动静耦合作用下无煤柱切顶留巷顶板成缝与稳定机理

无煤柱切顶留巷开采核心工艺为超前工作面采用预裂爆破技术切断巷道顶板与采空区顶板力学联系。基本顶预裂爆破期间是动静耦合作用的过程,动静耦合作用下既要保证基本顶炮孔连线间形成贯通裂缝,达到切顶效果,同时还要保证巷道基本顶稳定,装药长度与炮孔间距是决定性因素。以安徽祁东煤矿7135工作面为工程背景,基于岩层中应力波衰减公式,分析了基本顶预裂爆破成缝机理,并以此建立基于抗拉强度的成缝判据,确定基本顶成缝时装药长度及炮孔间距的最小量化关系。基于预裂爆破过程基本顶受力特征,建立基本顶动静耦合作用力学模型,获得耦合作用下基本顶应力计算公式,分析了动载作用下基本顶不同时间应力分布规律,揭示了爆破应力波在基本顶内呈拉、压交替变换且巷道基本顶同一位置持续受到拉、压应力脉冲作用的传播规律;分析了静载作用下基本顶拉应力分布与不同侧向应力集中系数关系,揭示极限平衡区应力集中系数仅对巷道基本顶局部拉应力分布有影响(0<x<3.0 m),而对远处的巷道基本顶应力分布无影响(x>3.0 m)的规律;分析了巷道基本顶稳定机理,并以此获得巷道基本顶稳定判据,确定巷道基本顶稳定时装药长度及炮孔间距的最大量化关系。根据编制的VB计算平台,得到祁东煤矿7135工作面回风巷预裂爆破装药长度为4 m,炮孔间距为600 mm。通过对炮孔进行窥视及顶板收敛观测,验证了理论计算模型的合理性。

无煤柱切顶沿空留巷矿压显现规律

对6045无煤柱切顶沿空留巷的矿压显现规律进行了实测分析,并对矿压显现与煤壁片帮之间作用关系进行了研究。结果表明,煤壁片帮受到回采面来压影响较为明显,应在回采面来压期间采取有针对性的措施,降低煤壁发生率及影响程度,降低对回采工作的影响。

无煤柱切顶成巷技术在兴峪煤业深部采煤中的应用

为了解决兴峪煤业深部煤层开采中遇到的巷道成型不稳定技术问题,提出了一种新的无煤柱切顶成巷技术。利用超前预裂实现井下巷道切顶目的,通过锚杆和锚索结合加固的方式进行成型巷道支护,减小巷内支护的受力及巷旁支护的阻力,进而改善围岩的应力环境,最终提高沿空巷道的稳定性。

切顶卸压自动成巷无煤柱开采切缝钻机关键技术

为解决切顶卸压无煤柱开采技术顶板预裂钻孔成孔效率低、钻孔角度调节偏差大、钻孔保直率差等问题,研制了ZDY2-300LM型切缝钻机,研究了切缝钻机的结构布局、车体平台、调角装置、施工钻具、水路系统和液压系统的关键技术和设计要点。进行了空载试验和负载试验,型式试验结果表明钻机各项指标满足设计要求。进行了3个煤矿井下试验,钻孔累计进尺近50000 m,井下试验结果表明:钻机满足切顶卸压无煤柱开采技术顶板预裂钻孔施工要求,并取得了良好的切顶卸压效果,有效解决了顶板预裂钻孔施工缺乏专用、可靠设备难题;且钻机具备施工作业高效、钻孔间距调节范围广、钻孔角度参数调节多,机身窄小及较好的钻孔保直率等显著特点。

双钻臂切缝钻机研制及现场试验研究

研制了ZDY2-300LM型切缝钻机,出厂试验前进行了钻机负载试验,结果表明:钻机扭矩、转速和压力各项指标均满足预裂钻孔施工要求。钻机首次在象山煤矿进行现场试验,累计钻孔26个,最大钻孔深度29 m,最小钻孔深度8 m,有效解决了顶板预裂钻孔缺乏专用、可靠设备的难题。

煤矿井下巷道挡护结构变形控制方法的研究

通过对厚煤层切顶成巷巷道挡护结构变形机理的分析,提出了一种新的恒压温控波式多阻锚杆方案,对传统的工字钢支护方案和优化后的支护方案的实际应用情况进行了验证。根据在某矿井下综采作业面的实际验证效果表明,新的无煤柱切顶成巷控制技术能够保持围岩的协同变形,提高巷道挡护结构的稳定性,使巷道挡护结构的变形降低了约73.1%、损坏率降低了约80%,有效地解决了无煤柱切顶成巷中巷道挡护结构突出的问题,具有极大的应用推广价值。