厚层坚硬顶板切顶留巷合理切顶参数

切顶留巷工程实践中切顶高度和角度是直接影响因素,而顶板厚度变化范围较大的坚硬顶板所允许的合理切顶参数又有其特殊性。以同忻矿2号煤层北翼三盘区切顶留巷实践为工程背景,基于现场切顶留巷厚基本顶难以垮落形成大面积悬顶造成留巷效果差的事实,通过现场调查、理论建模研究、数值模拟分析及工业性试验相结合的方法研究了随坚硬顶板厚度变化的合理切顶参数。调查研究发现固定的切顶高度是无法适应顶板厚度的变化,在较小的基本顶厚度情况下,留巷效果较好,在较大的基本顶厚度情况下,留巷围岩变形较大。建立了切顶留巷力学模型,推导了未切顶部分拉应力与切顶高度、角度和顶板厚度的关系,得出在相对较小的切顶角度范围之内,随着切顶角度的减小,未切顶面处所受到的拉应力增大,且随着切顶高度的增加拉应力增加的越显著;未切顶处拉应力大于基本顶极限抗拉强度所允许的合理切顶角度范围随着基本顶厚度的增加而减小,从工程实践来看可以达到减小悬顶长度的目的;在一定基本顶厚度条件下,未切顶处拉应力大于基本顶极限抗拉强度所允许的切顶角度范围随着切顶高度的增加而增大,即切顶高度越高,对切顶角度的限制越小;基本顶厚度越大,未切顶面拉应力达到相同值所需的切顶高度越大,基本顶厚度较小时,切顶角度变化对未切顶面拉应力影响较小,随着基本顶厚度的增大,切顶角度影响程度增大。从顶板断裂面凹凸程度、巷道顶板裂隙发育特征、巷道顶板下沉情况、完成时间步数4个指标进行数值模拟分析,得到科学实施部分切顶方案,使未切顶部分在矿山压力作用下完成垮落,就可以达到工程实践目的。基于上述研究在现场进行工业性试验,以顶板变形量和切顶侧支架工作阻力为指标对留巷进行现场监测分析,结果表明留巷效果良好。

切顶参数对沿空留巷围岩稳定性的影响研究

切顶参数作为切顶卸压沿空留巷技术的核心问题之一,对留巷围岩稳定性影响较大。本文以曙光矿1226工作面为工程背景,通过理论分析初步得到了切顶高度和切顶角度的参考值分别为7.1~9.5 m和11.4°;通过数值模拟从切顶效果和围岩变形两种角度对切顶高度分别为4 m、7 m、10 m、13 m及切顶角度分别为0°、10°、15°、20°、30°时顶板垮落形态、顶板下沉量和实体煤帮应力分布进行了分析,结果表明最优切顶参数为切顶高度10 m、切顶角度15°;通过现场爆破试验,确定了最佳炮孔间距、爆破方式及装药量;留巷后对工作面后方巷道围岩变形进行了监测,巷道围岩变形量小,留巷效果良好。

特厚煤层留小煤柱沿空掘巷切顶卸压关键参数研究

为确定留小煤柱沿空掘巷条件下,切顶关键参数与现场地质条件的匹配性,通过砌体梁理论分析了基本顶岩层不同断裂状态下的载荷分布情况,同时确定了不同切顶高度和不同切顶角度的理论选择范围,而后通过数值计算横向对比了不同切顶高度和不同切顶角度对于巷道围岩变形情况、侧向支承压力分布情况、煤柱及巷道围岩破坏情况的影响。结果表明:切顶高度主要影响应力分布,切顶角度主要影响围岩破坏情况;在煤柱宽度10 m时,切顶高度越高,巷道围岩稳定性及支承压力峰值越低,其中切顶21.5 m较切顶9.5 m的侧向支承压力峰值降低了22%,顶底板和两帮变形量分别降低了24.8%和20%;同时煤柱及巷道围岩的塑性破坏整体随着切顶角度的增加呈“U”型规律分布,在切顶75°时达到最低,与切顶60°、90°(U型两侧较大值)相比,煤柱塑性破坏情况分别降低了7.9%和16.6%,围岩塑性破坏情况分别降低了16.5%和31.7%,综合得出,当切顶高度为21.5 m,切顶角度为仰角75°时,侧向支承压力峰值有所下降,围岩位移量大幅降低,巷道围岩及煤柱稳定性均有所改善。

