大采高回撤通道“高+低位”断顶爆破实践

大采高冲击地压工作面末采期间面临的冲击地压风险极高,为了解决此类工作面的冲击地压防治难题,针对纳林河二号矿大采高工作面末采阶段顶板的处置问题,从覆岩冲击层位应力阻断和正面保护回撤通道的角度出发进行爆破方案的设计、对比及优化,初步证实“高+低位”具有2个方面明显的技术优势。一是爆破对覆岩的致裂破碎方面,串联一次起爆增强了爆破致裂的效果和对爆破区域块体的破碎作用,与此同时该区域的应力变化梯度Δσ显著降低,更好的起到阻断高应力传递的作用;二是爆破覆盖的尺度方面,实现全层位的应力阻断,避免了卸压盲区。在此基础上,末采阶段工作面压力峰值分布范围、集中程度明显减小,同时末采阶段液压支架阻力正态分布中均值、标准差均减小,且10%~37%应力计不同程度出现卸荷状态,证实“高+低位”爆破对末采阶段、回撤通道及孤立煤体形成了正面保护作用。

坚硬砂岩顶板深孔断顶爆破卸压技术研究

93上24工作面上方赋存坚硬巨厚砂岩组,为防止冲击地压对矿井安全生产造成影响,保障作业人员的生命安全。本文结合93上24工作面地质条件,设计对工作面进行5次面内断顶爆破。通过断顶爆破后的微震监测表明,深孔爆破断顶对弱化上覆坚硬砂岩顶板强度具有较好的效果,对减小工作面回采期间震动事件的能量等级具有一定的积极作用。

上覆硬厚岩层破断运动及断顶控制

硬厚覆岩的破断与结构将发生显著的变化。针对汝箕沟煤矿二2煤层上覆厚层石英砂岩条件,采用现场实测、数值模拟、理论分析及现场试验等方法,研究了硬厚覆岩裂隙发育特征、破断运动、矿压显现特征及断顶控制技术,为硬厚覆岩工作面灾害防治提供了依据。研究表明,硬厚石英砂岩的微观结构致密完整,呈现大面积悬空、大步距破断运动,引起强烈的支架动载,甚至导致工作面风流逆转、沟通上部采空区隐形火区;硬厚岩层破断运移后产生明显的离层空间,并在开切眼上部和工作面上部及采空区中部形成覆岩主裂隙带,且发育高度大于经验计算数值,甚至与上方采空区沟通诱发灾害;实施开切眼深孔断顶爆破及降低工作面采高,有效缩短了硬厚岩层的初次破断步距,降低了支架动载及主裂隙带高度。

断顶爆破防治冲击矿压技术体系及效果评价研究

断顶爆破在坚硬顶板条件下的冲击矿压灾害防治中应用广泛。基于动静载叠加原理,理论分析了断顶爆破防治冲击矿压的作用机制,在对冲击危险预评估和冲击危险动态演化特点分析的基础上,揭示了冲击危险具有分时、分区和分级的"三分"特征,建立了分时、分区、分级断顶爆破防治冲击矿压技术体系,应用于坚硬顶板型冲击矿压防治工程实践,并通过采取理论计算、钻屑监测和微震监测手段进行断顶爆破效果评价。结果表明:爆破后形成的裂隙区贯通为连续的弱面是控制冲击矿压最重要的区域,断顶爆破能够减弱由于顶板瞬间破断或垮落释放的动载强度,降低上覆悬顶施加在煤体内的静载强度并促使煤体峰值应力向工作面前方转移,达到降低冲击矿压危险的目的;依据揭示的冲击危险分时、分区、分级的"三分"特征,建立了"开切眼倾向断顶爆破、临空煤柱侧走向断顶爆破、工作面内超前预裂爆破和及时解危断顶爆破"的分时分区分级断顶爆破防治冲击矿压技术体系,相应进行了断顶效果评价,其中开切眼倾向断顶爆破后工作面初次来压和周期来压阶段顶板聚集的能量分别降低72%和76%;临空煤柱侧断顶爆破后煤柱内钻屑值下降0.55 kg/m;工作面内预裂爆破区域在回采期间出现微震总能量、单日最大能量均明显降低,微震频次显著增加的整体规律,验证了分时分区分级断顶爆破技术体系对防治冲击矿压的有效性。

