深部极松软围岩沿空巷道稳定性控制及应用

针对深部高应力作用下极松软围岩变形量大、破碎程度高、巷道难支护等问题,以丁集煤矿1232(3)沿空巷道为工程背景,采用数值模拟、现场监测和井下试验相结合的方法,对深部高应力极松软围岩沿空巷道破坏特征及阶段性控制原理和技术进行研究。结果表明:随着距巷道迎头距离的不断增大,巷道两帮应力的不对称性逐渐增大,实体煤侧应力峰值为37.18 MPa大于煤柱侧35.21 MPa,1242(3)终采线50 m范围内存在应力集中,最大达33 MPa,巷道围岩塑性区发育程度为煤柱帮大于实体煤帮大于顶底板;从巷道掘进过程中所经历的复杂围岩变化过程,将全巷道划分为5种典型的围岩变化阶段来分析围岩变形破坏特征和破坏机理,揭示了在高应力作用下深部软岩沿空巷道围岩变形量大,在空间上呈现出明显的区域性和非对称性的特征;基于巷道初步设计方案和围岩变形破坏特征,及时有效的调整支护方案,对巷道进行分段式、非对称、区域化综合治理,形成深部软岩巷道围岩控制长效机制,为同类型深部软岩巷道地压治理提供了理论和技术支撑。

极松软厚煤层超高巷道顶部高泡材料充填体强度确定

极松软厚煤层超高巷道采用顶部充填方式控制围岩稳定已取得了显著的技术效果,已有实践表明,顶部充填体强度对支护效果影响重大。为进一步提升该技术的综合经济效益,增加矿井焦煤产出率,提出采用高泡材料进行顶部充填,以减少材料用量和优化支护效果。通过建立超高巷道顶部充填体受力模型,得到了巷道顶部充填体水平及垂直方向的受载强度,确定了顶部充填体所需的强度及变形能;根据不同水灰比、发泡剂含量条件下高泡材料的力学特性,采用数值模拟方法确定了高泡材料的最佳配比,通过工业试验验证了支护效果。研究结果表明,巷道高度为3~6 m时,顶部充填体水平及垂直方向最大受力载荷分别为0.48 MPa和1.37 MPa;巷道高度为6 m时,顶部充填体所需变形能应大于1.17 MPa;将水灰比为3∶1、发泡剂含量为0.03%的充填体充填至巷道顶部,数值模拟及现场的巷道两帮最大位移分别为220 mm和163 mm,满足工作面安全开采要求。研究结果可为类似条件的巷道围岩控制提供借鉴。

极松软易破碎综放面巷道“降钻锚注平”支护技术

针对淮北矿区8#煤层极松软易破碎综放面巷道支护技术难题,阐释了极松软易破碎综放面巷道支护失稳因素,基于支护-围岩协同作用机制,提出了以“巷道破底降帮+锚杆超前支护+锚索支护+超前注水注浆+平顶U型钢棚”支护为主的“降钻锚注平”支护技术。在此基础上,结合淮北矿区信湖煤矿815机巷地质条件,研究设计了极松软易破碎综放面巷道“降钻锚注平”支护技术,现场试验结果表明:信湖煤矿815机巷从掘进开始到巷道趋于稳定,顶底板相对移近量值最大值为117 mm,两帮相对移近量值最大值为66 mm,巷道支护效果良好,能够有效地控制极松软易破碎综放面巷道围岩的大变形,大幅提升了掘进速度。

极松软煤层巷道围岩预应力锚注加固技术与应用研究

针对义棠煤业020711回采巷道出现的煤帮极松软破碎、高瓦斯聚集及顶板失稳等问题,采用围岩预应力锚杆注浆联合加固技术,将预应力锚杆和自应力注浆新材料技术结合起来有效地控制巷道围岩变形。通过现场监测发现,预应力锚杆对极松软煤层巷道围岩的加固效果更显著,同时,采用巷道钻孔电视对采用预应力锚杆支护前后的效果进行了图形对比,发现自应力注浆材料很好地填充了煤帮本身的裂隙,增加了煤帮的整体性和密实度,以及预应力锚杆的联合支护增强了煤帮的承载性能。

浅埋深极松软顶板采场矿压显现规律研究

分析了印度PVK矿Queen煤层开采的采场矿压显现规律。浅埋深极松软顶板难以形成“梁”或“板”结构,随着开采,将形成“压力拱”结构;当采场推进到一定距离时,拱结构失稳破坏,产生初次来压;当拱顶高度接近地表时,压力拱主结构内岩体失稳破坏,引起工作面更剧烈来压,同时,拱外次结构内岩体随之破坏,引起地表下沉;压力拱结构周期性失稳并前移,引起工作面周期来压。研究结果合理解释了顶板极其松软、矿山压力显现且相当剧烈的现象,对国内类似开采条件下的矿压显现规律研究可资参考。

