“三软”厚煤层回采巷道掘锚一体机工艺优化及应用

“三软”厚煤层回采巷道围岩整体强度低,且岩层结构组合普遍变化较大,造成掘进工作面悬露顶板稳定性差异明显,部分顶板稳定性较差区域无法直接采用掘锚一体机及配套施工工艺,造成掘进工作面频繁停工,整体掘进效率下降。针对此类问题,以沙吉海煤矿“三软”厚煤层回采巷道为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟等综合研究方法,阐明了掘进工作面悬露顶板漏冒、掘锚一体机陷入底板或跑偏、煤壁片帮是制约掘锚一体机在“三软”厚煤层回采巷道中应用的关键制约因素;考虑悬露顶板厚度、扰动影响系数、顶板各岩层强度及各岩层完整性等参量的影响,建立和推导了掘进工作面悬露顶板极限跨距计算公式;形成了以掘进工作面悬露顶板极限跨距计算为主导的巷道围岩稳定性分级方法,将“三软”厚煤层回采巷道围岩划分为极稳定、稳定、中等稳定、不稳定、极不稳定5个级别;提出了不同稳定性级别围岩条件下掘锚一体机装备及施工工艺分类优化方案,并从截割滚筒位态调整、底板接地处理、巷帮作业平台增设等方面给出了困难作业环境下掘锚一体机应用对策。研究成果在沙吉海煤矿B1003W05工作面巷道进行了工程应用,其分类优化方案可有效保障掘锚一体机在“三软”厚煤层中的正常运行,相比邻近巷道采用悬臂式掘进机综掘工艺,掘进速度提升了1.0~1.8倍。

软岩巷道支护技术研究

锚注支护技术是维护软岩巷道围岩稳定的一种有效方式,支护时机的选择对巷道支护效果具有很大的影响。根据对破裂软岩注浆加固后的力学特性分析,巷道围岩变形表现出"先减小、后增大"的趋势。据此,提出了一种综合运用数值模拟优化和现场监测确定巷道最佳锚注支护时机的方法,并应用于工程实践,取得了良好的效果。研究成果对软岩巷道锚注支护施工和设计具有指导意义。

三软厚煤层工作面回撤通道稳定性控制研究

针对沙吉海煤矿B10煤层工作面末采期间矿压显现剧烈、回撤期间顶板维护效果欠佳的问题,通过现场实测、数值模拟、理论分析等方法进行了系统研究。通过顶板钻孔窥视掌握了回撤通道顶板结构及裂隙发育情况;建立了回撤空间FLAC^(3D)数值模型,对比分析了预掘单回撤通道和自掘回撤通道2种方案下的围岩应力分布和塑性区演化规律;提出了回撤空间大破裂深度顶板层次控制原理,形成了以中长锚索为主导的回撤空间顶板层次控制方法,基于此进行了B1003W03工作面回撤通道顶板支护方案设计及围岩表面位移监测。结果表明:相较于预掘单回撤通道布置形式,自掘回撤通道形式下回撤空间围岩支承应力分布及塑性破坏范围均得到改善,设计支护方案可对浅部-中部-深部层位顶板进行有效针对性控制,监测数据显示回撤通道变形量较小,支护效果良好。

特大直径煤仓综合施工技术研究

针对新疆沙吉海矿区侏罗系煤系地层赋存水量大、松散破碎,开挖后易风化、膨胀的特点,从支护设计、围岩监测和加固、施工机械等方面探索了一套新型施工工艺,高效、快速地完成了复杂条件下特大直径煤仓的施工,积累了一定的实践经验。

三软煤层首采工作面局部冒顶原因及控制研究

为解决三软煤层工作面易发生冒顶事故的问题,采用X射线衍射分析、围岩电镜扫描和现场实测的方法研究了三软煤层巷道局部冒顶的影响因素,并开展了现场局部冒顶控制实践。结果表明:围岩中粘土矿物含量较高,占矿物总含量的50%~66%,并具有吸水软化膨胀的力学特性,降低了岩体力学强度,中砂岩微裂隙、微孔隙较为发育、贯通性好、裂缝宽,泥岩中大量可见裂隙和微溶孔,致使其稳定性较整块结构岩体差;综采工作面巷道局部冒顶的主要原因是冒顶区巷道高度大、顶板较为破碎,支护不及时、淋水影响。控制实践表明:通过改善支架工况、带压移架,保证支架初撑力足够大,能够预先控制顶板,有利于防止直接顶离层、控制局部冒顶。