倾斜煤层沿空留巷巷旁充填体承载特性及合理宽度研究

为研究倾斜煤层沿空留巷巷旁充填体承载特性及合理宽度,以黑龙江新铁煤矿左七工作面沿空留巷为背景,采用理论分析的方法,分析矸石动冲及静压作用,明晰了动冲及静压作用影响因素,运用数值模拟软件,分析充填体宽度效应下沿空留巷围岩应力分布及变形特征,揭示了充填体承载特性并确定充填体的合理宽度,最后进行工程应用。研究表明:矸石对巷旁充填体的动冲作用随矸石的质量、采高及煤层倾角增大而增大,随碰撞时间及滑移长度的增加而减小;矸石对巷旁充填体的静压作用随矸石容重、煤层倾角、采高及工作面长度增大而增大;理论计算出巷旁充填体最小宽度为1.36 m;随充填体宽度增加,充填体承载能力及抵抗变形能力逐渐增加,充填体内部形成偏向采空区的“椭圆形弹性核”,最终确定巷旁充填体宽度为2 m。工程应用表明,采用该巷旁充填体参数,沿空留巷围岩变形量较小,满足日常生产需求。

沿空留巷堆喷工艺巷旁支护体稳定性分析

为研究堆喷工艺对沿空留巷的适应性,基于11212-2工作面沿空留巷的工程实际,运用数值模拟、物理试验、理论分析的方法,对堆喷工艺巷旁支护体进行了研究。结果表明:切顶条件下,支护体顶板围岩破断特征呈倒梯形,力学模型计算得到的支护体支护阻力为4.16 MPa;数值模拟说明切顶条件下,顶板围岩垮落充分,支护体上部围岩破断边缘类似倒梯形,验证了前面分析的合理性;堆喷工艺混凝土材料具有早强性,1 d强度达到12 MPa,增阻速度快,28 d达到40.6 MPa,最终强度高并且没有强度损失;前期支护体容易发生横向变形,内置钢筋网片结构后,计算减少78%横向变形;后期支护体存在拉压应力区和剪应力区,容易发生破坏,设计内置对拉钢筋,底部施加锚杆。

巷旁充填留巷顶板结构分析与围岩控制技术

为研究沿空留巷顶板结构特征及其支护技术,基于弹性力学薄板理论,建立了沿空留巷顶板悬板结构模型,推演了两种边界条件下悬板主应力表达式,构建了应力比例系数作为薄板破坏判据,研发了沿空留巷巷内顶板斜拉锚索加强支护、巷旁超高水材料复合支护技术。研究结果表明:锚网索支护沿空留巷过程中实施超前预裂切顶,顶板可形成悬板结构,该结构随上覆顶板运动可形成一对边简支一对边自由和一对边固支简支一对边自由两种悬板形式;在矿山压力作用下两种悬板破坏部位不同,可以此作为布置顶板斜拉锚索的依据;顶板斜拉锚索对悬板起悬吊和水平挤压作用。现场试验结果证明了理论分析的可靠性。

沿空留巷巷旁复合充填体分层材料优选研究

沿空留巷巷旁充填体分为让压层和抗压层,让压层材料应具有大变形的特性,减缓基本顶岩梁的剧烈活动;抗压层材料应具有强度高、刚性大等特点,柔性让压之后实现对上覆岩梁的有效控制。因此对让压层和抗压层材料的不同配比进行力学特性分析,并通过电镜扫描(SEM)对让压层和抗压层的对照组和优化组进行微观结构分析,最后对让压层和抗压层的最优配比进行组合试验。研究结果表明:让压层材料的最优配比为水灰质量比1.5∶1,发泡剂掺量0.06%,纤维掺量0.2%;优化组28 d时抗压强度达到了8.84 MPa;不同期龄下的应变力,优化组为对照组的1.8~2.6倍。抗压层材料配比中细矸率为40%,料浆质量分数78%,水泥掺量为20%时为最优,其平均抗压强度为13.21 MPa,抗拉强度为0.97 MPa,弹性模量为0.75 GPa,内摩擦角为26°,黏聚力为2.85 MPa;该配比下的充填体随着水泥掺量的增加后期强度逐渐增大。组合试件中让压层占比10%~20%时,具有较好的让压能力,也具有一定的关键承载能力。研究结果为沿空留巷巷旁充填体材料配比提供了参考。

