坚硬顶板切顶卸压技术对巷道围岩变形规律影响

针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运输巷实施不同切顶卸压方案时,临近采空区的16403回风巷侧向顶板采动应力传递规律,并在现场施工水力压裂钻孔进行切顶卸压,实现临空巷道围岩变形控制。研究结果表明:“低位坚硬岩层悬臂梁+高位坚硬岩层砌体梁”破断结构是特厚煤层宽煤柱临空巷道大变形的主要原因,可采用切顶卸压技术破坏宽煤柱顶板侧向破断结构来控制临空巷道围岩大变形;切顶角变化可使关键块B长度发生改变,切顶角越大,则关键块B长度越小,临空侧顶板载荷向煤柱传递的程度越弱,临空巷道围岩承受的采动应力越小,切顶角为100°时临空巷道围岩垂直应力与变形量最小;在16402运输巷以切顶角100°施工水力压裂钻孔后,16403回风巷顶底板变形量较未实施切顶卸压的16402回风巷减小86.5%,两帮变形量减小87.1%,临空巷道围岩稳定性得到极大提高。

祁东煤矿厚硬顶板回采巷道锚杆(索)式主动超前支护技术及应用

针对我国当前被动式超前支护为主的超前支护形式难以匹配回采工作面自动化、少人化与智能化发展趋势这一问题,以8237工作面机巷为研究对象,提出了回采巷道主动式超前支护技术:在两巷超前区域采用主动式支护工艺,通过顶板损伤特征原位测试进行现场评估,采用FLAC^(3D)软件对比分析了无支护,无超前支护和主动式超前支护不同方案支护时的围岩应力演化与变形过程。矿压监测结果表明:巷道顶板最大下沉量32 mm,锚索受力最大变化量7 kN;主动式超前支护可显著提高围岩结构稳定性,确保工作面回采期间安全。

基于线性自抗扰防卡压力流量回转系统研究

针对煤巷锚杆支护时岩石强度复杂多变而出现的卡钻现象,提出一种线性自抗扰控制(LADRC)算法,通过控制比例先导压力阀和变转速伺服电动机,合理匹配钻进时的压力和流量。为验证上述方法的合理性,设定负载端为突变和渐变两种围岩硬度变化工况,在AMESim与Matlab/Simulink中进行模型搭建和联合仿真实验,并与滑模控制(SMC)和PID控制进行比较。结果表明:根据负载变化,采用比例先导压力阀实现回转马达变扭矩输出,可以解决钻进过程卡钻问题;采用转速环和电流环双闭环控制的伺服电动机,可以根据负载变化调节系统流量。提出的LADRC控制电动机和压力阀相较于滑模控制和PID控制,超调量更小,具有更好的响应性和鲁棒性。

动压影响孤岛工作面巷道围岩“卸-支平衡”协同控制技术

煤矿深部工作面回采过程中,经常受到强开采动压作用影响,矿压显现强烈,巷道围岩变形破坏程度大,尤其对于孤岛工作面,动压影响更加显著,围岩控制难度成倍增加。为了解决深部孤岛工作面强动压影响回采巷道围岩控制问题,以2308工作面为研究背景,采用理论分析、数值模拟、现场验证等方法,首先对巷道围岩结构模型进行分析,确定影响工作面围岩稳定的主要因素;进一步对煤柱宽度和钻孔卸压2种方案进行研究,并根据巷道围岩的实际变形情况,确定巷道围岩的非对称支护参数,实现受强动压影响回采巷道的“卸-支平衡”协同控制方案。经过现场实践验证,2308工作面巷道顶底板移近量为260 mm,两帮移近量为471 mm,巷道围岩的整体性得到增强,变形得到有效控制;采用“卸-支平衡”方案对受动压影响巷道围岩的控制效果显著。

新上海一号煤矿软岩回采巷道预裂卸压技术研究

基于新上海一号煤矿软岩巷道支护薄弱的特点,提出了一种新的预裂卸压技术,旨在解决软岩巷道围岩大变形控制难题。该技术主要采用超前预裂卸压为主、NPR锚索协同支护为辅的方式,通过预裂卸压切断采空区顶板与巷道顶板之间的联系,加速顶板垮断,减小悬臂长度及传递至临空巷道顶板的覆岩荷载。同时,采用NPR锚索提前对巷道进行补强加固,确保了沿空巷道在超前应力影响下的稳定性。实地应用表明,采用预裂卸压技术回采巷道围岩变形量得到有效控制,验证了预裂卸压技术的有效性。为软岩巷道稳定性控制提供了一种新的解决方案。

