厚煤层综放面切顶留巷关键参数研究及其工程应用

【目的】解决工作面采用混凝土柔模充填技术沿空留巷后巷道稳定性问题。【方法】采用“柔模充填+聚能爆破预裂技术”。基于工作面顶板覆岩特征,综合运用理论分析和数值模拟的方法,结合现场施工条件,确定了切顶高度20.5 m、切顶角度5°的深孔预裂爆破方案。【结果】研究结果表明,切顶后煤壁内弹塑性交界线内移,内应力场范围增大,高位砌体梁结构作用明显。随切顶高度的增加,充填体支护阻力和围岩变形量先减小后稳定;随切顶角度的增加,充填体支护阻力和围岩变形量不断增大。现场切顶施工后围岩变形量相比不切顶时顶底板移近量减少了56%,两帮移近量减少了72%,减少了后期维护成本,可为同类条件下煤矿切顶留巷提供经验参考。

深井高应力超前工作面爆破切顶卸压护巷加固技术研究

以赤峪煤矿C1205工作面地质条件为背景,分析了超前支承压力影响范围,提出了在工作面主动超前卸压与大巷加固相结合的巷道围岩控制技术,对比分析了工作面超前切顶卸压与不切顶对大巷的保护作用,设计了超前切顶参数及大巷加固方案。结果表明:超前工作面爆破切顶人为构造“准裂隙面”,可有效减弱超前支承压力向大巷的传递,工作面回采超前支承压力集中程度降低,距离停采线最近的输送机下山两帮变形量降低47%,顶底板变形量降低43%,取得了较好的卸压效果。采用该技术后,深井高应力工作面回采引起的大巷失稳问题得到有效解决。

切顶卸压沿空留巷爆破参数研究

曙光煤矿3218回风巷受二次动压影响,围岩破坏较为严重,因此,提出了采用爆破切顶卸压技术以降低基本顶垮落时释放的能量,从而达到保护巷道的目的。通过数值模拟确定了切顶高度为9 m,角度为15°,并提出采用“锚网索+架棚”的加强支护方式,进一步提高了巷道围岩的强度。施工后,巷道最大煤帮侧位移量和顶板下沉量分别为115、173 mm,证明了使用爆破切顶卸压技术和加强支护能够有效保证巷道的安全使用。

基于聚能爆破切顶的煤矿巷道保护创新方法研究

随着煤矿开采向深部发展,巷道控制已成为现代矿山持续发展的重要内容。为有效保护深部巷道免受动力灾害的影响,提出了基于聚能爆破切顶保护巷道的创新方法。通过理论分析、数值模拟和现场试验相结合,分析了基于聚能爆破切顶的巷道控制作用,其利用破碎扩展岩体支撑老顶断裂结构,降低了对留巷的影响;同时,顶板切割方式显著改善了应力环境,对巷道形成了有效保护。现场试验结果验证了基于聚能爆破切顶保护巷道创新方法的有效性,巷道收敛明显减小。

深埋强矿压综采工作面撤架通道预裂卸压技术研究

胡底煤业3号煤层在开采过程中盘区大巷矿压显现明显,胡底煤业为优化爆破切顶施工工艺,提高爆破切顶卸压效果,实现1311(上)采面对应盘区大巷“不变形”的目标,在1311(上)工作面撤架通道实施深孔爆破切顶卸压护巷方案。根据现场地质条件进行了理论计算,并借鉴了周边矿井爆破切顶的实际经验,最后确定1311(上)工作面撤架通道切顶角度为15°,即切顶钻孔施工倾角为75°,倾向煤柱侧15°。确定预裂孔开孔位置为距离撤架通道煤壁1.0 m处,预裂孔装药起始位置位于煤壁以里1.8 m处,终孔位置在煤壁以里7.5 m处。在施工顶板爆破钻孔时,选用直径为65 mm的钻头,钻孔间距在1.8~2.2 m之间。炮孔深度为33 m,确定封孔长度为11 m,装药长度为22 m。方案对周边强矿压矿井以及条件相似矿井爆破预裂切顶卸压有一定参考意义。

