顺序开采工作面小煤柱巷道布置方法研究

为减小顺序开采条件下小煤柱巷道布置面临的相邻工作面回采扰动及采空区覆岩运动影响,以巴彦高勒煤矿为例,提出1种“窄煤柱反掘+宽煤柱正掘”的小煤柱巷道布置方式,并分3个阶段分析了巷道布置的过程及相关影响因素;通过地表岩移观测分析,得出了采空区覆岩运动特征及稳沉距离。结果表明:盘区内工作面开采顺序的不同导致采空区覆岩运动特征存在差异性;采空区稳沉距离约为900~1000 m;23104工作面回风巷布置过程中严格遵循反掘巷道滞后采空区的稳沉距离和正掘巷道长度的设置要求,完成了巷道的合理布置,保证了工作面平稳接续。

煤矿小型巷道喷浆机械手结构设计

针对煤矿小型巷道空间狭小、现有喷浆机械手外形偏大、人工手持喷浆劳动强度大等问题,设计了一套以螺旋摆动马达为主要驱动的喷浆机械手。该机械手采用平面三连杆机构搭配直线伸缩臂,能保证喷枪与受喷面的最佳距离和角度,从而有效降低喷浆回弹。基于煤矿喷浆工艺流程,设计了机械手的喷浆动作流程。运用三维软件构建了机械手的结构模型,对主要零部件进行了设计、计算和有限元分析;最后研制出样机并进行了工业性试验。试验结果表明,喷浆机械手刚性好、距离和角度控制精度高、动作灵活,能满足煤矿小型巷道喷浆要求。

综放工作面小煤柱沿空掘巷煤柱尺寸留设研究

为合理留设综放工作面沿空掘巷煤柱,以山西某矿E4102-1工作面运输顺槽煤柱留设工程概况为例,通过进行调研分析与进行数值模拟分析,并结合工业性试验,得出窄煤柱沿空掘巷技术目前已相对较成熟,可把煤柱尺寸留设为5 m至8 m之间;通过对几种煤柱尺寸下的巷道围岩破坏状况进行数值模拟分析,得出该工作面巷道留设5 m宽的煤柱时,该巷道矿压不会出现明显显现,巷道变形量相对较小,巷道顶板也相对较稳定,能很好的满足矿井安全生产需求,更好地保障矿井安全生产。

迎采小煤柱尺寸优化及切顶卸压技术研究

针对N1105工作面小煤柱尺寸留设不合理导致的巷道变形严重问题,采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的方法,研究了对迎采小煤柱优化及切顶卸压技术。研究确定合理小煤柱宽度为9 m;当切顶高度由13 m增加至14 m时,巷道应力及位移下降趋势较缓慢,由此确定合理切顶高度为13 m;随着切顶角度的增加,巷道煤柱帮应力及顶板位移呈现先降低后增加趋势,当切顶高度为20°时,煤柱所受应力及巷道变形最小,由此确定合理切顶角度为20°。研究设计了迎采小煤柱双向聚能张拉爆破切顶卸压方法,以及顶板切缝附近“单体柱+金属铰接顶梁”加固方法。通过工程实践,巷道顶板下沉量降低了47.8%,两帮移近量降低了59.1%,巷道变形得到了有效控制。

同忻矿山小煤柱工作面矿压综合治理技术试验研究

同忻矿8210小煤柱巷道虽处于采空区侧向应力降低区内,围岩应力环境较好,但同时也伴随着巷道围岩整体松软破碎,小煤柱整体完整性较差,承压能力弱,不利于巷道维护,也为矿山工作面安全管控带来一定隐患。因此,同忻矿山决定开展小煤柱工作面矿压综合治理研究,采用初采切眼爆破放顶、尾巷爆破切顶卸压及头巷水力致裂工艺降低矿压影响,提升初采期间顶煤回收率,控制巷道变形。试验结果表明,初采切顶爆破效果良好,初次来压步距及来压强度得到有效缩短弱化,初采可放煤距离大大缩短。尾巷切顶卸压成功爆破400个孔,围岩控制率提高了37%。头巷超长孔定向水力压裂效果良好,裂隙发育充分,达到预期效果。