极松软煤巷锚网索联合支护技术

针对极松软条件下回采巷道围岩变形的问题,设计并确定了有效控制大刘矿极松软煤层回采巷道的锚网索联合支护方案与参数,以及对回采巷道锚网索支护条件下的支护效果进行了初步探索。

特厚、极松软、强突出煤层长距离防突掘进瓦斯治理技术

为了解决芦岭煤矿Ⅱ82采区8煤特厚、极松软、强突出煤层巷道长距离防突掘进期间的安全问题,通过采取底板穿层钻孔、超前排放钻孔、前探地质钻孔等行之有效的综合瓦斯治理措施,解决了掘进工作面施工期间的瓦斯治理难题,实现了芦岭煤矿首个长距离防突掘进工作面的安全施工。

特厚高地压极松软突出煤层大断面石门揭煤一次成巷技术

芦岭矿8、9煤层特厚高地压极松软突出煤层，在溜煤眼穿煤施工过程中一直采取密集木棚支护。由于受到木料强度的限制，支护断面设计一般偏小，断面仅5．4m^2左右。为扩大溜煤眼断面，后期再安排掘进队伍采用U型铜支护扩棚。但在扩棚期间难以采取有效措施护顶，容易出现漏、冒，既恶化了作业环境，又存在诱导突出的安全威胁，并增加一道工序，不仅增大了工程量，而且直接影响生产接替安排。通过对石门揭煤工艺进行改进，并采取一系列的措施，实现了特厚高地压极松软突出煤层大断面石门揭煤的一次成巷，节省了二次改棚工序，在揭煤过程中杜绝了瓦斯超限及瓦斯动力现象的发生。并且有效地杜绝了漏、冒顶现象，减小了防自然发火压力，同时缩短了石门揭煤施工时间，提高了施工的安全性，取得了良好效果。

极松软煤层抗剪强度的水敏性试验研究

为分析极松软煤层注水防止片帮的效果,研究了极松软煤层注水后抗剪强度的变化。基于非饱和土理论及直剪试验,采用极松软煤体重塑煤样,进行了一系列不同含水率及法向应力下不固结不排水直剪试验的研究,提出了以含水率为中心,以黏聚力和内摩擦角为主要指标的抗剪强度分析方法,采用试验和理论方法综合分析研究了含水率对极松软煤的抗剪强度的影响。研究结果表明:在低法向应力状态下,试样剪应力易发生软化现象,而在高法向应力状态下,试样易发生硬化现象;重塑煤样的黏聚力随含水率的增加先增大,达到最适含水率后(约17.64%),黏聚力随含水率的增加反而减小;含水率对重塑煤样的内摩擦角影响不明显,证实松软煤层注水防止片帮的工程控制技术是有效的。

极松软强蠕变巷道围岩变形机理与控制技术研究

金属矿山复杂地质条件下的围岩变形与控制机理一直是研究热点,严重的巷道变形和高成本的反修不仅制约着矿山的安全生产,也较大程度地影响了企业的经济效益。依据弹塑性力学和岩石力学等理论剖析了极松软强蠕变巷道围岩的变形与控制机理,并以白银有色集团股份有限公司小铁山矿1348水平脉外巷为研究对象,提出了适合于小铁山矿1348水平脉外巷的支护方案,采用数值模拟技术对比分析了原支护技术与新支护技术条件下巷道围岩位移演变规律。研究结果对我国金属矿山极松软强蠕变巷道围岩变形机理和控制技术的研究具有重要的参考价值。

极松软厚煤层简放开采回采巷道变形规律研究

淮北矿区芦岭煤矿8109工作面煤层为极松软厚煤层,采用简易放顶煤开采技术。为掌握简放工作面回采巷道受采动影响后围岩变形规律,对回采巷道围岩变形进行了观测。观测结果表明,运输巷围岩变形随时间整体上呈线性变化,支承压力影响区围岩的变形速率较原岩应力区巷道围岩的大,顶底板移近量和两帮移近量的变形速率呈现出一定的周期性变化;在支承压力影响区内,运输巷的两帮变形量和变形速率均大于顶底板移近量和移近速率。在采动影响下,回风巷围岩表现为明显的流变变形,变形随时间的增加而增长。在过支承压力峰值以后,随着离工作面煤壁越近,回采巷道变形表现越剧烈。回风巷围岩的顶底板移近量和两帮移近量大小相差不大,两帮移近量和速度大于巷道底鼓量和速度。

特厚、突出、极松软、大应力、极复杂地质条件下跟煤底施工技术研究

青东矿82采区8煤层首采工作面为828工作面，煤层厚度6．2～13．2m，平均厚度为9．2m，回采工艺为综放，工作面巷道施工采取跟底留顶煤施工，由于煤体松散破碎，同时过上覆726工作面收作线应力集中区、频繁过断层、过构造，在施工期间遇到很多了困难，特别是极松散的煤顶在超前管理上、支护上，和现场施工管理上采取非常有价值的举措，成功的克服了各种困难，巷道单进达100m／P]，减少了工作面准备时间，回提前回采产出的煤炭而带来巨大的经济效益和社会效益。

