深井大断面双巷布置回采巷道破坏机制及控制技术

为解决深井大断面双巷布置回采巷道二次采动期间围岩控制问题,以刘庄矿6203工作面回风巷为工程背景,根据现场实际观测情况分析了巷道变形特征,即回采期间巷道变形表现为底鼓量大于顶板下沉,煤柱帮变形远大于实体煤帮的非对称形态,巷道底板及煤柱帮围岩变形最严重。在此基础上分析了护巷煤柱、围岩应力、围岩强度、支护形式对巷道底鼓的影响,认为护巷煤柱尺寸过小,支护参数不合理是导致巷道破坏变形的主要原因。提出了改变护巷煤柱尺寸、优化巷道支护参数、局部注浆和留设卸压槽的底鼓控制技术。通过工程实践表明,新的支护方案使巷道围岩得到了有效控制,具有良好的安全技术经济效益。

强采动碎裂巷道围岩破坏机理与控制对策

为解决双巷布置形式回采巷道将经受多次采动影响进而诱发围岩碎裂变形失稳的难题,以东梁煤业3101工作面辅助运输巷为工程背景,综合运用现场实测、钻孔窥视、数值模拟及工程实践等多种研究方法对试验巷道围岩变形破坏机理与控制技术进行了系统研究。研究表明:多次采动影响及围岩控制方案缺乏针对性是造成巷道围岩破坏的直接诱因。因此,提出以"三高"支护理念(高强全断面锚网+高强加长锚杆+高预应力强力锚索)为基础的围岩强化控制对策,并经现场工程实践验证可行,确保了强采动巷道围岩在采掘全过程中的安全稳定性。

浅埋近距离煤层区段煤柱下双巷布置可行性研究

针对神东矿区某煤矿浅埋近距离煤层工作面协调开采时下煤层工作面双巷布置的可行性问题,采用数值模拟、物理模拟及现场实测方法,研究了上覆35 m宽区段煤柱下巷道的变形及塑性区破坏特征。结果表明:随着埋深增加,煤柱下双巷变形量增大,埋深为300 m时巷道顶底板累计移近量达2.5 m,巷道变形破坏严重,且下煤层双巷之间的煤柱塑性区完全贯通,煤柱存在失稳现象;考虑到该矿三盘区实际埋深为100 m左右,此时煤柱下双巷受多次采动影响后的顶底板累计移近量模拟值为180 mm、实测值为32 mm,两帮累计移近量模拟值为118 mm、实测值为24 mm,巷道围岩塑性区破坏范围仅为0.5 m,巷道总体保持良好。研究验证了该矿三盘区特定埋深条件下在区段煤柱下布置双巷是可行的,满足工作面安全高效生产需要。

冲击地压矿井采煤工作面双连巷布置设计

针对传统"双巷布置"方式易在深部矿井中诱发冲击地压等动力灾害问题,通过总结分析现有冲击地压采煤工作面巷道布置方式的优缺点,建立了双联巷的概念和布置方式,提出了在冲击地压矿井采煤工作面应用双连巷的技术构想。并通过建立工作面回采前后双连巷顶板结构力学模型,得出双连巷顶板稳定性与双连巷跨度的关系和中隔墙支护阻力与其宽度的关系。研究结果表明,冲击地压矿井采煤工作面采用双连巷布置,既解决了双巷的难题又实现了双巷的功能,可为冲击地压矿井采煤工作面设计提供参考。

双巷掘进留窄小煤柱布置方式及围岩稳定性控制技术

为解决传统双巷掘进资源采出率低和沿空掘巷采掘接替紧张难题,以翟镇煤矿下组煤一采区11502工作面为工程试验对象,创新性提出留窄小煤柱双巷同时掘进巷道的布置方法,同时构建小煤柱高强复合加固支护技术。采用理论分析、试验测试结合数值模拟等综合研究方法,对留窄小煤柱双巷掘进布置原理及煤柱加固支护技术进行深入研究探索。结果表明,双巷掘进留窄小煤柱技术能够实现采区工作面顺序接替,有效提高采区采出率;提出的小煤柱综合加固支护技术以超前断顶卸压、对穿锚索提高煤柱自身承载力以及钢管混凝土墩柱高强辅助加强支护为主体,避免了小煤柱过早进入塑性状态而发生整体失稳破坏,能够有效保持长期稳定。基于覆岩组合结构理论建立煤柱–顶板结构力学模型,研究煤柱上方支承压力分布规律与大小,建立双巷掘进小煤柱加固支护设计方法。通过数值模拟验证,该技术与传统沿空掘巷相比,能够更好地控制巷道围岩变形,煤柱体的帮鼓变形量和巷道变形量均得到了有效降低。

大采高双巷布置工作面巷间煤柱合理宽度研究

巷间煤柱合理宽度的确定是确保大采高双巷布置工作面安全回采的关键。以亭南矿二盘区204大采高工作面双巷掘进运输顺槽和瓦斯抽放巷之间的煤柱为工程背景,首先通过现场应力监测的方法对巷间煤柱受双巷掘进及2次采动过程中的破坏规律进行了系统的研究,得出一次采动影响后靠近采空区侧煤柱的破坏区域宽度约为3 m;上位岩层低应力区域宽度约为18 m;一次采动后煤柱应力分布曲线呈不对称形态;二次采动影响后煤柱应力分布曲线呈不对称"马鞍状",巷间煤柱边缘累计破碎宽度略大于9 m;同时对2次采动影响后煤柱的破坏区域进行了划分,初步确定巷间煤柱优化范围在5.2~13.0 m之间。其次采用数值模拟的方法分别研究了2次采动影响下宽度为4,6,8,10,12 m的5种不同尺寸巷间煤柱的应力演化规律、弹塑性区域变化规律和巷道变形规律,同时综合考虑安全生产、资源回收率等因素,最终确定大采高双巷布置工作面巷间煤柱的合理尺寸为10 m。最后通过工程实践验证了巷间煤柱留设的合理性。该研究结果可以为类似开采条件下巷间煤柱的留设提供参考。

双巷布置工作面留巷塑性区演化规律及稳定控制

为了揭示双巷布置工作面留巷塑性区演化特征,以石圪台矿为研究背景,应用理论分析和数值模拟方法,针对主应力大小、角度和塑性区分布特征展开研究,获取了留巷主应力变化规律、塑性区扩展特征,阐明了留巷发生非对称变形的原因。结果表明:1)得出了留巷轴向主应力分布特征,并沿走向将其划分为7个阶段,主应力特征曲线左右大致对称,中部高且平缓、左右两侧较低但变化幅度大,其中主应力大小及角度急剧变化过程位于滞后影响阶段;2)主应力大小与塑性区扩展范围正相关,主应力角度决定了塑性区扩展方位,二者共同作用下塑性区产生非对称扩展,从而引起留巷围岩非对称变形;3)得出了石圪台矿31203工作面留巷非对称变形破坏特征,确定了隐患部位,提出了留巷非对称补强支护方案,现场应用取得良好效果。

高强度开采双巷布置巷道围岩差异化控制研究

相邻工作面2条相邻的回采平巷留设一定煤柱同时掘进(双巷布置)是高强度开采发展趋势之一,两巷围岩的长期稳定性至关重要。本文结合现场钻孔成像研究巷道围岩变形破坏特征;采用数值模拟研究双巷布置时2条巷道围岩受采动影响的应力、变形破坏的分区差异化特征;提出以帮锚索+底角锚杆为基础的双巷差异化控制技术,选取湾图沟煤矿13406工作面作为试验地点,进行现场工业性试验,验证了所提出的巷道控制技术及参数设计合理性。