小煤柱巷道围岩变形的力学机理及演化过程研究

为研究小煤柱巷道围岩变形力学机理与演化过程,以石槽村矿某回风巷为研究对象,采用理论分析、FLAC^(3D)数值模拟以及现场实测等方法,分析小煤柱条件下巷道围岩变形的主要影响因素以及表征特点。研究结果表明:侧压系数为巷道围岩变形的主控因素;侧压系数与巷道顶底板位移量呈正比关系,与两帮位移量呈反比关系;回风巷每次受采动影响时,变形可分为巷道稳定阶段、位移分化阶段以及位移加速变化阶段;围岩变形主要发生在一次采动影响时,此时巷道变形呈现明显的不对称,左右两帮的位移量差异明显,巷道的中心位置明显偏移。研究结果可为小煤柱巷道围岩支护提供技术参考。

相邻工作面采动影响下小煤柱巷道围岩应力时空演化特征研究

采动工作面小煤柱沿空掘巷受自身掘进和相邻工作面回采的双重扰动影响,巷道应力环境复杂,常规支护方式不能维持巷道围岩的稳定。以山西经坊煤矿3-5092回风顺槽为工程背景,采用分段支护的方法对巷道围岩的支护方式进行优化,并基于锚杆无损检测系统对巷道围岩的支护效果进行评价。结果表明:实体煤掘进阶段受掘进扰动的影响,稳定期内巷道围岩应力将重新分布,在巷道变形过程中锚杆能发挥主动支护的效果;在相邻采动工作面沿空掘巷相遇阶段,巷道围岩发生结构性应力调整,帮部锚杆的工作载荷整体高于顶部锚杆,需对煤柱侧巷道帮部进行加强支护;沿空掘巷阶段受掘进扰动的影响,锚杆轴力增大但增幅较小,此阶段巷道稳定性较好。通过现场工业性试验与锚杆轴力监测,揭示了不同阶段巷道围岩的时空应力演化特征,验证了分段支护设计方案的合理性。

三软大倾角特厚煤层留小煤柱巷道支护研究

针对三软大倾角特厚煤层条件下煤柱宽度大造成的支护困难、资源浪费等问题,开展汾源煤业5-1042留小煤柱巷道支护研究。通过室内试验测试了煤岩力学参数,验证了5-104工作面三软特征。针对提出的支护方案,采用FLAC3D数值模拟软件分析了不同煤柱宽度、锚索间排距下的巷道水平位移、垂直位移和塑性区分布,发现将煤柱宽度从40 m缩小到20 m巷道变形量小,稳定性提高。最后支护方案进行现场试验。现场结果表明:留小煤柱巷道现场支护效果良好,顶板变形量小,围岩稳定性好,为类似特厚煤层留小煤柱巷道支护提供了工程借鉴。

煤矿巷道小煤柱的留设及巷道支护设计研究

针对晋能控股煤业集团某矿8107工作面护巷煤柱受采动的影响,煤炭资源损失严重,煤柱承载能力降低,巷道易出现变形、底鼓,存在较难支护的问题,通过分析该巷道煤柱应力分布情况,阐明了进行小煤柱护巷的可行性,并设计了6 m小煤柱配套巷道支护方案。实际应用发现:在工作面采动之前,该巷道顶板与底板的收缩变形量大多在10 mm以内,采动过程中该巷道顶板与底板的收缩变形量最大为450 mm,得出该文所设计的小煤柱及配套支护方案是可行的,该研究可为类似工况下矿井巷道小煤柱的留设及巷道支护提供参考。

小煤柱孤岛工作面回采巷道围岩支护优化研究

以山西某矿12062下巷围岩为研究对象,针对小煤柱孤岛工作面回采巷道受采动影响显著、围岩应力集中、裂隙发育、煤柱承载能力差等因素影响,巷道围岩变形量较大问题,提出采用锚索补强(充分发挥锚索主动支护效果)、架棚(单体+π型钢、一梁三柱)进行支护,并具体给出支护方案。经现场应用后,12062下巷顶底板、巷帮变形量最大为378 mm、460 mm,围岩变形量可满足12062综采工作面回采需要,现场取得较为显著的围岩控制效果。