深井切顶卸压与巷旁充填沿空留巷围岩稳定性研究

针对三元中能煤业深部沿空巷道围岩控制问题,以该矿2303工作面为工程背景,采用FLAC3D数值模拟方法对深井切顶卸压与巷旁充填沿空留巷围岩稳定性及控制技术进行了系统的研究。针对切顶卸压与巷旁充填沿空留巷围岩结构的非均称特征,提出了该类沿空留巷的非均称支护方案。通过对支护优化后沿空留巷塑性区、位移的变化监测结果分析,证明采取的支护方案在深井沿空留巷稳定性控制上效果显著。

窄煤柱工作面巷旁充填沿空留巷控制技术及应用

主要研究了窄煤柱工作面巷旁充填沿空留巷控制技术及应用。为了探讨煤柱的合理宽度,提出了最小煤柱宽度和最大煤柱宽度的计算方法,分析了充填沿空留巷支护方案的设计,以及如何应对窄煤柱工作面的安全问题。对于窄煤柱工作面,煤柱宽度不宜过大或过小,需要在安全和经济的基础上确定合理的范围,有效避免因煤柱宽度不合理而导致的安全事故,从而为窄煤柱工作面的安全生产提供一定的理论和实践参考。

榆树田煤矿巷旁充填沿空留巷支护方式及参数选择

榆树田煤矿110403工作面运输巷采用超高水填充材料进行巷旁充填沿空留巷支护,根据生产条件和巷道支护状况,确定了巷旁充填体的布设及尺寸,提出充填体和留巷巷道加强支护的方法措施,选择了支护参数。通过数值模拟,预计了围岩变形量,可为该运输巷进行巷旁充填沿空留巷提供技术支持。

18405工作面巷旁充填沿空留巷技术分析

屯兰矿拟定在18405工作面运输顺槽应用高水材料巷旁充填沿空留巷技术。通过理论分析、数值模拟、工程经验等手段对巷旁充填、补强支护、切顶卸压等工艺技术进行分析与探讨。经理论计算,得到所需的充填体宽度值为1.96 m,拟定了运输顺槽沿空留巷各项补强支护参数以及坚硬顶板切顶卸压的各项参数,现场应用取得了良好效果,提高了资源回收率。

铝基高固水巷旁充填沿空留巷技术研究与应用

文章通过研究铝基高固水巷旁充填沿空留巷技术,在增加巷旁支护强度的同时解决沿空留巷密闭性差的问题。研究结果表明:铝基高固水充填材料抗压强度高,且柔模墙具有残余承载能力,其性能优于传统充填材料。在合理确定充填体材料参数和施工工艺的基础上开展了现场工业性试验,留巷阶段巷道变形控制良好,能满足下个工作面作为回风巷的使用要求。

沿空留巷高水材料巷旁充填技术应用实践

针对糯东煤矿12000工作面上巷采用普通混凝土沿空留巷技术,存在施工工序复杂、墙体凝固时间长及巷道易变形等缺点,为解决这一技术弊端,结合糯东煤矿12000-1工作面的地质资料,在12000-1工作面回风巷引进柔模袋高水材料巷旁充填墙体技术。