倾斜煤层断顶卸压模型试验研究

为研究倾斜煤层断顶卸压位置对煤岩体稳定性的影响,以双鸭山某矿的回采工作面为试验原型,开展地质力学模型试验。采用相似材料和模型架,模拟工作面回采区域的地质构造及煤层赋存的应力状态,通过数字图像相关方法(DICM)实时测试模型断顶前后煤柱、煤体和顶板区域的变形场。结果表明:在巷道紧邻煤柱上部实施断顶,巷道及煤柱内侧出现明显变形集中区域,上覆岩体下沉,煤柱内侧受拉伸;在相邻采空区紧邻煤柱实施断顶,粗砂岩和细砂岩沿岩层界面发生界面滑动,但位移量较小;在煤柱外边缘以里3 m处实施断顶,采空区一侧煤体受上覆顶板压力作用发生塑性变形,煤柱体外侧塑性区产生水平位移,顶板下沉对巷道变形影响较小。煤柱外边缘以里3 m是最合理的断顶卸压位置。

临空巷道煤柱高压水力“割-压”断顶卸压技术研究

为解决晋华宫煤矿12-2#煤层402盘区8214工作面临空巷道煤柱严重片帮问题,本文提出高压水力“割-压”断顶卸压技术,分析了临空巷道煤柱断顶卸压理论依据和技术优势,根据现场地质以及生产情况设计了施工方案,并在8214工作面2214巷进行现场实践和效果检验。结果表明:对于8214工作面顶板来说,最低割缝压力应大于50 MPa,缝槽最小起裂水压力为10.8 MPa,最小失稳水压力为11.5 MPa。高压水力“割-压”破裂断顶卸压技术可以使煤柱应力环境得到改善,临空巷道应力水平整体降低,锚杆(索)受力大幅度降低,煤柱侧片帮现象得到控制。

放逸短沟蜷断顶现象成因初探

在安徽省黟县洪星乡河流中的放逸短沟蜷断顶现象严重。本文对此断顶现象提出了河流流速和流段两个假说。通过比较在不同流速和流段的样方中取得之样本的螺体长和螺口宽的比值,证明放逸短沟蜷的断顶现象自上游至下游而愈发严重,而流速对其影响却很小。表明流段是影响放逸短沟蜷断顶的关键因素,而流速对于放逸短沟蜷断顶没有显著影响。

大倾角薄煤层坚硬顶板中深孔断顶卸压爆破技术研究

针对东风煤矿采场大倾角薄煤层坚硬顶板的特点,采取"中深孔结合、两面断顶、卸压爆破"技术,通过合理的中深孔爆破参数设计、爆破方案实施,解决了采煤工作面顶板大面积来压和煤壁大面积片帮的难题,实现了工作面的安全高效回采,为大倾角薄煤层坚硬顶板断顶卸压积累了经验。

回撤通道防冲断顶爆破设计方案优化及应用

针对纳林河二号矿井回撤通道防冲断顶爆破设计方案存在的问题,从应力阻断和正面保护回撤通道的角度出发,对断顶爆破设计方案进行设计、优化,并分析、验证“高+低位”爆破具有两个方面明显的技术优势;爆破致裂破碎方面,“高+低位”串联一次起爆,震动应力波叠加,增强了爆破区域的致裂、块体破碎作用,爆破影响区域炮孔应力变化梯度降低37.5%~40%,增强了阻断高应力传递的功能,避免采动应力与煤柱集中应力冲击灾害力源的叠加问题;爆破尺度方面,消除了影响工作面冲击显现的近距离岩层(10倍采高)范围内的应力传递路径,避免了卸压盲区,实现全层位的阻断,对主回撤通道形成正面保护作用。