大采高煤层采动状态下小煤柱留巷矿压显现规律

合理缩减采区保护煤柱的留设尺寸是提高资源回采率的有效措施。为探究采动状态下缩小煤柱的采区巷道围岩的矿压显现规律,以黄陵二号煤矿原综采工作面35 m保护煤柱优化为17.5 m小煤柱的技术工程为例,通过对工作面推进过程中的辅运巷道顶底板与两帮的移进量、锚索的外露长度与载荷变化情况、煤柱内部的支承压力演化趋势进行全方位、多尺度的监测,对巷道围岩变形与采动应力进行了实测分析与研究。结果表明,工作面进入小煤柱区域1300 m区段,除底鼓外未出现大的变形和强矿压显现;辅运巷受采动影响区域为超前工作面220 m至工作面推进后的350 m;辅运巷煤柱帮部深度13 m的位置为煤柱围岩应力最大集中区域;围岩变形与应力变化随着工作面的推进趋于稳定,初步判断辅运巷应力场与位移场的扩展达到相对均衡的稳定阶段。该研究为缩小煤柱留设宽度和优化巷道支护参数提供了理论依据。

华阳一矿小煤柱孤岛工作面回采巷道围岩支护优化研究

以华阳一矿12062下巷围岩为研究对象,针对小煤柱孤岛工作面回采巷道受采动影响显著、围岩应力集中、裂隙发育、煤柱承载能力差等因素影响,导致巷道围岩变形量较大的问题,提出采用锚索补强(充分发挥锚索主动支护效果)、架棚(单体柱+π型钢、一梁三柱)进行支护,并具体给出支护方案。经现场应用后,12062下巷顶底板、巷帮变形量最大为378 mm、460 mm,围岩变形量可满足12062综采工作面安全回采要求,优化支护围岩控制效果显著。

综放孤岛工作面过应力集中带下部空巷实践

61115综放工作面为孤岛工作面且采面下方存在有废弃空巷,该空巷在采动压力作用下容易出现围岩失稳,采面在空巷上方推进时容易出现综放设备、工作人员陷入空巷内等问题。根据工作面现场情况,拟定采用空巷加固、采面调斜、空巷影响区不放煤等技术,制定采面过空巷安全措施;现场应用后,工作面在过下部空巷期间底板及综放设备始终保持稳定,采面耗时8 d顺利通过下部空巷影响区,应用取得显著成果。

切顶卸压无煤柱自成巷开采与常规开采应力场分布特征对比分析

为了探索切顶卸压无煤柱自成巷开采与常规留煤柱开采应力分布的区别,以国内外首个切顶卸压无煤柱自成巷开采工业性试验为工程背景,运用FLAC3D数值模拟软件建立了大煤柱开采,小煤柱开采Ⅰ(相邻工作面回采巷道未掘),小煤柱开采Ⅱ(相邻工作面回采巷道已掘),无煤柱开采4种不同开采方式的数值计算模型,并对其应力分布特征进行了模拟和对比分析。得出如下规律:在工作面前方,平行于工作面长度方向,煤柱留设方式对应力分布的影响存在一定范围,在影响范围内垂直应力大小关系为:小煤柱开采Ⅱ>大煤柱开采>小煤柱开采Ⅰ>无煤柱开采;留大煤柱,小煤柱开采时,靠近本工作面回采巷道附近均存在明显的应力集中,而无煤柱自成巷开采由于取消了超前掘进巷道,从而消除了掘巷引起的应力集中;在工作面侧向,大煤柱开采应力集中位置始终位于大煤柱内部,小煤柱开采Ⅱ位于下区段工作面实体煤内部,小煤柱开采Ⅰ和无煤柱开采则位于巷道煤帮内部,应力峰值位置与巷道距离大小关系为:无煤柱开采>小煤柱开采Ⅰ>小煤柱开采Ⅱ和大煤柱开采;大煤柱开采时侧向应力峰值最大,小煤柱开采时次之,无煤柱开采最小,其峰值较大煤柱开采降低18.1%~20.3%,较小煤柱开采Ⅱ降低11.8%~17.3%,采空区顶板稳定后,无煤柱开采和小煤柱开采Ⅰ峰值较为接近。