回采工作面沿空留巷爆破切顶卸压实践

煤层掘巷留保护煤柱开采,不仅会造成应力集中,还会损失高达10%~30%的煤炭资源。通过对比德丰源煤矿1334采面运输巷实施切顶卸压沿空留巷的效果总结、分析,得到巷道顶底板最大移近373 mm,非回采侧最大移近63 mm,且巷道顶板8 m范围内没有发生离层现象,该巷道可为下一回采工作面安全回采提供可靠保障。沿空留巷爆破切顶卸压有利于解决煤柱应力集中、提高煤炭回采率、缓解采掘接替紧张、防止煤柱自燃、改善矿井安全生产条件、提高煤炭开采的经济效益,为矿井无煤柱安全高效开采奠定了基础。

采动影响下巷道围岩稳定性控制设计与应用

针对东曲煤矿12511工作面回采作业时,12511低位瓦斯抽采巷围岩以及12513轨道巷围岩会受采动影响而失去稳定性的问题,提出以补强支护技术控制12511低抽巷围岩稳定性、以密集钻孔切顶卸压技术控制12513轨道巷围岩稳定性的方案;根据工作面2^(#)、4^(#)煤层层间距的变化,以工作面低抽巷19^(#)高程点为分界点将低抽巷、轨道巷分别分为两个区域,分区设计巷道围岩控制方案。实际应用所设计的巷道围岩稳定性控制方案,结果表明:采用补强支护方案后,12511工作面低位瓦斯抽采巷得到了有效保护,维持了巷道围岩的稳定;轨道顺槽密集钻孔切顶卸压方案的应用,改善了轨道巷及低抽巷的应力环境,控制了巷道围岩的稳定性;方案的应用还减少了巷道的维护成本,6个月的回采时间共节省了巷道维护费用307.561万元。

Risk field assessment of longwall working face by the double-sided roof cutting along the gob

In order to study the mechanism of the dual side roof cutting technology on the composite disaster of gas and coal spontaneous combustion in goaf,a model for the evolution of porosity and permeability in the dual side roof cutting working face was constructed.The location of the occurrence of the compound disaster of gas explosion and coal spontaneous combustion under the double-sided roof cutting mode was studied,and the sensitivity of the evolution pattern of the compound disaster area to the amount of air supply and gas gush was summarized.The results indicate that the top cutting pressure relief technology significantly reduces the permeability of porous media,and the sensitivity of the goaf on the intake side to airflow disturbances is significantly reduced.As the volume of air supply increases,the distance between the gas explosion risk area and the coal spontaneous combustion risk area gradually decreases,and the probability of composite disaster areas is 0.The increase of air supply and gas emission makes the gas concentration in the middle and deep goaf increase in an exponential function,and the width of the gas explosion risk area increases gradually.When the outflow reaches 40 m^(3)/min,there is no composite disaster zone,indicating that the rapid increase in outflow inhibits the occurrence of composite disasters.

复合顶板大断面开切眼锚网索支护技术研究

为解决复合顶板大断面开切眼支护难题,根据王家岭煤矿20106工作面大断面开切眼的地质条件,通过物理模拟试验分析了复合顶板大断面开切眼围岩变形破坏特征,结果表明:大断面复合顶板开切眼顶底角及顶板易变形破坏,开切眼扩帮期间围岩变形破坏明显超过掘巷期间围岩变形,提出了具有针对性的围岩控制对策,确定工作面开切眼采用"二次成巷+锚网索+单体液压支柱"联合支护方式,现场工程实践结果显示,开切眼最大离层量为9 mm,最大断面收缩率为6.6%,支护方案较好地控制了大断面开切眼的围岩变形。