综掘工作面气室降尘技术研究

针对掘进巷道中的粉尘控制问题,传统的长压短抽通风降尘技术存在粉尘扩散区域大、风幕降尘技术存在射流孔易堵塞等弊端。以巴拉素煤矿综掘工作面为工程研究背景,建立了掘进作业过程中的粉尘运动数学模型,得出降低综掘工作面粉尘浓度的关键因素是控制掘进巷道风流场扰动范围及减小粉尘颗粒运动时间。以上述关键因素为依据,在风幕降尘的基础上开发了气室降尘技术,通过在正压风筒末端加装风袖,与风幕共同作用将粉尘封闭在气室区域内,再由负压风机抽出,以提高降尘效率。采用Fluent软件对长压短抽通风降尘、风幕降尘和气室降尘进行模拟对比分析,并优化了气室降尘技术参数。模拟结果表明:采用气室降尘技术时,综掘工作面人体呼吸带位置的粉尘浓度为350 mg/m^(3),较采用长压短抽通风降尘时的600 mg/m^(3)和风幕降尘时的480 mg/m^(3)大幅降低;气室降尘最优技术参数为正压风筒出风口距综掘工作面14 m、负压风筒末端直径0.6 m。在巴拉素煤矿2号煤2号回风大巷综掘工作面进行现场试验,结果表明采用气室降尘时,掘进巷道最低粉尘浓度为118 mg/m^(3),低于采用长压短抽通风降尘时的184 mg/m^(3)和风幕降尘时的156 mg/m^(3),且降尘效率较长压短抽通风降尘平均提高54.8%。

双临空综放面巷道变形能量时空演化机理及防治技术研究

以塔山矿8204-2特厚煤层综放不规则双临空工作面工程地质条件为背景,基于数值模拟揭示了不同煤柱宽度下采动应力及煤柱应变能密度分布特征。结果表明,双临空工作面回采期间,30~60 m宽的煤柱处于高应力状态,峰值超过25.96 MPa,为原岩应力的2.09倍;当煤柱宽度在30~60 m时,煤柱表现出高应力、高应变能密度的“两高”特点,发生强动压的危险性高。为防止三角变宽煤柱动力失稳,现场成功实践了“超深高密大直径卸压钻孔+补丁锚索加强支护”的强动压治理技术,使得巷道掘进和回采期间均未发生冲击地压及显著动压事故,实现了不规则综放面的安全回采。

综放孤岛工作面过空巷安全技术研究

针对岳城矿大巷煤柱回收工作面在回采过程中面临过空巷的技术难题,空巷内会出现顶板压力大、冒顶严重等问题,影响工作面的正常回采,以岳城煤矿大巷煤柱回收工作面为研究背景,通过理论计算得到了空巷支护强度应大于6.03 MPa,并采用数值模拟对不同支护强度下巷道的顶板应力及位移进行了分析,确定了当顶板支护强度达到7 MPa及以上时,空巷顶板下沉量可以控制在合理的范围内。空巷支护采用木垛支护,采用数值模拟对不同支护排距下空巷的顶板应力及位移进行了分析,确定选取0.7 m排距、1.5 m×3 m×3 m的联锁木垛可以满足综放工作面过空巷段的支护要求。现场矿压监测结果表明,当空巷顶板支护强度达到7 MPa及以上时,可以满足工作面安全生产要求,实现岳城矿大巷煤柱回收工作面的安全高效回采。

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。

迎采对掘巷道密集孔卸压及分段控制技术研究

针对炭窑坪煤矿坚硬顶板迎采对掘巷道变形破坏严重、难以维护等问题,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析了该类巷道围岩的垂直应力动态演化规律,揭示了动静载叠加扰动效应下巷道围岩变形破坏机理,提出了“密集孔切顶卸压及分段控制”技术。结果表明:迎采对掘巷道的垂直应力分布在走向上呈现3个阶段,即起始阶段(超前工作面50 m以外)、快速升高阶段(超前工作面50 m至滞后150 m范围内)、稳定阶段(滞后工作面150 m以外);迎采对掘巷道变形破坏原因为采空区大面积悬顶产生的侧向支承压力与邻近工作面采动产生的动载相互叠加作用;提出的“密集孔切顶卸压及分段控制”技术具体为在工作面煤柱侧顶板布置直径65 mm、深度18 m、孔间距400 mm的密集钻孔,在工作面采动影响下,钻孔间塑性区导通,主动控制基本顶断裂位置。实践表明,采用密集孔卸压及分段控制技术对类似巷道围岩稳定性控制具有指导意义。