煤与瓦斯突出矿井大采高工作面过空巷支护技术

以晋煤集团寺河煤矿W1307大采高工作面为工程背景,为解决过空巷过程中的瓦斯问题和顶板问题,通过方案对比提出了采用高强度、高刚度瑞诺充填支柱支护技术,并结合现场地质生产条件与矿压规律确定相应技术方案。应用结果表明,瑞诺充填支柱设计承载能力不低于500t,可对空巷顶板形成较强的支撑作用,保持了煤壁和顶板的稳定性,未发生大范围冒顶、支架压架等恶性事故,为实现安全、高效、经济的过空巷提供有力的技术保障。

千万吨综采面过平行大断面空巷“小煤柱等压”技术研究

针对千万吨综采面过平行大断面空巷工艺技术不够完善,在神东矿区以往过空巷经验教训的基础上,提出＂小煤柱等压＂新技术。通过现场实测和理论分析对＂小煤柱等压＂技术相关参数进行了系统研究,等压小煤柱宽度W需通过现场矿压显现特征来确定,等压时间T可通过现场记录并绘制顶底板移近量曲线趋势图来判断。结果表明,等压小煤柱宽度W=3～4 m,等压时间T=4～8 h,过空巷顶板控制效果好。

矿井废弃巷道蓄排水系统设计与分析

为了建立废弃巷道蓄排水系统,通过实行"避峰就谷"的排水措施减少矿井排水费用。基于水力学公式和质量守恒定律,推导了倾斜管道形状蓄水区域的蓄排水公式,并从安全和经济两方面设计了排水设施。提出了井下蓄排水系统的有效库容和无效库容的概念,计算了重力自由出流时,不同涌水条件下的蓄排水特征值。分析了从满库至空库过程中水头、排水量和蓄水排放变化情况。结果表明,从满库排水至空库过程中,水头线性减小至最低水头。在前1/3时段内,近一半的库容量已经被排放;前2/3时段内排水量线性减少,库容总量的80%已经被排放;后1/3时段内,排水量快速减少至涌水量,仅排放了整个库容总量的20%。

李雅庄矿2-608工作面精细化开采技术研究

针对李雅庄煤矿断层构造发育多,部分工作面采用不规则形状布置及回采工作面中留有一些空巷情况。通过顺槽预留支架、对工作面转采阶段调斜比例计算、扩帮量的研究、转载机和重型皮带调斜、二切预安装支架等措施,实现了2-608工作面的推进过程中副巷延长支架、转采过程中通过空巷、二切快速对接。

大采高小煤柱回采巷道围岩控制技术研究

以大采高小煤柱回采巷道围岩稳定性和控制技术为研究对象,通过对该类巷道围岩结构进行分析发现,此类围岩基本顶的初次垮落容易形成“O-X”断裂现象。通过对结构模型进行稳定性分析,得出了影响大采高小煤柱回采巷道围岩稳定性的因素,并在此基础上提出了对大采高小煤柱回采巷道的维护手段。

厚煤层综采工作面空巷综合治理技术

为解决厚煤层开采过程中出现的多种类型空巷影响工作面正常回采等问题,采用现场调研、理论分析等方法归纳空巷的赋存特点和危害,将其划分为沿底完整型、沿顶完整型和垮落型等空巷,并针对不同空巷类型提出不同的治理方法;同时为满足不同施工方案的需要,研发一种硫铝酸盐基多性能注浆材料,进而提出厚煤层综采工作面过空巷综合治理技术;最后分别采用充填支柱支撑、高水充填和深孔注浆的方法对寺河煤矿、成庄煤矿和郭庄煤矿进行空巷治理,并考察治理效果。结果表明:有针对性地治理空巷后,在工作面过空巷期间未发生片帮、冒顶事故,顶板来压正常,保证工作面的安全回采。