承压力与空巷应力集中产生的叠加效应对煤柱影响显著,当工作面推进至距空巷5m时,煤柱失稳破坏,基本顶易发生超前破断。在工作面过空巷过程中,煤柱超前支承压力分布特征由“双峰型”转变为“孤峰型”。不同支护强度下的顶板应力分布特征存在明显差异,确定空巷支护强度为4.5MPa能够防止基本顶超前破断。最后,在研究区二盘区外侧煤柱工作面采用“锚网索”支护方式对空巷顶板进行补强支护,过空巷期间液压支架工作阻力在研究区域处于安全范围内,未发生顶板垮落和压架等事故,解决了二盘区外侧煤柱工作面过空巷技术难题,可为类似工作面提供参考依据。

早强快硬易切割煤基墩柱空巷支护材料研究与应用

为解决工作面过空巷高水支护材料成本高、不利于回收以及降低煤品质等问题,研究了一种以煤为骨料配制料浆,通过管路泵送至模具成型的早强快硬易切割煤基墩柱空巷支护材料。针对煤骨料存在的强度低和难胶结问题,在固定井下原煤级配条件下,对不同胶材配比情况下的空巷墩柱支护材料进行流动性检测以及力学性能试验,得到材料配比合理、早强快硬煤基易切割的煤基墩柱空巷支护材料,现场应用效果良好。

采煤工作面过超高空巷支护优化研究

为解决工作面过超高空巷液压支架不能接顶的问题,采用“锚索吊棚+木垛+一梁两柱”支护技术解决超高巷道支架无法接顶和空巷破坏变形的问题。通过空巷支护优化后,工作面矿压观测及支架阻力变化结果表明,该支护技术条件下能够有效阻止空巷变形和解决支架接顶问题,高强度支护较实体煤具有相似的支撑强度,能够满足过空巷要求。

复采巷道过空巷交叉段围岩控制技术

以宇昌煤业复采区地质条件下回采巷道的围岩控制为工程背景,针对与空巷相交区围岩破碎支护困难的问题,对回采巷道破碎段的围岩控制技术方案及参数进行研究。采用理论计算得出回采巷道煤柱稳定的理论宽度,并通过数值计算得出交叉巷道三角区煤柱弹性核区宽度小于2 m时,需要采用架棚的支护方式维护巷道稳定;通过对掘采期间巷道围岩应力及变形的理论计算及数值模拟分析,确定了合理的架棚支护区域及支护方案;现场实测表明,采用锚网索和工字钢棚联合支护的方式,巷道变形量得到了有效控制。

神东矿区综采工作面过同层位空巷强矿压显现机理及控制方法

神东矿区各矿井在回采过程中由于工作面布置方式调整,工作面前方常会出现以往工作面空巷。为避免工作面过空巷期间发生顶板事故,总结了神东矿区多个工作面和空巷赋存条件、过空巷处理方法与矿压控制效果,分析了工作面过空巷期间顶板超前断裂失稳机理。综合考虑空巷、泵送支柱、煤柱与支架对顶板的不同支撑作用,采用数值模拟研究了不同煤柱尺寸、周期来压破断位置、空巷跨度与泵送支柱强度条件下,工作面过空巷期间顶板下沉和弯曲拉应力分布情况,结果表明:随着空巷与工作面斜角度从90°垂直减小至0°平行,空巷对工作面影响的推进长度减小,但过空巷期间工作面矿压显现范围增大,强度更加剧烈。工作面过空巷期间矿压显现强度主要受煤柱尺寸、过空巷前上一次顶板断裂位置、空巷跨度和空巷支护情况等因素的控制。随着工作面靠近空巷,煤柱必然逐渐失稳,且大多数空巷在工作面开采前已经存在,其跨度难以改变。神东矿区通过加强巷道顶板支护和通过等压调整顶板周期破断位置以实现工作面过空巷期间的矿压控制。随着泵送支柱峰值强度和弹性模量的增大,对空巷顶板的控制效果明显,但在顶板悬露过长时可能发生失稳破坏并失去承载能力。当顶板周期断裂位置分别位于过空巷前后,过空巷期间顶板能够承担主要上覆载荷,采场矿压得到有效控制;反之,顶板将在过空巷期间发生超前断裂,导致发生冒顶和压架事故。最后以神东矿区哈拉沟煤矿综采工作面过空巷为例,分析了泵送支柱和等压开采在工作面过空巷期间的矿压控制效果,为神东矿区乃至其他矿区工作面过空巷期间矿压控制提供借鉴。

