厚煤层小煤柱护巷耦合支护技术的优化与应用

长平矿原采用25~30m大尺寸煤柱护巷,为提高煤炭资源回收率,以4309工作面小煤柱沿空掘巷为工程背景,综合运用理论分析与工程类比等方法,确定小煤柱最佳尺寸为6m。沿空巷道采用综掘工艺,浅掘进、轻扰动的掘进方式,配合邻近巷道爆破切顶卸压工艺,选用锚网索耦合支护方式,及时对裸露围岩进行喷浆封闭,滞后注浆加固,有效提高煤柱抗压强度。现场矿压监测表明,巷道变形均在可控范围内,满足4309工作面安全生产需求。

综放工作面小煤柱沿空掘巷围岩控制应用

针对综放工作面小煤柱沿空掘巷合理煤柱尺寸留设的问题,以潞新二矿E4102-1工作面运输顺槽为工程背景,分别采用调研分析、数值模拟、工业性试验的方法进行研究。调研结果表明,窄煤柱沿空掘巷技术已比较成熟,煤柱尺寸主要分布在5~8 m;通过数值模拟对不同煤柱尺寸下巷道破坏情况分析,在煤柱尺寸为5 m时,巷道矿压显现程度较小;以此作为参考,确定留设煤柱尺寸为5 m,并进行现场工业性试验,发现小煤柱沿空掘巷巷道顶板稳定,变形量较小,满足生产和安全需求。

小宽高比充填体沿空留巷稳定性研究

通过对沿空留巷充填体抗压强度、纵向变形适应性等影响充填体稳定性因素进行分析和计算,论述充填体宽高比系数远小于0.8条件下矸石混凝土充填体保持留巷系统的稳定,并通过模拟计算和工程实例验证了宽高比为0.23的矸石混凝土充填体留巷系统的稳定性。阐明小宽高比充填体沿空留巷施工的可行性,在维护沿空留巷系统稳定性的参数选择上进行了优化,并在工程实践中成功应用。

宽断面预留墩柱沿空留巷墩柱支护阻力计算研究

针对常规沿空留巷技术在工作面回采速度和采空区作业危险性方面存在的局限性,提出了一种新型沿空留巷技术——宽断面预留墩柱沿空留巷技术,该技术的实施步骤为:首先掘进一条宽断面巷道,随后在巷道断面中心安设一排墩柱,墩柱的一侧为本工作面的运输巷,另一侧作为下一工作面的轨道巷,墩柱作为巷旁支护体使下一工作面的轨道巷保留下来以供使用。结果表明:在掘巷时设立墩柱能够维持宽断面巷道围岩的稳定,同时避免了传统沿空留巷在工作面后方作业,安全性得到了较大提高。在巷道掘进阶段,采用二次成巷技术和锚杆-墩柱联合支护技术可保证巷道的稳定;在留巷阶段,高强度的墩柱对沿空留巷顶板的切断和支撑有较好的控制效果,当墩柱间距为1.5 m时,切顶所需墩柱阻力为21.53 MPa,小于墩柱抗压强度(42 MPa),墩柱承载力满足沿空留巷要求,顶底板相对移近量为652 mm,墩柱压缩量最大值为164 mm,墩柱能起到一定让压作用,同时对顶板有较好的支撑,可以很好地适应沿空留巷顶板活动规律,现场应用效果良好。

深井大断面沿空留巷底鼓防控技术

在分析沿空留巷底鼓影响因素基础上,建立深井大断面沿空留巷底板受力模型,将充填体外侧的一端边界简化为固定铰链支座,煤帮极限平衡区下的一端视为固定端约束,底板梁顶面及底面分别受到充填体、煤帮以及下部岩层施加的载荷;然后建立满足底板梁两端位移边界条件并符合沿空留巷底板变形特征的挠曲线方程表达式,利用最小势能原理对底板变形量进行计算和分析。实例计算表明,底板越厚,底板最大变形量就越小;而巷道宽度越大,底板最大变形量则越大。根据深井大断面沿空留巷底鼓影响因素及底板受力模型研究,提出了底鼓防治技术,并进行了底鼓防治工程实践,最后展望了深井大断面沿空留巷底鼓防控技术发展方向。

