高应力煤巷围岩控制关键技术研究

针对深井高应力煤巷帮部煤壁整体偏移、锚杆剪切破断、巷道围岩变形剧烈等支护难题,以城郊矿二水平西翼回风大巷为工程背景,采用YTJ-20型岩层探测记录仪实测、微梯形与矩形断面巷道力学结构分析、FLAC3D数值模拟及现场试验监测分析相结合的方法,观测了巷道围岩裂隙演化规律,探究了不同地应力、侧压系数对巷道稳定性的影响特征,并提出了微梯形断面巷道支护设计方案。研究结果表明:煤巷呈大松动圈发育特征,围岩碎胀变形范围大、变形持续时间长、支护难度大,高地应力是其主要影响因素;力学结构对比分析表明微梯形断面受力小于矩形断面巷道,有利于增加巷道的抗冲击性;数值模拟显示微梯形巷道应力集中、塑性区发育范围及围岩变形量相较于矩形煤巷均有所减小,尤其帮部位移减小量明显,微梯形巷道断面有利于巷道围岩稳定性控制。断面形状优化设计及合理支护技术是实现高应力煤巷围岩变形有效控制的关键。结合现场深井高应力煤巷围岩条件,基于悬吊理论与数值模拟优化确定了微梯形巷道合理支护设计参数,跟踪监测结果显示巷道顶板下沉量达到20mm时趋于稳定,两帮移近量为82mm,底鼓量为126mm,表明深井高应力煤巷顶板采用锚网带+锚索梁、帮部采用锚网带的联合支护方案的围岩控制效果良好,可满足深井高应力煤巷长期稳定要求。

“采选充+X”一体化矿井选择性开采理论与技术体系构建

由于"采选充+X"一体化矿井系统的复杂性,基于安全绿色高效开采的原则,本文提出了针对"采选充+X"一体化矿井的选择性开采技术的理论构想,并从充填控制岩层移动、应力集中、裂隙场发育、留(掘)巷稳定等角度分析了"采选充+控""采选充+留""采选充+抽""采选充+防""采选充+保"等矿井的关键科学问题,提出了满足不同充填控制要求的选择性开采技术理论框架、选择性开采技术辅助决策支持系统的构建思路和基本内容。随着采选充技术的扩展应用,选择性开采技术也将逐步延伸到各个技术模式,并以它独有的绿色环保、高效协调为实现"采选充+X"一体化矿井的开采提供技术决策与保障。

深部开采充填体与煤柱协同承载效应研究

深井充填工作面矿压显现强度与地表沉陷变形控制效果受充填体强度、充填率、煤柱宽度及充填体与煤柱承载匹配等因素影响,合理的充填体与煤柱协同承载是实现深部煤炭资源绿色开采的关键。为揭示深井充填工作面充填体-煤柱协同承载效应,结合义能煤矿地质生产条件,构建充填体-煤柱承载结构力学模型,探究充填体与围岩相互作用特征、充填体与煤柱协同承载作用过程。采用PFC软件模拟计算“充填体-煤柱”在不同充填率、充填强度条件下的承载特点,揭示超高水充填工作面充填体-煤柱应力分布及覆岩裂隙发育规律。研究结果表明:当超高水充填料充填率超过90%、水灰比低于95%时,煤柱应力集中程度较低,能够保持较好稳定性,顶板破断仅发展至基本顶,充填体-煤柱协同承载有效降低了工作面矿压显现强度与覆岩运移范围,为实现深部煤层绿色开采提供了科学依据。