综放孤岛工作面过空巷安全技术研究

针对岳城矿大巷煤柱回收工作面在回采过程中面临过空巷的技术难题,空巷内会出现顶板压力大、冒顶严重等问题,影响工作面的正常回采,以岳城煤矿大巷煤柱回收工作面为研究背景,通过理论计算得到了空巷支护强度应大于6.03 MPa,并采用数值模拟对不同支护强度下巷道的顶板应力及位移进行了分析,确定了当顶板支护强度达到7 MPa及以上时,空巷顶板下沉量可以控制在合理的范围内。空巷支护采用木垛支护,采用数值模拟对不同支护排距下空巷的顶板应力及位移进行了分析,确定选取0.7 m排距、1.5 m×3 m×3 m的联锁木垛可以满足综放工作面过空巷段的支护要求。现场矿压监测结果表明,当空巷顶板支护强度达到7 MPa及以上时,可以满足工作面安全生产要求,实现岳城矿大巷煤柱回收工作面的安全高效回采。

厚煤层柔模混凝土墙沿空巷道支护技术研究

柔模混凝土墙沿空留巷技术作为无煤柱开采的一种,现已被应用于我国神东矿区多个煤矿。为解决在留巷复用过程中沿空巷道围岩结构稳定性差、变形剧烈、支护难度大的难题,以大柳塔煤矿52605柔模混凝土墙沿空留巷工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的研究方法,研究了柔模混凝土墙沿空巷道的围岩变形特征,建立柔模混凝土墙沿空巷道围岩结构力学模型,得到从巷道掘进阶段至巷道复用阶段沿空巷道全生命使用周期的应力演化规律,并根据巷道不同的使用阶段提出了对应的支护方案。研究结果表明:上覆岩层作用力直接作用在直接顶与混凝土墙岩层接触位置,有利于侧向支承压力传递,巷道围岩变形较大;二次采动超前支承压力导致留巷段前方顶板发生塑性破坏,塑性破坏与底板塑性区联通,将加剧煤壁侧的破坏;现场工程实践表明对沿空巷道进行合理分时分区支护,可改善应力环境,有效控制围岩变形。

煤基凝胶材料墩柱对综采工作面过空巷的支护效果研究

为探讨以煤为骨料的胶凝材料形成的墩柱对空巷的支护效果,按相关设计参数及配比对乌兰木伦矿12407工作面遗留空巷支护进行了现场试验与支护效果监测。工作面靠近空巷过程中,墩柱与顶板之间预留的50~100 mm空间逐渐被压缩,与空巷相距3 m时,墩柱与顶板相接触,部分墩柱被压坏,顶底最大移近量为142 mm;与空巷贯通过程中,空巷与硐室交叉口处出现较大下沉,下沉量486.9 mm,靠近该处的煤基墩柱开始碎裂,但空巷顶板保持完整,除交叉口外,空巷其他位置顶底移近量均在200 mm以内;空巷区工作面液压支架压力稳定,工作面顺利通过空巷。该试验结果可为工作面过空巷提供经验借鉴。

矿井综采工作面安全过空巷技术研究

针对矿井综采工作面过空巷时存在安全生产隐患大,易出现冒顶及采空区瓦斯泄漏等问题,为保障综采工作面安全快速的过空巷,以10-208工作面过空巷工程概况为例,结合空巷特性与过空巷思路,提出了应用顶板锚索与水泥墩柱来强化支护原顺槽空巷,采用充填体材料来充填横川回采侧与采空侧的过空巷措施,应用结果表明:通过综合应用这些过空巷措施后,综采工作面回采作业中,水泥墩柱支护稳定,巷道顶板下沉量控制在了150 mm以内,充填体提高了空巷的稳定性,采煤工作面没有出现严重冒顶及片帮事故,瓦斯也未超限,10-208工作面实现了安全快速的过空巷,该研究可为类似工况下综采工作面安全快速的过空巷提供参考。