坚硬顶板切顶成巷挡矸结构变形与破坏机理研究

针对坚硬顶板切顶成巷过程中挡矸结构易弯曲、偏移问题,以邱集煤矿11煤1105工作面运输巷为研究对象,构建全过程挡矸结构力学模型,并结合ABAQUS数值模拟软件分别模拟了受矸石冲击、挤压时挡矸结构受力变形情况。研究结果表明:坚硬顶板垮落矸石冲压特征明显,易导致挡矸结构横向弯曲,尤其是挡矸结构中工字钢上部变形严重,通过对工字钢顶端施加横向约束力,可有效减小工字钢变形;受矸石挤压作用,金属网发生网兜变形,并对相邻工字钢产生较大的拉应力,易造成整体失稳;工字钢间距800 mm时钢筋网变形量降低明显。提出1种新型挡矸支护方案,经现场实施监测,新方案下矸石帮变形减小了约49%,满足生产安全需要。

煤矿工作面动压巷道支护施工方案分析

为进一步探究煤矿工作面动压巷道支护方案要点内容,以H煤矿工作面动压巷道现有支护方案存在的主要问题为研究对象,首先结合实际问题,应用仿真分析方法对巷道预留煤柱宽度进行优化,其次基于理论计算方法,对支护方案中锚索和锚杆的技术参数进行确定,以完成巷道支护方案的优化设计工作。从实际运行效果来看,优化后的巷道支护方案有效解决了围岩变形问题,具有一定的应用价值。

综采工作面快速过空巷技术研究

以山西A矿5302综采工作面回采过空巷为工程背景,为实现采面安全高效回采,结合空巷分布位置、支护方式、围岩岩性、采面矿压显现等情况,针对性提出空巷补强加固方案及安全技术措施。工程应用结果表明:采用锚索+W钢带+架棚补强支护顶板,采用玻璃钢锚杆补强支护巷帮,同时在局部破碎围岩进行注浆加固,可显著提升空巷围岩稳定性;综采面调斜、等压可缩小一次揭露空巷范围,确保空巷处于全负压通风范围中,避免揭露空巷期间出现老顶周期来压问题;采用底板贯通方式揭露空巷,避免采煤机截割空巷顶板锚杆、锚索、 W钢带等金属物而导致顶板失稳。工程应用后,采面过空巷期间可保持4.8 m/d的推进速度,期间未出现矿压异常、空巷围岩变形量大等问题,表明现场采用的过空巷技术效果显著。

浅埋深大断面半煤岩巷快速掘进支护技术

研究浅埋深大断面半煤岩巷快速掘进支护技术对薄及中厚煤层的安全高效回采具有重要意义。以布尔台矿12203主运顺槽掘进工作面为研究对象,采用理论分析、工程类比和现场应用等方法,对巷道支护方式和支护设计原则进行了分析,提出了巷道围岩支护设计方案。针对巷道围岩变形(顶板下沉和两帮收敛)情况,验证了支护设计方案的有效性和可行性,提高了矿井的安全高效生产,同时也为其他煤矿的浅埋深大断面半煤岩巷的支护提供了技术方案。

耦合让均压支护在深部开采矿井软岩支护中的应用

深部软岩巷道围岩控制面临围岩变形量大、支护体受力大以及围岩控制困难等问题,是矿井深部开采期间需解决的现实问题。以11306运输巷围岩支护为工程背景,针对巷道埋深大(平均埋深680 m)、围岩松软(顶底板为砂质泥岩、泥岩)问题,在分析原有锚网索支护体系失效原因基础上,提出将耦合让均压支护应用到巷道围岩控制中。耦合让均压支护中使用的让压蛇形锚杆、让压鸟窝恒阻锚索及“JW”钢带、柔性纤维网等均具有抗变形能力强、支护强度大优点,同时让压蛇形锚杆、让压鸟窝恒阻锚索可与顶板耦合变形,可持续给顶板较大的支护作用力。工程应用后,11306运输巷顶底板、两帮变形量最大分别为191、105 mm,围岩变形控制效果显著。

