煤矿切顶卸压沿空留巷技术研究

根据何满潮院士提出的“切顶短臂梁”理论,在矿山中采用高预应力恒阻锚索加强支护预留巷道顶板,采用定向爆破切缝技术对预留巷道顶板进行超前预爆破,使预留巷道顶板沿预定方向产生切缝,上覆岩层在采空区压力作用下沿预裂切缝垮落,利用垮落矸石充填采空区,支撑上方顶板,将对抗矿山压力转变为利用矿山压力。如果我国采用切顶卸压沿空留巷技术,实现无煤柱开采,可提升煤炭资源可持续开发利用水平。

切顶卸压自成巷开采工作面通风安全可靠性分析

为了研究柠条塔煤矿采用切顶卸压自成巷开采的工作面"一通三防"安全性,在分析切顶卸压自成巷核心理论、关键技术、核心材料、核心工艺、核心装备和巷道部署及通风特点基础上,结合试验工作面S1201-Ⅱ基本条件,分析了工作面通风系统、瓦斯、自然发火和粉尘的特征及威胁。分析结果表明:切顶卸压自成巷技术消除了煤柱引起的"松散三角空区",减少了采空区漏风通道,采用的"Z"型通风系统结构简单,能够降低上隅角灾害气体浓度;工作面及留巷内不存在瓦斯浓度超限威胁;切顶卸压自成巷技术消除了工作面之间煤柱,减少了采空区自然发火物质基础;采用切顶卸压自成巷技术开采的工作面产生粉尘地点和产尘量与传统长壁工作面开采工艺一致,不增加粉尘危害性。

切顶卸压无煤柱自成巷顶板变形机制及控制对策研究

为了探究切顶卸压无煤柱自成巷开采技术下短臂梁顶板的变形机制和影响因素,分析了该技术条件下的顶板结构及运动过程,建立了短臂梁顶板的力学模型,运用功能原理推导了短臂梁顶板在前期、中期和后期3个阶段的变形量计算公式,讨论了短臂梁顶板在各变形阶段的影响因素及其敏感性,并针对各变形阶段的主控因素提出了相应的控制思路。结果表明:短臂梁顶板在前期阶段的变形量较小,此阶段基本顶弹性模量、巷内及切顶支护强度、切顶高度对其影响比较显著;在中期阶段的变形量较大,碎胀系数、短臂梁弹性模量、留巷宽度对其影响比较显著;后期阶段顶板处于相对稳定状态,变形量基本不再变化。为此针对柠条塔矿S12012工作面提出了"巷内及时高强支护+切顶方案优化"的阶段性主控因素控制对策,现场应用效果良好。

无煤柱自成巷短臂梁顶板补偿支护力设计方法及其影响因素分析

为实现无煤柱自成巷开采条件下短臂梁顶板结构安全稳定,研究短臂梁顶板结构平衡机制及其动态演化机制,明确锚索的补偿支护作用机制,利用Hoek-Brown强度准则和塑性力学中的上限分析方法分析锚索支护作用下短臂梁顶板围岩的冒落破坏机制,推导短臂梁顶板在摩擦垮落、动压影响、成巷稳定3个阶段的锚索补偿支护力计算公式,形成无煤柱自成巷短臂梁顶板补偿支护力设计方法。在此基础上,建立敏感性分析指标,分析不同参数对锚索补偿支护力的影响程度。研究表明:围岩应力、切缝参数、巷道宽度是锚索补偿支护力的主控因素,其中围岩应力为最敏感指标,据此提出短臂梁顶板稳定性控制相关工程建议。研究成果在新泰煤矿N00工法5101工作面运输巷进行了应用,现场应用效果良好。

切顶卸压沿空留巷围岩结构控制及其工程应用

针对传统沿空留巷施工工艺繁琐、留巷成本高的问题,提出了切顶卸压沿空留巷新技术.在沿空留巷覆岩运动规律的基础上,研究了采空侧顶板预裂卸压机制,建立了不同顶板位态下"围岩结构-巷旁支护体"力学模型,分别推导得出了巷旁支护阻力的计算方法.结果表明:通过顶板预裂爆破,采空侧低位基本顶间接转化为直接顶冒落,切落后碎胀的矸石对上位岩层起到了较好的支撑作用,限制了其旋转变形,并降低了顶板断裂冲击载荷;将顶板断裂线转移至采空区侧,顶板在侧向形成了切顶短臂梁结构,减小了侧向悬臂长度,降低了巷旁支护体承受的附加载荷.在此基础上,提出了聚能预裂爆破、恒阻大变形锚索及巷旁密集单体支柱等围岩控制技术,并在哈拉沟煤矿12201工作面得到了成功应用.

采矿未来——智能化5G N00矿井建设思考

目前,国内外普遍采用的传统采煤方法为源自英国的长壁开采121工法体系(开采1个工作面,需要提前掘进2条巷道,留设1个煤柱),该采煤方法存在采掘分离、巷道掘进量大以及易造成工作面采掘失衡等问题;在掘进过程中,采用高强支护对抗矿山压力,易造成冒顶、冲击地压等灾害事故;在开采过程中,留设煤柱不仅浪费宝贵的煤炭资源,而且易造成地表不均匀沉降和生态环境损伤。为了解决上述问题,笔者提出了“切顶短臂梁”理论,利用矿山压力做功与垮落矸石碎胀特性,取消巷道掘进与煤柱留设。研发了配套核心技术与采留一体化装备,形成了无煤柱自成巷N00工法开采体系(开采N个工作面,0巷道掘进,0煤柱留设)。N00工法发展包括5个阶段(1G N00工法~5G N00矿井),利用采留一体化关键技术工艺体系和智能化装备系统,逐步实现“单侧自动成巷,取消采区回采巷道掘进→双侧自动成巷,取消采区准备巷道掘进→简化井底车场,取消大巷掘进→取消矿井通风,将瓦斯灾害变为天然气资源→融合双5G通讯技术,创建远程无人化智慧采矿模式”。同时,笔者还介绍了无煤柱自成巷1G N00工法在陕煤集团陕北矿业柠条塔煤矿的成功应用。

高瓦斯易自燃煤层实施“110工法”难点与解决方案分析

“110工法”是将中国科学院院士何满潮创立的“切顶短臂梁”理论应用在煤矿开采上,指回采1个工作面,只需掘进1条顺槽,保留0个煤柱,实现工作面间无煤柱开采。已在陕西、四川、黑龙江、山西、河南等省的500多家煤矿推广应用,有效解决了煤炭工业长期面临的“安全、资源回收和开采成本”三个突出问题。据不完全统计,现“110工法”暂无在高瓦斯和易自燃双灾害并存条件下实施的先例。

大隆矿多煤层组南一1401采煤工作面“110工法”防火技术

大隆矿南一1401采煤工作面实施“110工法”,为二水平南一采区14煤层第一个回采工作面,其上覆12、13煤层均已回采完毕,且12、13煤层存有多处煤柱,增加了自然发火防治的难度;回采期间对沿空留巷措施管、工作面、回风隅角、回风流、抽采管路等地点取样化验分析,合理利用充填、注氮、喷涂等防火措施,防止采空区自然发火,确保工作面安全回采。

邯矿集团沿空留巷技术开展及应用

沿空留巷技术是煤矿生产技术的一次重大飞跃,可大幅度提高煤炭资源回收率、降低回采巷道掘进率,技术优势明显,经济效益显著,邯矿集团自上世纪90 年代开展沿空留巷技术应用以来,根据不同留巷需求,引进及改进多种留巷方式,取得了较好的应用效果。