矿井综采工作面快速过空巷技术研究

为促进山西某矿2212工作面安全快速地通过空巷,本文基于2212工作面过空巷工程概况,分析了空巷围岩的稳定性情况,结合基本顶几种不同断裂位置可能对空巷围岩造成的变形破坏影响,提出了可采用高水材料墩柱来进行空巷的超前加固策略,综合应用采场矿山压力理论,确定了墩柱材料的部分关键参数,并进行工程应用试验。应用结果表明:应用该墩柱来超前加固空巷,能有效防治基本顶易出现的超前破断现象、空巷易出现的冒顶现象及巷道支架易出现的压裂现象等,保障了2212综采工作面安全快速地通过空巷,该研究可为类似工况下的综采工作面安全快速过空巷提供参考。

3111回风顺槽过空巷施工技术应用

为了防止前和煤矿3111回风顺槽过空巷期间出现顶板破碎、垮落等事故,加快巷道过空巷速度,对过空巷期间存在的技术难题进行合理分析,并对巷道过空巷前采取“锚网索+钢棚”联合支护,对过空巷期间采取超前穿钎临时支护,对过空巷后采取“钢棚+木柱+锚杆(索)”联合支护。通过实际应用效果来看,采取联合支护技术后,提高了过空巷期间顶板稳定性,未出现空巷顶板垮落事故,过空巷掘进速度提高至5.4 m/d,取得了显著应用成效。

综采工作面快速过空巷技术研究

以山西A矿5302综采工作面回采过空巷为工程背景,为实现采面安全高效回采,结合空巷分布位置、支护方式、围岩岩性、采面矿压显现等情况,针对性提出空巷补强加固方案及安全技术措施。工程应用结果表明:采用锚索+W钢带+架棚补强支护顶板,采用玻璃钢锚杆补强支护巷帮,同时在局部破碎围岩进行注浆加固,可显著提升空巷围岩稳定性;综采面调斜、等压可缩小一次揭露空巷范围,确保空巷处于全负压通风范围中,避免揭露空巷期间出现老顶周期来压问题;采用底板贯通方式揭露空巷,避免采煤机截割空巷顶板锚杆、锚索、 W钢带等金属物而导致顶板失稳。工程应用后,采面过空巷期间可保持4.8 m/d的推进速度,期间未出现矿压异常、空巷围岩变形量大等问题,表明现场采用的过空巷技术效果显著。

特厚煤层综放工作面过空巷矿压显现规律及控制技术研究

为研究特厚煤层综放工作面过空巷矿压显现规律及控制技术,以小峪煤矿8202工作面过空巷为研究背景,通过建立综放工作面斜交过空巷数值计算模型,按照工作面推进位置将过空巷划分为准备阶段、过空巷阶段和过空巷结束阶段,以此分析采动矿压显现特征,在原设计基础上提出了空巷补强支护技术,并成功进行了现场实践验证。结果表明,随着工作面逐渐靠近空巷,开采扰动对空巷的影响越来越大,在距离空巷10 m时,空巷受集中应力影响开始发生大变形,在推进至空巷时,空巷顶板直接发生垮落,工作面需快速通过避免悬顶距过大。提出了不同的补强支护技术,对特殊区域进行生产工艺优化和金属网铺顶,并对现场应用效果进行了分析,该支护方法可以实现工作面快速通过双空巷。研究结果可为类似煤层条件的工作面提供借鉴。