复合顶板切顶沿空留巷围岩变形分区及耦合支护技术

为解决复合顶板切顶沿空留巷围岩存在顶板易破碎、下沉量大等问题,以龙滩煤矿3124S工作面风巷为工程背景,基于复合顶板切顶沿空留巷顶板变形监测结果,研究了复合顶板切顶沿空留巷围岩变形特征,揭示了留巷巷道复合顶板变形破坏机理,同时,根据围岩变形特征提出了分区域多介质耦合支护技术。结果表明,分区域多介质耦合支护技术可有效控制顶板变形,顶板最大下沉量约为62mm,降低了60%~75%,留巷效率提升了15%~40%,保障了工作面的快速推进。

长壁开采切顶短壁梁理论及其110工法——第三次矿业科学技术变革

伴随着世界范围内第三次科学技术革命,我国在矿业科学领域的长壁开采科学技术发生了第三次技术变革。前两次科学技术变革分别以钱鸣高院士"砌体梁理论"和宋振骐院士"传递岩梁理论"为代表,提出的长壁开采121工法为我国煤炭开采作出巨大贡献。本世纪初,随着开采深度的增加,通过留设煤柱形成的沿空顺槽巷道事故多发,传统长壁开采方法作为目前我国长壁开采应用最广泛的开采体系受到挑战。2008年,作者进行现场调查和室内实验研究,提出"切顶短壁梁"理论,并基于此形成切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术,通过顶板定向预裂切缝,切断部分顶板的矿山压力传递,同时加固支护回采巷道顶板,在采空区侧顶板岩层矿山压力作用下,顶板部分岩体切落,实现自动成巷和无煤柱开采,称之为长壁开采110工法,这一技术的成功应用标志着我国进入第三次矿业科学技术变革期,同时也为我国由矿业大国向矿业强国发展奠定了理论和技术基础。

回采工作面上隅角水力压裂切顶技术及其应用

针对部分回采工作面上隅角难以及时垮落的难题,提出一种控制上隅角及时垮落的新方法即定向水力压裂法对上隅角顶板进行预裂切顶,使上隅角能够及时垮落。研究表明,该方法通过在工作面上隅角上部岩层中分段定向多次水力压裂使顶板产生多组裂隙,在工作面回采动压及煤柱支承应力的双重作用下上隅角顶板发生破裂从而实现及时切落。试验结果表明,采用定向水力压裂切顶后上隅角顶板能够及时垮落,最大悬顶面积均小于10m^2;同时,周期来压时机头支架工作阻力最大可降低27.6%,周期来压步距平均降低24.8%,有效降低了工作面上隅角的管理难度。

破碎复合顶板大跨度切眼联合支护技术

在破碎复合顶板大跨度切眼支护中,由于巷道地质条件复杂,矿压显现严重,随着地压和巷道断面的增大,存在着一般锚网索支护困难的问题。根据复合顶板巷道的地质特点及矿压显现特征,在大断面破碎复合顶板条件下采用联合支护技术。此种支护结合主动支护和被动支护的优点,减少顶板离层,实现了对大断面切眼围岩的有效控制,防止切眼强烈变形、断裂,保持了原切眼的稳定性,达到了良好的支护效果,取得了显著的技术经济效益。

杉木树煤矿切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术应用研究

结合杉木树煤矿B4上保护层煤层地质情况,进行切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术应用研究,通过反复现场工业性试验,对聚能爆破相关参数、聚能装置安装方式等进行优化,形成了适合杉木树煤矿地质条件的沿空切顶成巷技术。通过研究,解决了杉木树煤矿万吨掘进率高、采掘接续紧张、保护层开采速度慢等问题,提高了矿井资源回收率。

基于等压开采的大采高综采工作面过空巷防冒顶技术

针对神东矿区浅埋煤层大采高综采工作面过空巷过程中发生的冒顶和压架事故等问题,采取支护强度计算和现场矿压显现分析等手段,总结提出了等压开采技术,详细阐述了等压开采技术的定义、顶板活动规律、机理以及等压距离的确定,并在哈拉沟煤矿02209综采工作面过空巷进行了现场应用,结果表明,采用该技术可以有效防止大采高综采工作面过空巷期间发生漏矸、冒顶、压架事故。