深部沿空巷道巷旁支护失稳机制与降能控制方法

侧向基本顶断裂下沉引起的巷旁支护体能量积聚及其突发释放是导致深部沿空巷道围岩失稳破坏的根源之一。以山东泰安孙村煤矿千米埋深工作面开采为工程背景,利用UDEC离散元数值模拟软件获得了实际工程条件下沿空巷道围岩能量演化规律,以及巷旁支护体宽度、侧向基本顶厚度和断裂长度等因素对沿空巷道围岩能量演化规律影响特征。在此基础上,基于顶板横向断裂边缘的弧形三角板结构,建立了沿空巷道侧向顶板结构力学模型,分析了不同采动阶段巷旁支护体的力学状态,揭示了侧向基本顶断裂下沉引起支护体动力失稳机理,获得了支护体发生动力失稳的能量判据N,并以此为指标提出了“降低外部冲击能量+改变内部承载性能”的巷旁支护体稳定性降能控制方法。当N≥1时,支护体内积聚的弹性变形能与侧向基本顶断裂所带来的新增变形能之和大于支护体完全破碎需要消耗的能量,支护体内部弹性能积聚较大,自承载能力发挥不足,支护体将发生动力失稳;反之,当N<1时,支护体不会发生动力失稳现象。现场实践表明,所建立的动力失稳能量判据与实际结果相吻合,采用降能控制方法后,沿空巷道顶底板移近量、两帮移近量最大值分别114和123 mm,锚索受力相对值最终稳定为50 kN左右,巷旁充填体冲击破坏现象基本消除,稳定性明显提高,控制效果显著。

巷旁切顶对采场下位岩层垮落特征的影响机制

巷旁切顶打断了巷道与采场下位顶板的连续性,促进了采场顶板垮落形成碎石帮,深入研究切顶对采场下位岩层垮落特征的影响机制具有重要意义。对采场支架载荷进行了分析,并对上覆岩层建立了力学建模,明确了上覆岩层运动与典型位置采场支架载荷特征的关系。在此基础上,针对6个巷旁切顶的工作面,给出了典型位置支架的载荷数据,从而分析得到巷旁切顶对采场下位岩层垮落特征的影响机制。同时,建立了数值模型,分析了不同的切顶起始位置和下位顶板强度对下位岩层垮落特征的影响。结果表明,121工法的“垮落线”具有对称的弧形边界,110工法的“垮落线”在切顶侧向工作面充分移动,N00工法介于上述两者之间。此外,不同切顶起始位置和顶板强度条件下,切顶的作用效果存在差异。研究结果有利于进一步深化巷旁切顶对采场下位岩层垮落特征影响的认识。

切顶沿空留巷巷旁“刚-柔”联合支护技术研究

针对切顶沿空留巷巷旁支护体破坏严重、留巷侧变形量大的难题,建立了切顶留巷围岩结构模型,理论分析了顶板岩层运移特征和巷旁支护体的受力过程,结合工程实际,提出巷旁刚-柔联合支护技术和工艺流程,得出如下结论:基于切顶留巷技术原理,顶板岩层运移过程可划分为快速垮落阶段、弯曲下沉阶段和压实稳定阶段;在不同运移阶段,巷旁支护体分别经历动态冲击、纵向受压、侧向受挤的受力过程;根据顶板运移规律及支护体受力特征分析,要求巷旁支护体要同时具有瞬时抗冲击、纵向可缩、侧向抗压的能力;通过在回采工作面液压支架上铺设钢丝绳+金属网,架后打设“可缩性U型钢+钢筋网”形成刚-柔联合支护体,可有效减小巷旁支护体的变形和破坏。

综放工作面沿空留巷巷旁充填工艺与矿压监测研究

为解决综放工作面煤柱留设宽度大、上隅角瓦斯超限问题,以野川煤矿3205工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟、现场试验相结合的方法,研究了沿空留巷巷旁充填工艺,建立了沿空巷道矿压监测方案,分析了巷道围岩变形特征与巷旁充填体强度。研究结果表明:充填体参数的最优选择为充填体宽度1.5 m,充填体强度为25 MPa。为了验证沿空留巷运行效果,对留巷段变形量与充填体强度进行监测,设计了相关的测站布置与监测方法,得出了沿空巷道总高最大变形量为0.5 m,总宽最大变形量为0.6 m,巷道运行效果较好,可以满足矿井的应用要求。该研究内容为具备类似采矿地质条件及工程难题的矿井提供了技术借鉴。