充填支柱在大采高工作面过空巷支护中的应用

为解决长治仙泉煤业15105工作面存在数量众多的空巷,可能导致回采过程中出现强烈动载发生顶板事故的问题,采用FLAC3D数值模拟软件对工作面临近空巷期间超前支撑应力情况进行计算,并以此为依据设计充填支柱参数,通过改变注浆材料配比,利用相同材料获得了不同抗压强度支撑物,满足了充填支柱不同结构要求。实践证明:在采用充填支柱对工作面空巷进行支护后,工作面在回采过程中未发生大规模片帮、冒顶和支架压死情况,工作面顺利通过空巷。

综放面过空巷与充填巷塑性区对比分析研究

针对常村煤矿2106工作面煤层底板斜巷的特点,以及工作面推进时超前支承压力影响空巷底板稳定性等问题,确定采用空巷分区域充填过空巷的方式。利用数值模拟研究,结合Rhino设计软件,对比分析工作面过空巷和充填巷塑性区差异,得知在充填条件下,巷道围岩应力集中较小,来自扰动影响产生的超前支承压力经过充填材料可以向深部转移,并不会在巷道周围产生较为集中的应力束。因此,巷道周围塑性区较少,保持了巷道帮部围岩的整体性,保证工作面正常推进。通过分区域充填支护,实现了充填材料—巷道围岩组合结构共同承载覆岩应力,达到预期效果,保证2106工作面顺利推进。

大采高工作面过空巷围岩控制技术研究

针对大采高工作面过空巷围岩难以控制的问题,以王坡煤矿2307工作面地质条件为背景,采用现场试验方法,根据横川内顶板完好情况,设计了顶板补强加固与全部充填法2种过空巷围岩控制方案,并对具体施工参数进行了确定。根据工作面回采期间矿压显现情况,工作面与横川贯通后,顶底板变形量最大达到302 mm,两帮变形量最大达到428 mm,横川内无冒顶现象出现,并且随着工作面与横川距离的缩短,工作面来压时的工作阻力呈现增大趋势。

综掘工作面过空巷综合处置实践研究

为进一步探究煤矿井下过空巷的处理,保障矿井巷道掘进安全高效进行,以南岭煤业5205切巷综掘工作面过空巷为实际案例,对综掘工作面过空巷的综合处置进行初步探究。在探究过程中,结合前期勘查所获得的数据资料,分别从注浆加固作业和支护方式优化2个主要方面入手,详细探讨了过空巷综合处置的技术流程及要点。从实际应用效果来看,该次过空巷的整个过程并未出现顶板压力进一步显现的问题,证明该次采取的过空巷处理措施取得了初步成功。

煤矿井下综采面过空巷支护技术研究与应用

为了解决瑞锦煤业8402工作面过空巷时存在的片帮和冒顶问题,采用数值模拟和理论分析相结合的方式对工作面过空巷煤柱的加强方案进行了研究。研究结果表明,当空巷煤柱的宽度小于10 m时,极易发生片帮和冒顶情况,通过采用空巷两侧煤柱注浆加固方案,能够显著提升巷道围岩稳定性。

31108综放工作面过空巷技术

为确保某矿31108综放工作面安全、经济、高效通过采面内空巷,结合采面现场地质条件、空巷位置以及采面矿压显现情况等,提出采用以高水材料充填为主的过空巷技术措施。通过对空巷全段充填,给空巷围岩较大的支护作用力,从而避免空巷围岩出现垮落、严重变形等问题。现场实践表明,31108综放工作面过空巷期间保持正常放顶煤开采,采面与空巷间煤柱保持稳定,矿压显现正常,未出现空巷影响范围内围岩失稳、采面顶板冒落和煤壁片帮等异常情况。

墩柱式支护在工作面过空巷中的应用

针对寺家庄煤业15115工作面与空巷割通时,有可能发生大范围的垮落,压死支架或者支架蹬空,影响工作面正常推采等问题,根据珀米易特充填材料强度高、微压缩的力学特性,确定了珀米易特材料墩柱充填支护方案,并进行了工作面过空巷墩柱式支护工业性试验。结果表明,墩柱式充填体与围岩共同承载工作面回采时的支承压力,控制了空巷围岩变形,未发生大范围垮落、压死支架事故,实现了工作面的安全生产。