坚硬顶板下近距离煤层群切顶卸压技术研究

针对存在多层坚硬顶板的近距离煤层巷道在工作面开采时处于高应力状态难以维护的问题,以西铭矿近距离煤层为研究对象,采用理论分析和数值模拟相结合,提出了坚硬顶板条件下近距离煤层开采通过切顶卸压消除顶板悬顶结构的方法,研究切顶位置和煤柱宽度对巷道围岩应力及稳定性的影响。研究表明,含多层坚硬顶板的近距离煤层开采时,在上位煤层开采完毕后,存在不利下位煤层巷道围岩稳定的大跨度悬顶结构;合理的切顶位置能有效消除悬顶效应对下位煤层巷道围岩应力分布的影响;上位煤层煤柱宽度影响下位煤层巷道围岩变形率,30m煤柱宽度是巷道围岩变形速率的临界分界点。

厚硬顶板悬顶致灾机理及切顶控制技术研究

针对侧向厚硬悬顶下临空巷道围岩变形大、失稳风险高的问题,以大同马脊梁煤矿3810工作面运输巷为工程背景,建立了厚硬侧向悬顶力学模型,确定合理切顶位置理论值为内错煤柱3.98 m。建立UDEC数值计算模型,分析了厚硬悬顶长度、断裂位置对煤柱应力分布及3810运输巷围岩变形的控制效果,结果表明:降低悬顶长度、在煤柱上方合理位置断裂,能够有效降低煤柱侧向应力集中程度,减少巷道围岩的破坏范围及变形。根据分析结果,确定煤柱采空区侧厚硬悬顶进行切顶卸压控制,促使厚硬顶板及时垮落,提高采空区顶板垮落带高度,从而降低煤柱承载的载荷并为煤柱提供侧向约束,提高煤柱承载性能。提出了厚硬侧向悬顶水压致裂切顶卸压控制方案并应用于现场,结果表明:3810运输巷采取水力压裂切顶措施后,巷道围岩变形得到显著改善;切顶后巷道两帮最大值移近量为600 mm,顶板最大下沉量为277 mm;相对于未采取切顶方案的区段,巷道变形量分别降低39.6%(两帮)、31.8%(顶板),巷道有效断面能够满足矿井安全高效生产的需要。