窄高水材料巷旁充填沿空留巷围岩偏应力演化及控制

为了解决高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩破坏严重及难以控制的问题,以登茂通公司2202综采工作面1.4m窄高水材料巷旁充填沿空留巷为工程背景,基于实验室实验测试了水灰比为1.6∶1高水材料的强度特征,通过数值模拟及现场工程试验研究了高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩偏应力分布规律及其失稳破坏机制。结果表明:①随着超前工作面距离的不断增加,偏应力峰值带位置逐渐发生偏转,偏应力峰值大小逐渐减小,越靠近工作面采动影响越剧烈;②超前工作面40m范围内的巷道围岩偏应力峰值带主要集中在巷道右上肩角与左下肩角,超前工作面距离大于50m时的围岩偏应力峰值带主要集中在巷道顶底板围岩深部处,且近似呈对称状分布;③工作面回采且留巷完成后,留巷围岩偏应力峰值主要集中于实体煤帮与实体煤侧顶板处,支护时需保证锚索杆体穿过实体煤帮及顶板围岩偏应力峰值带位置。基于此提出高水材料窄巷旁充填沿空留巷围岩采用“顶板全锚索支护+巷内三排单体支柱+实体煤侧补强锚索加固+巷旁高水材料充填墙”对拉预紧锚杆并辅以单体柱护墙+采空区侧单体柱撑顶并辅以锚杆加固顶板的分区域非对称综合控制技术,通过现场工程实践证明了留巷围岩控制技术的合理性,保障了高水材料窄巷旁充填沿空留巷的稳定性。

沿空留巷巷旁支护设计及实施

为解决煤矿综采工作面回采率低、煤炭资源浪费的问题,采用沿空留巷技术的无煤柱开采尤为重要。在对煤矿综采工作面沿空留巷顶底板地质条件分析的基础上,提出了针对沿空留巷巷旁支护的总体思路,并完成了针对巷旁支护的方案设计和灌浆、喷浆实施方案。最后,从经济效益角度说明了沿空留巷支护后的效果。

沿空留巷巷旁支护充填加固技术数值模拟研究

采用数值模拟方法,研究了霍尔辛赫矿3501工作面沿空留巷巷旁充填及加固技术条件不同时,对巷道受力变形的影响规律,得到充填体宽度为2 m,水灰比1.5∶1,将充填体布置于巷道内0.4 m为充填体支护最佳方案,采用对拉锚杆直径为22 mm、间排距为800 mm×800 mm的加固方案。

综采工作面运输顺槽巷旁充填留巷技术研究

针对城郊煤矿21108工作面运输顺槽作为留巷巷旁填充问题,采用数值模拟研究分析了不同填充宽度围岩稳定性,确定填充措施,对实施效果进行了考察,得到以下结论:21108工作面运输顺槽作为留巷,采面回采完后作为21110工作面回风顺槽,留巷采空区一侧填充宽度不得小于5m,选用新型复合填充料最大抗压强度8.2MPa,实施完填充技术后进行,21110工作面回采期间留巷未出现大的变形和破碎现象,满足回风要求。

南阳煤业3205工作面巷旁充填沿空留巷控制技术及应用

南阳煤业3205工作面沿空留巷期间巷道围岩变形严重,对沿空留巷围岩变形破坏情况进行了分析,提出了“巷内锚网索+巷旁充填柔模混凝土墙+单体柱”联合支护方案,并进行了工程应用。现场观测结果表明:留巷围岩顶底板及两帮变形量最大分别为302 mm和321 mm,分别为原变形量的29.5%和34.5%,支护效果良好。

薄煤层分层转合层开采沿空留巷巷旁支护

针对小河嘴煤矿-1216(K21)机巷采空区侧稳定性控制难度大的问题,综合采用理论分析、数值模拟及现场实测手段,对沿空巷道采空区侧巷旁支护体的应力、位移进行详细研究.研究结果表明:巷旁支护阻力是以基本顶长度、厚度以及上覆岩层载荷为变量的函数,减小基本顶悬臂梁长度可以有效改善巷旁支护体的应力环境;巷旁支护体宽度对巷道稳定性影响较大,宽度越大,巷道水平位移越小,宽度达到一定值后,随着宽度增加,位移减小程度不明显;自制的“预制混凝土砌块墙+金属网+槽钢”构筑物成功应用于现场,结合现场实测数据,留巷效果良好.研究成果可为类似巷道稳定性控制提供参考.