深井大断面沿空留巷分阶段底鼓特征分析

针对深井大断面沿空留巷底鼓剧烈,防控难度大,以顾桥煤矿1115(1)工作面地质条件为工程背景,利用FLAC^(3D)三维数值模拟软件研究了深井大断面沿空留巷分阶段底鼓特征。研究结果表明:从开掘到报废留巷底鼓严重,掘巷阶段就产生较大的底鼓量,一次采动阶段底板变形继续增大,二次采动阶段底板变形更加剧烈,底鼓量累计超过1 000 mm,其中掘巷、一次采动及二次采动3个阶段的底鼓量分别达到总底鼓量的21%、32%、47%。一次采动影响下工作面前方30 m至工作面后方60m范围内巷道底鼓剧烈,应作为底鼓防治的重点区域。研究成果可为深井大断面沿空留巷底鼓防控提供指导。

沿空留巷围岩结构稳定性力学分析

以往对沿空留巷围岩结构特征了解不够,难以准确计算巷旁支护阻力,导致沿空留巷困难甚至失败。因此,根据沿空留巷上覆岩层垮断特征,提出了"大结构"、"小结构"概念,分别构建了围岩"大结构"、"小结构"力学模型,研究分析了"大结构"形成"低形态拱"和"高形态拱"的条件,推导出了拱高计算式,研究认为:在巷旁顶板岩层残留边界二次破断前,若及时加固煤帮,提高巷内和巷旁支护阻力,则上覆岩层易形成"低形态拱";若巷道煤帮松软,或巷道支护阻力不足,则易形成"高形态拱"。通过研究拱脚的水平力对"大结构"形态演化及其稳定性影响,发现拱脚处的水平力是造成拱破坏的主要原因,若拱脚处的水平力大于其抗剪力,拱将失稳破坏,造成"低形态拱"的拱高增加或"高形态拱"的跨度向外扩展,引起"小结构"的岩层载荷增加,"小结构"的岩层载荷不仅与"大结构"的形态、拱高和跨度相关,而且与二次破断区顶板"铰接岩层"的稳定性密切相关,根据关键层理论,确定"大结构"拱高范围内顶板硬岩层位置及其所控制的软岩层组,采用滑落失稳判据和挤压变形失稳判据,自上而下判别出顶板"铰接岩层"的稳定性,进而确定围岩"小结构"的岩层载荷,据此推导出巷旁支护阻力计算式。

综放采场J型通风系统治理高瓦斯涌出的研究

根据潞安王庄煤矿5201综放工作面实际条件,在成功实施沿空小断面留巷的基础上,提出了综放采场J型通风系统治理高瓦斯涌出的方法及其调控技术.J型通风系统本质上是以通风方法按工作面瓦斯来源分别治理高瓦斯涌出的一种新型"一进两回(排)"通风系统,现场应用表明,利用该系统能从根本上消除工作面和上隅角局部瓦斯积聚,实现高产高效综放开采.

复合墙体支护技术在沿空留巷中的应用研究

为解决深部工作面沿空巷道因超前支承压力过大引起导致巷道变形量大以及易发生冲击地压的问题,基于分段分级承载原理提出复合墙体巷旁支护技术。复合墙体以矸石砖墙作为主墙体,以无机充填材料瑞米Ⅲ号作为副墙体,通过对沿空留巷顶板进行力学分析,计算出顶板下沉量及墙体支护强度。由实验室试验可知矸石砖的支护强度为10.4 MPa,完全能够满足墙体所承受的顶板压力;副墙体设计高度为0.4 m即可满足让压的需要,又能保证主墙体的支撑作用。结果表明:运用复合墙体支护技术能够有效控制巷道变形、防止冲击地压事故发生,解决了工作面沿空巷道超前支承压力过大的问题,同时解决了煤矸石污染环境的问题。