中厚煤层坚硬顶板切顶留巷关键技术参数研究及应用

为确定中厚煤层坚硬顶板条件下切顶留巷关键技术参数,以安徽宿州界沟煤矿1026工作面运输巷道为工程背景,建立了坚硬顶板切顶留巷力学模型,采用理论分析、数值模拟及现场试验等方法,明确了切顶高度、角度与钻孔间距对切顶效果的影响规律,确定了1026工作面运输巷道合理切顶留巷关键技术参数:切顶高度10 m、切顶角度0°以及钻孔间距0.5 m。现场实测结果显示,1026工作面运输巷道留巷段累计顶板下沉量170~250 mm,采空区侧与实体煤侧液压支架滞后工作面180~200 m压力值稳定,锚索锚固有力,切顶留巷效果良好。研究成果可为相似工程地质条件矿井切顶留巷关键技术参数确定提供有益参考。

新景煤矿切顶留巷卸压预裂爆破关键参数研究

切顶工艺参数对采煤过程中的岩层控制和卸压效果至关重要。为探究新景煤矿芦南9号煤采区9109切巷的爆破切顶关键参数,采用数值模拟方法研究了3、6、9、12 m切顶高度和55°、65°、75°、85°切顶角度对采场垂直应力分布的影响,并进行现场工业试验。数值模拟表明,切顶高度为9 m,切顶角度为75°时,能够有效减小超前支承压力的影响范围,降低应力集中程度。现场实施预裂爆破切顶工艺后对顶底板的移进量进行监测,监测结果表明,预裂爆破切顶成功切断了覆岩的应力传递作用,使巷道顶部的移进量明显减小,卸压效果明显。这对于确保采煤工程的安全生产具有重要意义。

大巷煤柱优化设计及切顶卸压技术应用

针对工作面停采线与采区大巷之间留设较大宽度的保护煤柱及切顶卸压技术问题,以木瓜煤矿二盘区10-208工作面为工程背景,采用力学理论分析与数值模拟等方法,分析10-208超前支撑压力分布及影响规律,探讨了不同切顶高度和切顶角度时护巷煤柱的安全性及稳定性。结果表明:10-208工作面在切顶卸压基础上,停采线护巷煤柱尺寸应不小于24.29 m;模拟显示切顶卸压效果是随着切顶高度的增加而增加的,在切顶高度15 m时卸压效果最好;随着切顶高度的确定,不同切顶角度下的卸压效果差距不大,但相比较而言,切顶角度为65°时可减小超前影响范围。通过实施10-208切巷静态胀裂切顶卸压方案,实现为矿井安全高效生产提供有力支撑。

薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数研究

针对薄直接顶大采高工作面顶板垮落后不能及时充满采空区,造成上覆厚硬顶板在工作面侧向形成悬臂梁结构,进而向留巷侧传递覆岩压力导致留巷围岩破坏失稳的现象,以某矿12408工作面薄直接顶、厚硬基本顶条件为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,研究了薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数。建立了留巷顶板的力学模型,量化了未贯穿面的拉应力与切顶高度和切顶角度的关系,确定了未贯穿面拉应力随切顶高度和切顶角度的变化规律,得出了切顶角度一定时,未贯穿面处的拉应力与切顶高度近似指数函数规律分布,拉应力随切顶高度的增大而增大,且增长速率逐渐加快;切顶高度一定时,未贯穿面处的拉应力随切顶角度的变化曲线呈抛物线形,随着切顶高度增大,未贯穿面处的拉应力超过极限所需的切顶角度的范围也增大。数值模拟方法分析了留巷中锚索轴力变化系数的变化规律、区段煤柱和相邻巷道竖直方向应力的分布特征,确定了11m的切顶高度和大于0°的切顶角度即可切断顶板间的应力传递。现场考虑到实际岩层赋存条件的复杂多变、爆破后切缝面的不平整性和贯通程度的差异性以及保证厚硬顶板在矿山压力作用下顺利垮落,采用13.6m的切顶高度和10°的切顶角度,结合顶板垮落后的碎涨系数,理论验证了顶板垮落后的高度大于工作面实际高度,即垮落顶板能够及早支撑上覆岩层,减轻覆岩运动对留巷和煤柱稳定性的影响。现场监测到巷道顶底板及两帮变形量较小,围岩较稳定,验证了数值模拟结果的可靠性以及切顶卸压技术的可行性,可为类似条件的切顶留巷提供借鉴和参考。

霍尔辛赫煤矿3502工作面切顶卸压与围岩控制技术研究

霍尔辛赫煤矿采用传统留设煤柱的开采工艺,回采过程中巷道围岩变形严重、难以维护,且掘进巷道工程量大,采掘接续紧张。以3502工作面为工程背景,对工作面应用切顶卸压无煤柱留巷关键技术进行研究。通过理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了不同切顶关键参数条件下巷道围岩的应力分布与岩层移动规律。结果表明,切顶高度为14 m、切顶角度为15°时对巷道围岩的控制最为有利。结合现场切顶与弱化爆破试验,通过分析监测数据得出,现场切顶留巷段巷道顶底板和两帮平均移近量分别为312 mm和128 mm,与未切顶段相比下降了15%,表明切顶留巷对控制巷道围岩具有显著作用。

浅部中厚煤层切顶卸压沿空留巷技术研究与应用

为缓解矿井接续紧张局面,减少矿井井巷工程量,以鲁西煤矿3下A07工作面为研究背景,结合生产地质条件、理论分析及现场实测等方法,对浅部中厚煤层切顶卸压沿空留巷技术中关键参数展开研究,确定了预裂切顶高度为6.28~10 m,切顶角度为15°,爆破间距为600 mm,切缝装药结构为2+1+1。通过在巷道内布置测站点对留巷围岩变形量进行监测,并对切顶卸压沿空留巷效果进行评价。结果表明:巷道围岩变形量较小,顶板最大移近量为193 mm,两帮最大移近量为235 mm,采空区顶板岩石在垮落后充满矸石帮,具有良好稳定性,无明显底鼓现象,留巷完整且满足使用条件,研究结果可为类似条件下的切顶卸压沿空留巷工程提供参考。

厚硬顶板切顶留巷最优参数及围岩稳定性分析

为确定厚硬顶板切顶留巷最优技术参数,选取5 m、10 m、15 m切顶高度和0°、10°、15°、20°切顶角度,通过理论分析和3DEC数值模拟,对厚硬顶板切顶成巷形态和围岩稳定性进行研究。研究结果表明:切顶后巷道顶板形成“短臂梁”结构,当切顶高度和切顶角度一定时,切落顶板对巷道顶板“短臂梁”支撑力越大,其顶板所需的支护力F则越小,因此在切顶成巷时,需尽量使切落顶板充分接顶;随切顶高度增大,巷道实煤体一侧水平位移值随之增大、垂直位移随之减小,而巷道低位顶板水平位移几乎均为0;对厚硬顶板切顶成巷时需保持倾斜切缝,而随着切顶角度增大,巷道顶板垂直位移和实煤体一侧水平位移随之增大。基于此,综合确定10 m切顶高度、10°~15°切顶角度的最优切顶参数。