大跨度切眼顺山支架综掘扩安一体化施工实践

传统的综采工作面大跨度切眼施工期间,通常采用单体支柱配合π型钢梁加固顶板,顶板支护效果差,效率低下,且安全隐患较大。针对综采工作面切眼大跨度顶板支护难题,采用顺山液压支架加固顶板施工工艺,取得较好的支护效果。

冲击地压矿井水射流联合水力压裂宽煤柱卸压技术研究

针对冲击地压矿井宽煤柱会积聚大量弹性能从而容易引起地压灾害事故的问题,基于理论分析和现场试验,对葫芦素煤矿21103工作面区段煤柱进行了"钻-切-压"一体化卸压技术研究,通过布置钻孔进行射流切缝和压裂对区段煤柱弱化卸压,增大了区段煤柱内塑性区宽度,减少了弹性能量积聚,同时为减少煤柱卸压对巷道支护产生的负面影响,在21103工作面临空回风巷进行了定向水力压裂切顶,减少了侧向采空区悬露顶板向区段煤柱上的应力传递。"钻-切-压"一体化卸压技术与定向水力压裂切顶技术的联合应用,在21103工作面临空回风巷内取得了良好的实践效果,解决了区段煤柱内塑性区宽度增加同时对巷道支护不利这一矛盾。

冲击危险区迎采沿空巷道切顶护巷防冲技术

为了解决张双楼煤矿冲击危险区迎采沿空巷道的巷道变形问题,以92606综采工作面为研究对象,采用理论分析的方法研究了爆破切顶护巷技术;并针对92606工作面的实际情况确定了顶板爆破孔深度为3.3~12.6 m,2个炮孔间距要小于等于1 m,切顶效果较好;同时对92606工作面提出了4种防冲控制方案。根据现场情况对其进行对比分析,得出当孔深8 m和6 m,间距0.5 m,在竖直方向上进行爆破的过程中,爆破面下部隅角一般都不存在悬顶,顶板与支架在爆破时一同脱落;这时可以进行顶板的切顶工作,就可以在一定程度上对92606工作面隅角悬顶,以及在沿空巷道方向上的采动形变进行控制。

不稳定厚层泥岩顶板大跨度切眼支护技术研究

福城煤矿1302南切眼跨度大,顶板厚层泥岩破碎范围大、破坏严重,采用普通锚网支护技术巷道维护困难。基于此,论文研究了不稳定厚层泥岩顶板条件下大跨度切眼围岩内外承载结构控制原理,提出了高强锚杆(索)、高锚固点(大锚固范围)及高承载结构的"三高"支护技术,确定了以高强度长锚杆、加厚"W"钢带、钢筋网、高预应力长锚索梁及单体支柱的联合支护形式,实现了巷道围岩的稳定控制。

某矿原切眼段切顶留巷围岩变形机理及防控技术

某煤矿21304工作面采用切顶沿空留巷技术,至安全回采留巷584 m时,为降低工作面排水成本,陆续对底板排水孔进行注浆封闭,从而导致原切眼段留巷迅速产生了较大变形。以上述问题为背景,对原切眼段切顶留巷围岩变形机理及防控技术进行了研究。结果表明:原切眼段留巷围岩变形受注浆封孔导致底板水压增大﹑积水导致底板吸水膨胀﹑支承压力降低区应力环境和巷道围岩完整性差等因素影响,其中底板排水孔注浆封闭导致底板水压升高是该段巷道变形的主要原因,巷道顶底板移近量以底鼓量为主,在此期间产生的底鼓量是顶板下沉量的2倍之多。提出了"重新疏通排水孔﹑加大支护强度﹑提高区域排水能力和矿压及排水量监测"等防控措施,有效控制了围岩变形,巷道卧底返修后能满足下一工作面使用要求。