官地矿22611工作面停采线深孔爆破断顶卸压技术研究及应用

在工作面末采阶段,由于采动影响而产生的超前支承压力会对采区巷道造成变形破坏。因此,采取必要的手段在工作面末采收尾后进行断顶卸压,不但能对工作面两端平巷起到保护作用、降低维修成本,而且可以缩小末采阶段留设的采区保护煤柱尺寸,多回收煤炭资源。在官地矿22611工作面末采收尾后停采线处,应用深孔爆破技术对顶板进行切断,实现卸压并降低采动应力对采区巷道的影响,避免采区巷道产生大变形。

基于切顶卸压技术的强矿压巷道断顶降压研究

以8204-2工作面为研究背景,采用切顶卸压技术,介绍了一般顶板断裂方式,并从地质构造、煤层厚度变化和留底煤厚度等几个方面分析了强矿压巷道存在的危险因素,并通过现场实践,应用切顶卸压技术对巷道断顶降压进行研究。研究表明,切顶卸压技术改善了采区强矿压巷道所处的应力环境,同时也能较好地解决受强动压影响的采区巷道大变形问题,减小了采区护巷煤柱留设尺寸,提高了煤炭回采率。

断顶卸压留巷无煤柱开采技术在屯兰煤矿的应用

以屯兰煤矿1204综采工作面为例,为确保该矿安全开采,分别从断顶卸压、切缝成巷及补强支护等方面对断顶卸压沿空留巷技术进行了研究,即采用深孔合理爆破方式破断顶板深部岩层降低应力集中,改善留巷的围岩应力环境;采用浅孔爆破工艺对直接顶为主的顶板进行合理切缝,使留巷顶板相对完整;采用补强锚索增强切顶过程和周期来压期间巷道稳定性,保证巷道上方的倒台阶岩层结构相对稳定;采用单体支柱补强措施平衡工作面超前支承压力,后方巷道采用挡矸支护方式,实现沿空留巷和Y型通风。实践表明,上述措施取得了一定的成效,可供类似矿山参考。

正利煤矿断顶卸压护巷技术研究

由于工作面超前支承压力的影响,正利煤业采区上山出现不同程度的围岩变形。为了平衡停采线位置和采区上山受力的矛盾关系,本文基于正利煤业14102工作面顶板覆岩结构及力学参数,采用理论分析、数值模拟等方法研究停采线断顶卸压护巷的机理,并提出采用深孔爆破技术进行断顶卸压的现场施工技术。研究结果表明,断顶卸压能有效阻断超前支承压力的传递路径,显著降低工作面停采线前方支承压力,从而提高超前支承压力影响区域内采区上山巷道的稳定性。

基于RS2软件深部矿井爆破断顶预卸压设计优化研究

本文结合已知的地层参数,利用RS2软件建立地质力学数字模型,分析了不同爆破断顶预卸压钻孔长度及倾角对煤岩体垂直应力场再分布的影响。结果表明:当钻孔长度是峰值应力区与工作面垂直距离的2倍时,爆破卸压断顶效果最好,此外,当爆破钻孔倾角为0°时,爆破将对煤层产生良好的卸压效果。RS2软件数值模拟可以为深部矿井爆破断顶预卸压参数设计提供一定理论依据,为类似的爆破卸压断顶设计提供了一定的参考价值。

采煤工作面见方时断顶施工设计优化

该文从工作面见方时,应力集中程度高,矿压显现明显入手,分析了工作面见方时采用的断顶技术。在采煤工作面见方时采用的断顶设计优化上,通过爆破断顶技术使受支承压力产生的悬顶垮落,确保了顶板安全。对类似条件下的工作面见方时断顶爆破施工有借鉴作用。