厚煤层工作面双回撤通道切顶卸压区间煤柱优化研究

文章首先通过理论计算确定了切顶卸压方案,随后采用数值模拟方法,分别对比了切顶前后不同煤柱宽度的煤柱稳定性和双回撤通道的围岩稳定性,最终结果表明,当区间煤柱留设宽度25 m,切顶角度14.5°,顶板处理高度10.4~21.5 m,钻孔间距1 m时,切顶后的煤柱垂直变形量和水平变形量较切顶前分别降低了38.4%和28.4%,煤柱垂直应力降低了29.8%,同时回撤通道垂直变形量和水平变形量与切顶前相比降低了49.7%和30.1%,回撤辅巷降低了37.2%和49.2%.综合表明,采用该切顶卸压方案,且区间煤柱宽度留设25 m时,可有效保证煤柱及其双回撤通道围岩稳定性,同时达到高效开采煤炭资源的目的。

薄煤层沿空留巷合理切顶参数研究

为了确定瑞能煤业115工作面薄煤层沿空留巷的合理切顶参数,文章综合运用理论分析与数值模拟的方法,探究了不同切顶方案条件下沿空巷道围岩变形特征,并确定了合理的切顶参数,主要得到如下结论:理论分析得出115工作面沿空留巷切顶角度不小于75°,切顶高度应在9.5m~18m;不同切顶方案条件下巷道顶板下沉整体呈现采空区侧巷道变形量大、实体帮侧巷道变形小的非对称变形特点,而巷道底板鼓起整体呈现一种巷道中部变形大、两侧变形小的对称变形特点;不同切顶方案条件下巷道水平变形整体呈现上部变形大而下部变形小的特点;当切顶角度为90°,切顶高度为13.75m时,巷道顶底板移近量为249.82mm,巷道实体帮的水平变形差值为7.28mm,均最小,故沿空留巷切顶参数合理。研究成果为类似薄煤层沿空留巷合理切顶参数的确定提供参考。

爆破切顶卸压合理参数模拟研究

为解决厚坚硬顶板难垮难落的问题,利用数值模拟软件对某矿井爆破切顶卸压情况进行分析,发现爆破后岩体内部可以分为压碎区、破裂区和震动区三个部分。对不同切顶参数下切顶效果进行模拟分析,确定最佳切顶角度为15°,最佳卸压高度为8 m;同时对切顶前后护巷煤柱应力情况进行分析,发现切顶后煤柱应力峰值为13.60 MPa,未切顶的煤柱应力峰值为37.48 MPa,切顶后巷道围岩稳定性得到了有效的控制,为坚硬顶板治理作出了贡献。

深井高应力超前工作面爆破切顶卸压护巷加固技术研究

以赤峪煤矿C1205工作面地质条件为背景,分析了超前支承压力影响范围,提出了在工作面主动超前卸压与大巷加固相结合的巷道围岩控制技术,对比分析了工作面超前切顶卸压与不切顶对大巷的保护作用,设计了超前切顶参数及大巷加固方案。结果表明:超前工作面爆破切顶人为构造“准裂隙面”,可有效减弱超前支承压力向大巷的传递,工作面回采超前支承压力集中程度降低,距离停采线最近的输送机下山两帮变形量降低47%,顶底板变形量降低43%,取得了较好的卸压效果。采用该技术后,深井高应力工作面回采引起的大巷失稳问题得到有效解决。

切顶卸压沿空留巷预裂切缝技术参数在亿欣煤矿的应用

以亿欣煤矿XV1306工作面为工程背景,通过现场工程地质条件分析,参照山西地区以往预裂切顶合理参数,并现场试验分析作用效果,确定亿欣煤矿XV1306工作面合理的预裂切顶参数为预裂切缝角度为15°、孔深10 m、切缝孔间距为500 mm的关键参数,在亿欣煤矿XV1306工作面成功应用。

