沿空留巷不均衡承载特征探讨与应用分析

考虑到沿空留巷围岩应力环境和结构特点,阐述了沿空留巷不均衡承载特征,将沿空留巷基本顶简化为巷旁支护体及实煤体帮共同承载的力学模型,定义实煤体帮承载与巷旁支护体承载比值为沿空留巷不均衡承载系数,得到了不均衡承载系数的计算公式,并分析了不均衡承载系数的影响因素及其变化规律。研究结果表明:实煤体弹性模量和直接顶损伤变量与不均衡承载系数呈正相关;巷旁支护体弹性模量、直接顶弹性模量、巷道宽度、巷旁支护体宽度和实煤体帮支护强度与不均衡承载系数呈负相关。在此基础上,依据沿空留巷不均衡承载系数的变化规律,设计了柳家庄煤矿4211回风平巷沿空留巷围岩控制方案,并通过数值计算和现场矿压监测的方法,验证了高水材料巷旁充填沿空留巷围岩不均衡承载特征。研究成果已成功应用于大采高沿空留巷。

沿空留巷顶板稳定性分析及其控制

根据沿空留巷上覆岩层的后期活动规律,将顶板变形视为"给定变形",建立顶板力学模型,采用变分法,推导顶板下沉量计算公式。依据具体的地质力学参数,验证力学模型的合理可行性,并研究分析顶板下沉量与各影响因素之间的定量关系。通过分析表明,顶板下沉量与巷道宽度、煤层厚度、巷帮塑性区宽度、顶板旋转角度成线性增大的关系,与巷帮煤体残余强度、充填体宽度成线性减小的关系,与巷帮煤体弹性模量成反比例关系。根据各影响因素与顶板下沉量之间的关系,提出巷内支护采用"分期联合支护",巷旁采用"超前复合加固"等控制沿空留巷顶板稳定性的措施。

高煤帮巷道锚杆锚索支护合理预紧力匹配设计及应用

巷帮锚杆锚索预紧力不匹配是造成高煤帮巷道支护失效的重要原因之一。本文分析了某矿30211综采工作面回风巷帮锚索崩断伤人事故原因,采用FLAC 3D软件模拟了巷道采用锚杆、锚索联合支护时二者的匹配关系。结果表明:锚杆、锚索两种延伸率差别很大的材料用在同一条巷道的同一侧帮时,延伸率小的锚索承担的载荷较大,先破断;锚杆、锚索预紧力联合作用在巷道帮部围岩表面及内部附近形成了大小不等的压应力区,随着预紧力的增大,压应力值和范围也在不断扩大;锚杆的预紧力矩设定在200~300 N·m之间,且锚索的预紧力设定在200~250 kN之间,是比较合理的匹配方案。研究结果对高煤帮巷道支护设计和施工具有一定的指导意义。

新型链牵引短机身薄煤层采煤机设计

针对目前采高低于1 m的薄煤层电牵引采煤机的薄弱环节,分别从整机总体结构布置、链牵引系统、单电机双侧分流、单齿高切削力截割系统、特殊摇臂结构和调高方式、煤壁侧辅助支撑等方面进行了研究,设计了一款最低可开采0.9 m薄煤层的链牵引短机身采煤机。为1 m以下薄煤层机械化开采的设备选型提供方案。

5.4m大采高沿空留巷巷内顶板加强支护设计数值模拟研究

巷内顶板支护安全可靠是5.4m大采高沿空留巷成败的关键。以斜沟煤矿18503工作面下方材料巷为工程背景,在原有3m宽充填带支护设计的基础上,选择5种巷道顶部加强支护方案,研究不同加强支护条件下沿空留巷巷道的维护效果,并且确定最优参数。研究结果表明:1)厚煤层大采高开采中采用沿空留巷技术的方法是可行的,需要巷内支护和巷旁支护共同作用;2)巷内支柱对于顶板下沉控制是有效的;3)在采高为5.4m、充填带为3m的情况下,巷道顶部采用"2根木支柱、3根单体支柱"加强支护方案,帮部采用"2根锚索"加强支护方案。研究结果可为大采高沿空留巷技术提供有益的借鉴和参考。

切顶条件下“煤柱-充填体”协同承载性能及巷道稳定性分析

为了分析在切顶条件下不同“煤柱-充填体”支护对巷道围岩稳定性的影响,以某矿1226综采工作面运输巷为研究背景,通过理论分析与数值模拟相结合的方法,对切顶条件下应力转移过程和不同“煤柱-充填体”支护时垂直应力变化规律展开研究。研究结果表明:“煤柱-充填体”支护条件下,切顶时运输巷实体煤侧巷帮的垂直应力相对于未切顶时降低了9.5%,护巷煤柱侧巷帮的垂直应力降低了45%,运输巷两帮水平变形和巷旁支护压缩变形分别降低了21%和30.8%,即利用切顶卸压技术可以实现运输巷围岩应力及变形的双重优化,有利于运输巷围岩的长期稳定;巷旁支护垂直应力是影响巷道围岩稳定的主控因素,巷旁支护垂直应力平均降低速率随着充填强度的增加呈线性增加趋势,最大为5.8%,巷旁支护垂直应力平均降低速率随着煤柱宽度的增大呈先增后降趋势,最大为13.6%;根据“煤柱-充填体”协同承载性能变化对巷旁支护垂直应力的影响规律,拟合了不同煤柱宽度和充填体强度与巷旁支护垂直应力之间的函数关系式。在切顶条件下,留设护巷煤柱宽度为7.5 m、充填体强度为6.5 MPa时,对巷道围岩稳定的控制效果较好。