急倾斜煤层“Z”型通风沿空留巷水平分段放顶煤工艺技术

在煤层厚度4～10m,赋存条件复杂,特别是煤层厚度变化较大的急倾斜厚煤层,应用"Z"型通风沿空留巷水平分段放顶煤采煤技术。在合理的水平分段内,沿煤层顶板布置运输巷道。工作面回采后,在工作面底板位置采用沿空留巷技术,使留巷与采区回风巷道相通,构成通风系统。工作面的通风线路为"Z"型,具有回采工作面布置灵活、巷道掘进量少、支护简单等特点,有效解决了急倾斜厚煤层水平分段放顶煤采煤法中工作面长度受煤层厚度变化大而难于正常布置、通风系统复杂、生产成本高等问题。在长沟峪煤矿现场应用过程中,该技术取得了良好的社会和经济效果。

综放沿空小断面留巷技术研究

随着开采强度的增加,综放工作面的瓦斯超限问题日益突出.以王庄煤矿5201综放面为例,提出采用综放沿空小断面留巷技术,布置J型通风系统,治理综放工作面瓦斯超限.由关键块的分析和数值模拟结果,确定了综放沿空小断面留巷的断面形状,给出了斜梁的合理支护设计.矿压观测结果表明,留巷小断面变形以及留巷煤帮深部位移有较好的收敛性,能够满足工作面抽放瓦斯的需要.

急倾斜厚煤层短壁综放采场承载结构泛化特征

针对厚度4~8 m的急倾斜煤层难以实现机械化开采的难题,创新性提出了水平分段短壁综放采煤法。在龙泉煤矿3-3c急倾斜厚煤层布置采掘合一“单一巷道”工作面,螺旋钻机超前采出巷旁煤柱,纵横自移式支架采出顶煤,沿空成巷形成工作面“Z”形通风。并通过理论分析、数值计算和物理相似模拟分析确定了分段高度、采放比等主要回采参数,揭示了采场顶板运动演化、底板破坏滑移及围岩承载结构泛化特征。研究结果表明:分段高度10 m、采放比2.85时工作面放煤效果较好;急倾斜水平分段采场顶板结构迁移转化形成“跨层多梯阶砌体结构”、不同区域底板发生“挤出-平移”“挤出-下压”“挤出-上推”3种模式破坏滑移,顶板、煤柱、底板相互关联形成采场“顶板-底板-煤柱”链式结构。3个分段组成阶段高度30~45 m,能有效阻断采动过程中链式结构单元间强弱链相互转换,防止煤柱失稳造成顶板大面积垮落形成的冲击灾害。以上新型采煤方法的提出与研究为该类煤层的安全高效生产提供了方法与理论基础,对新疆乃至西部煤炭可持续开发具有重要意义。

长平矿大断面巷道耦合让均压支护技术研究

为了解决长平矿大采高工作面沿空留设巷道,在上一个工作面回采后变形严重,在下一个工作面回采前需要进行大规模巷修的问题,采用耦合让均压支护技术,通过理论分析、工程类比等研究手段,确定了长平矿大断面巷道沿空留巷支护方案,并进行了工业性试验。结果表明,选定的支护方案能够满足大断面巷道支护及留巷二次使用的目的,且能够保证巷道掘进速度,对相似条件下的巷道支护具有一定的指导意义。

大断面巷道沿空留巷巷旁充填体受力分析与加固

为实现高瓦斯工作面Y型通风,以屯兰矿18205工作面为工程背景,实施大断面巷道沿空留巷技术。分别对宽度为2.0m、2.5m、3.0m巷旁充填体在二次采动条件下受力情况进行数值模拟分析,得出合理的充填体宽度为2.5m,对其进行内部受力分析,呈现剪切破坏现象。加固采用充填体外布置锚带网,充填体内布置钢筋网的内外加固措施,现场实测表明沿空巷道矿压显现平稳,该充填体能够满足生产需要。