特厚、极松软、大应力、极复杂地质条件下跟煤底施工技术研究

青东矿828工作面,为特厚煤层,平均厚度为9.2m,回采工艺为综放,工作面巷道施工采取跟底留顶煤施工,由于煤体松散破碎,同时过上覆726工作面收作线应力集中区、频繁过断层、过构造,对掘进巷道施工管理带来了很大困难。本文对青东矿特厚、极松软、大应力、极复杂地质条件下跟煤底施工中取得一些成功的经验进行了研究总结。

极松软大倾角厚煤层沿底掘进工艺研究与实践

综采放顶煤工作面巷道在松、散、软煤顶下沿底板掘进支护工艺研究及技术攻关是淮北矿业集团公司“323”短板最难攻克的难题。神源煤化工公司煤层赋存较稳定,但四采区中组煤由于岩浆岩侵入穿插,使煤层结构复杂化,煤层原生结构较复杂,煤层极松软、大倾角、稍碰即碎,巷道在煤顶下施工支护难度大,通过不断研究与实践,形成了一套极松软大倾角厚煤层沿底掘进工艺技术体系。

综放极松软煤层巷道围岩控制实践

受采动影响极松软煤层巷道一直是煤矿支护的难点。本文针对芦岭矿Ⅱ927综放工作面极松软煤层巷道,在分析该巷道支护难点的基础上,提出了"控变形"与"让压力"相结合的围岩控制对策,即采用全封闭重型U型钢壁后充填技术控制巷道围岩大变形,采用大孔径深孔卸压技术及时释放围岩内部变形能并转移高应力。工程实践表明:采用该控制对策能有效控制巷道围岩变形,提高围岩的整体稳定性,为矿井安全生产创造了条件。

极松软煤层回采巷道围岩控制技术研究

随着采深的增加,极松软煤层回采巷道采用单一的架棚支护效果不理想,且维修量大,维护费用高。芦岭矿通过采用在煤巷两帮打卸压孔结合打设锁腿梁的方法,有效控制了巷道变形,满足了生产要求。本文采用数值方法模拟和分析了钻孔卸压的作用机理。模拟结果表明,对巷道两帮钻孔卸压以后,应力集中区域由两帮转移到了围岩深部,且集中在了卸压孔的末端,对巷道起到了很好的保护作用,为高应力回采巷道卸压支护提供了依据。

一种极松软冒落煤顶巷道修复技术在复杂地质条件下的应用

工作面开切眼四岔门在特厚极松软煤层条件下,断层构造区域顶板冒落后,利用架棚掩护,自制钻杆超前支护结合密集钢管补强填充,配合单体和喷浆加固技术,可以有效控制顶板,相比传统的使用聚亚胺胶脂材料凝结后再用酚醛类泡沫填充,具有施工工艺简单,取材方便,投入少,工期快的特点,在煤矿复杂地质条件下顶板控制和隧道施工中具有积极的推广应用价值。

极松软煤层工作面片帮力学机制分析与煤体加固实验研究

针对极松软煤层工作面煤壁片帮控制难题,三维有限差分数值计算表明,极松软煤层开挖后在煤壁底角产生剪应力集中,破坏位置由此沿渐变剪应力带牵引至煤壁顶部,产生卸载松弛浅层坍滑片帮。室内实验结果表明,极松软煤天然含水率极低,自身保水能力严重不足,极易失水。含水率由1.46%提高到3.39%,应变量增高154.32%;含水率4.49%,粘土含量10.00%。与无粘土极松软煤相比,抗压强度提高55.02%,应变提高574.26%。含水率在0~4.03%内,抗剪强度与含水率正相关;含水率在4.03%~12.70%区间,随着含水率的增高,抗剪强度迅速降低。且黏聚力对水的敏感度远大于内摩擦角对含水率的敏感程度,存在某一特定含水率,此时抗剪强度最大。极松软煤层可采用施工扰动方法,使煤层在工作面前方壳基支承压力作用下发生团化固结,达到有效应力增加、孔隙比减小、抗剪强度提高的目的。

松散煤体预应力锚索全长锚固技术研究及应用

为解决极松软易破碎厚煤层煤顶下巷道存在的漏顶、片帮严重,支护效果差,掘进单进效率低,回采进度受制约等系列问题,以涡北煤矿842风巷外段为研究对象,采用现场应用、数值模拟等方法,在调研其工程地质条件及原支护方式下巷道变形概况的基础上,提出了松散煤体预应力锚索全长锚固技术,期望进一步提高我国极松软易破碎厚煤层综放面巷道掘进水平。

芦岭煤矿石门揭煤施工新技术

芦岭煤矿的8煤、9煤层具有低透气性、极松软、特厚、强突出等特性,在此类煤层掘进中石门揭煤现场施工,得出"预抽、骨架、固化、拦截、注水、排放"的6步揭煤法,解决了施工时冒顶严重、瓦斯事故多的问题,形成一套适合芦岭矿的石门揭煤综合安全防突技术。