切顶卸压自成巷技术在浅埋中厚煤层开采中的应用

基于岩体碎胀特性是切顶卸压沿空留巷技术切顶参数计算和设计的关键,本文以哈拉沟煤矿12201工作面为工程背景,通过现场实测、理论分析等方法对采空区矸石碎胀特性及控制技术进行研究。现场实测表明:采空区顶板从垮落、压实到稳定,经历了三个过程,确定了每个过程的影响范围与时间效应,准确地测出采空区顶板稳定后的碎胀系数k为1.35~1.40,确定了切顶深度6m的合理性。通过建立冒落矸石稳定后力学模型,揭示了冒落矸石与留巷巷内支护的协同作用原理,提出了在工作面支架后挡矸装置采用由11#工字钢、金属网以及单体液压支柱联合而成体系进行支护,最后取得了良好的成巷效果。

双层近距离坚硬顶板切顶成巷围岩控制技术

针对双层近距离坚硬顶板下切顶参数不合理导致的沿空留巷围岩大变形问题,通过现场监测、理论分析和离散元模拟,以柏沟煤业090109运输巷道为工程背景,阐明双层近距离坚硬顶板沿空留巷矿压显现特征和机制,分析保持围岩稳定的必要条件,提出合理的切顶高度、角度和顶板强化支护技术。综合实际条件确定090109运输巷道切顶卸压高度和角度分别为6 m和15°;现场监测数据表明,结合顶板锚索强化支护技术后,顶底板与实体煤帮位移较原巷道围岩控制方案分别减少了35.3%和49.9%,围岩稳定时滞后工作面距离减少了55.2%。研究成果为双层近距离坚硬顶板下切顶留巷提供可行性依据。

突出易自燃煤层切顶卸压复合灾害治理技术研究

针对突出易自燃煤层切顶卸压自成巷工程中面临的煤层瓦斯-火协同治理技术瓶颈,以沙曲二矿3402工作面为研究对象,采用了理论分析、数值模拟及现场工程实践相结合的研究方法,研究了突出易自燃煤层切顶卸压关键技术参数,分析了巷道围岩应力、位移场分布特征,探究了在该地质条件下煤层瓦斯-火的协同防控机理,研究结果表明:巷道切顶角度为15°,切割缝长度为6 m时,卸压后实体煤侧应力集中区应力峰值最小,且顶板岩层位移最小。留巷段喷涂高分子堵漏材料可切断采空区瓦斯越流通道,使其回风流瓦斯浓度稳定在0.36%~0.41%;优化顶板瓦斯抽采钻孔及采空区埋管参数可实现高效抽采;向采空区内喷洒雾化阻化剂后,其内未检测出自然发火标志性气体,形成了复杂地质条件下“以防为主、防灭结合、高度协同”防控思路及堵-抽-注协同治理技术。

综采面沿空留巷采空侧切顶卸压技术应用分析

基于数值模拟方法,通过单因素和双因素耦合数值模拟,分析巷道受力变形特征,拟定最佳切顶参数;工程应用表明,采用切顶卸压技术后,保证了沿空留巷巷道的安全。

坚硬厚层顶板工作面切顶卸压沿空留巷技术研究

为使工作面上覆厚且坚硬的顶板能有序跨落,文章基于屯兰矿12408工作面相关工程条件,通过理论分析、数值模拟等方法,阐述了切顶卸压的基本原理,建立了相关力学模型,计算了切顶预裂的切顶角度与切顶高度,并通过数值模拟验证了切顶参数的合理性,研究结果表明:1.切顶卸压工艺能有效缓解12408工作面坚硬顶板垮落对留巷与充填体的影响;2.12408留巷合理的预裂角度为75°,切顶高度为10 m;3.切顶卸压后顶板在预裂缝处有明显的卸压现象,且顶底板采空区侧的垂直应力明显小于留巷侧的垂直应力,巷道垂直变形量为45~63 mm,整体变形不大,切顶参数选取合理。此研究成果为减缓坚硬顶板跨落对沿空留巷的冲击、减小留巷与充填体的变形量提供了参考。