高瓦斯矿井大断面煤巷沿空留巷技术研究与应用

以高瓦斯矿井屯兰煤矿大断面煤巷沿空留巷为研究对象,建立了沿空留巷围岩结构模型,分析了沿空留巷巷旁充填体的作用机制,提出了巷内基本支护采用锚杆索配合钢梁、金属网联合支护,巷旁采用混泥土膏体材料充填,以及充填体锚带网外加固、钢筋网内加固和注浆密封的沿空留巷围岩控制技术。井下实践结果表明：沿空留巷顶板离层最大值为40mm,顶底板移近量最大为17cm,两帮移近量最大值为25cm,工作面上隅角瓦斯浓度为0.45%-0.75%,实现了高瓦斯矿井大断面煤巷沿空留巷技术的成功应用。

大断面沿空留巷充填体稳定性及留巷支护技术

以斜沟煤矿18503大采高综采工作面地质及生产技术条件为依据,通过理论分析、数值模拟和现场实测,分析了大断面沿空留巷充填体的稳定性规律及留设巷道支护技术。研究表明,大断面留巷充填体的稳定性受上覆坚硬顶板破断失稳规律的影响,而且动载作用明显,采用强度-应力双曲线关系可分析判断充填材料及充填体参数确定的合理性。现场应用对充填体及留设巷道进行了加强支护技术,实测表明取得了良好的留巷效果。

用小煤柱沿空留设材料巷的研究

目前煤矿采用的沿空留巷采煤法多是留设运输平巷，由于该巷机电设备多、人员多又无轨道，给运送巷旁支护材料带来诸多不便，造成巷旁不能及时支护，留巷变形量大影响生产．为改变这种状况，提出了用小煤柱留设材料巷来解决以上问题，并对小煤柱护巷的可行性、护巷原理及有关参数进行了分析研究，它的推广使用对进一步扩大无煤柱开采的应用范围起到积极的作用．

复合顶板条件下沿空留巷力学参数研究

以军城煤矿31203复合顶板薄煤层综采工作面为工程背景,在复合顶板综采工作面采用无煤柱护巷技术基础上,建立了沿空留巷围岩力学模型,对巷旁支护阻力、切顶力学参数、顶板下沉量等进行理论计算,并采用FLAC3D数值模拟软件研究了复杂顶板条件下薄煤层大断面沿空留巷力学参数,研究成果可为军城煤矿复合顶板条件下薄煤层大断面沿空留巷提供理论依据。

大采高工作面小(无)煤柱开采技术适应性研究

为了延长矿井服务年限,以山西福达煤矿15202工作面为例,从小(无)煤柱开采技术角度研究资源回收率提升的可行性。根据该工作面开采条件,分别设计了小煤柱护巷、沿空留巷、沿空留墙技术方案,并从技术、安全、经济三方面对各方案进行分析,结果表明:小煤柱护巷实施难度最低,投资少见效快,安全性较好,但长期效益最低;沿空留墙受扩巷施工制约,短期效益较低,但安全性最高;沿空留巷受扩巷及回风系统施工影响,短期效益最低,巷道二次复用维护难度较高,但长期效益最高。考虑到矿井短期内如采用沿空留墙、沿空留巷两方案将严重制约矿井整体效益,最终决定15202工作面采用小煤柱开采技术,后期采掘接续紧张局面得到缓解后再改用沿空留巷布置方式。

松脆围岩炮采工作面沿空留巷技术研究

为提高新庄矿煤炭资源回收率,延长矿井服务年限,缓解采掘接替紧张状况,提出了一种基于松脆围岩炮采工作面巷旁充填新型高水速凝材料的沿空留巷技术,研究结果表明留巷效果较好。