钻孔断顶沿空留巷技术研究

为缓解跳采引起的矿井采掘接替紧张问题,对工作面的煤岩体进行力学参数试验。煤层的直接顶厚度大、强度小,钻孔断顶沿空留巷中,在原有支护基础上调整锚索布置方式,采用3排矩形布置方法,并在巷道煤壁侧搭设柱腿。根据数值模拟结果及现场观测可知:巷道顶板的平均下沉量90 mm,采用锚索网和巷旁支护措施可以对围岩变形问题加以控制,满足留巷的施工要求。

综放工作面深孔断顶卸压技术应用与成本效益分析

本文通过对建新煤矿4206“孤岛”工作面采用深孔断顶卸压技术应用产生效益进行分析,为今后煤炭资源有效回收,矿井安全、高效、高质量发展提供合理依据。

强采动巷道断顶卸压稳定性控制机理及应用

为解决强采动条件下巷道大变形难题,以新上海一号矿1806N工作面辅运顺槽为工程背景,采用实地勘探、理论分析、数值模拟的方法分析强采动巷道变形破坏原因及围岩大变形机理,提出相应的控制对策进行现场工业性试验。研究发现:1806N工作面辅运顺槽大变形主要影响因素为岩石强度低、节理裂隙发育、完整性差、顶板富水严重、围岩遇水泥化,强采动高集中应力。基于围岩大变形断顶控制机理,形成辅运顺槽深部爆破定向预裂断顶结合补强加固的设计方案。借助数值模拟对断顶及未断顶巷道应力变化规律进行对比分析,断顶巷道端头最大垂直应力14.6 MPa,断顶后巷道端头最大垂直应力12.5 MPa,断顶后端头处垂直应力减小14%,断顶具有一定切断应力传递及减小巷道收缩的效果。开展现场工业性试验,断顶后端头顶底板位移减小37%,两帮变形减小19%,底臌发育长度减小92%,结果表明断顶可有效减少端头巷道变形以及超前底臌发育长度和高度,可为相似工程地质条件巷道建设提供参考。

倾斜工作面面向断层开采煤柱失稳机制及稳定性控制

以某矿面向断层开采的5302工作面为工程背景,模拟了工作面回采过程中断层及断层周围煤岩体垂直应力、塑性区及断层滑移演化规律,提出了断层煤柱的合理尺寸,并制定了卸压方案。研究结果表明:工作面回采期间断层及断层周围煤岩体受构造应力与采动应力叠加作用下应力高度集中,容易诱发冲击地压;微震、应力在线监测结果对比分析表明,制定的爆破断顶、钻孔卸压技术方案能够有效降低应力集中程度,避免工作面面向断层开采时诱发冲击危险。

厚层软岩断顶充填沿空留巷关键参数研究

针对厚层软岩顶板沿空留巷的技术难题,提出厚层软岩顶板断顶充填沿空留巷技术,创建"断顶卸压+巷旁垮落充填"沿空留巷围岩协调控制方法,构建厚层软岩断顶充填沿空留巷数值模型,研究断顶角度和预制裂缝间距对实体煤壁支承应力、巷旁垮落充填体稳定性对覆岩变形规律的影响。研究结果表明:断顶角度为5°时,减小了充填体上方岩层回转变形的空间,减小了剪切破坏区,缓解了采空侧顶板下沉剧烈程度;预制裂缝间隔为1 m时,在工作面后方,顶板岩层预制裂缝能及时扩展贯通,在巷旁形成垮落充填结构,采空侧垮落岩体抑制上覆岩层的弯曲下沉,减弱应力集中,压力变化幅度较小。研究成果在常兴煤业取得成功应用,监测结果显示在工作面后方70~80 m处,围岩变形趋于稳定,顶板没有明显离层、错位现象,巷旁垮落充填体结构稳定。