深部开采动压巷道切顶护巷技术研究

针对采区轨道大巷在邻近的51301工作面采动影响下出现围岩变形量大、支护难度高等问题,结合现场情况提出综合采用切顶卸压+恒阻锚索补强方式控制采区轨道大巷围岩变形。具体在采区轨道大巷邻近的51301运输巷内布置切顶卸压钻孔,通过深孔爆破方式切断采面顶板与采区轨道大巷顶板间应力传递路径;恒阻锚索对采区轨道大巷顶板、两帮进行补强加固,并与原有支护体系相互配合,实现动压影响巷道围岩变形有效控制。现场应用后,轨道大巷围岩变形量大问题得以较好解决,巷道断面收敛量较小,表明现场采用的围岩支护技术取得较好应用成果。

孤岛工作面回采巷道围岩稳定性分析及支护方案优化

针对孤岛工作面回采巷道受多次采动影响易发生严重变形的问题,以王坡煤业3206回风顺槽为研究对象,对孤岛工作面回采巷道围岩变形破断特征进行分析,采用钻孔窥视方法对孤岛工作面回采巷道围岩变形特征进行分析,指出原锚网索支护不能有效控制巷道围岩变形,提出了“全锚索+钢筋梯梁+喷浆”的联合支护方式。现场应用结果表明:巷道顶底板最大移近量为186.97 mm,两帮最大移近量为288.24mm,证明优化支护方式有效控制了巷道围岩变形。

多重采动作用下孤岛面沿空巷道支护优化研究

煤矿开采过程中,在高地应力作用下容易发生潜埋薄基岩覆岩迁移,采场强矿压显现诱发巷道围岩结构变形失稳。在设计转龙湾煤矿二采区新掘采动巷道23206胶运顺槽时,根据煤矿实际工程地质条件,采用理论分析、实验室围岩物理力学参数测试、钻孔围岩结构探测、强采动巷道围岩稳定性演化规律、数值模拟等技术手段进行分析,明确转龙湾煤矿已掘强采动巷道的合理支护技术要求,分析掘巷期间不同支护方案下的围岩稳定性,从而确定23206胶运顺槽的支护方案。研究表明,卸压使得煤体浅部应力值降低,利于围岩承载结构的形成,卸压能够一定程度地减小围岩变形;锚固强化了煤帮浅部煤体,巷道整体变形量显著降低;因此“卸压-锚固一体化”协同稳控技术具备应对强采动巷道尤其是实体煤帮应力集中的沿空巷道支护能力。

竹林山煤业大断面松软煤层临空动压巷道支—卸协同控制技术实践

山西阳城阳泰集团竹林山煤业有限公司回采巷道采用双巷布置,沿底板掘进,煤层节理裂隙发育,整体强度低。其中的一条巷道为临空留巷巷道,在本工作面采动影响下,巷道围岩出现大变形,无法满足下一个工作面回采的断面要求,不得不进行扩刷返修。对该矿1406运输顺槽(临空巷道)受采动影响期间围岩大变形机理进行了分析,提出了“高强螺纹钢锚杆+高强锚索+钢筋梯子梁+金属网+水力压裂切顶卸压”为核心的大断面松软煤层临空动压巷道支—卸协同控制方案,并应用于1405运输顺槽围岩控制中。现场的巷道矿压监测结果表明,该方案能够有效控制巷道围岩变形,确保工作面回采期间巷道断面的要求。

综放工作面过空巷时支架-围岩稳定性控制

通过分析综放工作面过空巷时支架-围岩稳定性控制的技术难点,提出在过空巷合理的时空节点上实施停采等压、强力锚杆索支护、注浆固结修复和支架支撑力保障的综合控制技术,并阐述了相应的控制机理。建立了综放工作面过空巷时基本顶破断的结构模型,分析得出过空巷时长关键块条件下的支架临界工作阻力;采用数值模拟方法分析综放工作面过空巷时采动影响下围岩应力分布、变形与破坏特征,确定综合控制技术实施的时空节点与相关参数,进而结合现场地质生产条件与矿压规律确定相应技术方案,并进行现场应用。现场实践表明,采用综合控制技术后,未发生大范围冒顶、支架压架等恶性支架-围岩事故,解决了9102综放工作面过空巷的相关技术难题。