近距离煤层群协同机理对下位煤层巷道围岩应力研究

针对山西西易煤矿近距离4-1煤层、4^(-2)煤层,上位4-1煤层遗留煤柱对底板应力集中问题,讨论下位4^(-2)煤层巷道布置特征。通过塑性理论计算得出遗留煤柱对底板影响深度为25 m,大于上、下煤层夹层厚度,并计算得出遗留煤柱对底板横向影响范围为33.9~39.9 m。基于FLAC3D数值模拟分析下位4^(-2)煤层三种巷道位置布置方案,得出巷道布置在采空区最有利。综合分析遗留煤柱应力影响范围和数值模拟方案,得出下位4^(-2)煤层巷道外错40 m最为合理,且利于相邻工作面巷道布置。同时,提出采用“工字钢棚+锚杆+金属网”联合支护形式,在掘进和回采期间巷道稳定性较好,能保证正常矿井生产。

区段煤柱回收对沿空留巷围岩失稳影响与控制技术研究

重复采动影响下沿空留巷巷道围岩的稳定性控制是确保工作面在采取该成巷布置工艺条件下实现安全回采的重要保障。本研究以乌兰木伦煤矿巷道布置工艺由原双巷掘进向沿空留巷过渡转变条件下,开采12408综采工作面煤体和与12407工作区段遗留的煤柱时面临的留巷围岩破坏失稳问题为工程背景,通过采用现场实测、理论分析和数值模拟的方法对其沿空留巷围岩失稳响应机理进行分析,并提出了采用多举措融合手段技术解决12408外回风巷道剩余段围岩失稳问题。结果表明:二次动压叠加影响作用、基岩岩性特征与埋深的耦合作用、巷道断面支护强度与回采强度参数匹配的不合理性是导致留巷围岩失稳的主要因素;通过采用补强支护+增加单元支架+合理控制回采速度的耦合控制技术体系后,12408工作面剩余段在回采过程中顶离层值为70 mm,顶板最大下沉40 mm,两帮最大移进量23 mm,整体变化较小,围岩变形状态未影响安全回采,变形处于可维控范围。

集贤煤矿切顶留巷关键参数及留巷稳定性分析

针对双鸭山集贤煤矿东二采区16#右三工作面切顶留巷难题,建立了切顶留巷围岩力学模型,给出了切顶高度、切顶角度等关键参数理论计算式;分析了切顶参数(切顶高度、切顶角度)对留巷围岩应力分布及变形特征影响规律。模拟结果表明:切顶高度越大,卸压效果越好;切顶角度增大,实体煤侧应力呈现增大趋势,同时也为矸石垮落创造一定条件。相似模拟结果表明:当煤层开采至一定距离时,采空区上位岩层同期垮落,切缝范围岩体和垮落岩体形成铰接,即巷旁充填基本完成,留巷上方形成“低位悬臂梁+高位铰接岩梁”结构。实践结果表明:切顶高度8.0 m(即切断2.39 m的中砂岩),切顶角度10°,切顶钻孔排距600 mm,距工作面60 m左右时,顶板下沉量为168 mm,实体煤帮移近量212 mm,矸石帮变形量几乎为0,底鼓量120 mm。

神东矿区安全高效矿井无煤柱沿空留巷开采技术研究

近年来,神东矿区积极响应行业发展趋势,致力于无煤柱开采技术的研发与推广,相继试验并成功应用了柔模混凝土墙沿空留巷技术、切顶卸压自成巷技术以及沿空预置混凝土墙掘巷技术等多种创新手段。本文介绍了神东矿区沿空留巷研究现状,阐述了神东矿区现有沿空留巷技术特点,并提出了神东矿区在沿空留巷研究与应用中存在的主要问题及措施,最后对神东矿区现有无煤柱开采技术经济效益进行了分析。

特厚煤层综放开采沿空掘巷合理煤柱宽度研究

针对坚硬特厚煤层综放开采沿空掘巷煤柱宽度的最佳选择及其围岩应力分布的问题,本文采用理论分析与数值模拟的研究方法。研究了工作面侧向及超前支承压力的分布规律,确立沿空巷道的科学布局。研究结果表明:在采空区处于不稳定状态时,煤层端部悬臂梁结构控制着侧方支承压力;而采空区处于稳定时,侧向支承压力会降低,但影响范围会随之扩大。通过应用FLAC^(3D)数值模拟软件,并通过比较煤柱垂直应力的变化特征,最终确定了11 m煤柱为最优留设宽度。在矿井特殊构造地段,采用注浆加固技术,不仅改变了岩体的原有破坏机制,而且显著提升了煤岩的整体强度。

车村煤矿一号井综采工作面沿空留巷技术实践

为了提高煤炭回采率,实现煤炭完全、绿色开采,车村煤矿一号井综采工作面借鉴临近煤矿的成功经验,进行了预裂切顶沿空留巷技术实践。运用放炮预裂,控制炮眼位置、角度及装药量,增加单体液压支柱临时支护,切断“砌体梁”“传力岩梁”的应力传递,改变老顶位态,优化围岩应力分布。将3101综采工作面运输顺槽留做3102综采工作面回风顺槽使用,取消上下工作面间预留煤柱,排除煤柱引发的煤层自然发火隐患,减少煤炭资源浪费,缓解工作面接续,从而实现综采工作面沿空留巷的安全高效开采。

切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术实践

为缓解晋邦德煤矿采掘接替紧张的问题,消除区段煤柱应力集中,提高煤炭采出率,保持巷道的稳定性,以10404回风巷为研究对象,通过理论分析、数值模拟、现场测试等方法,对综放工作面沿空巷道的顶板结构特征、顶板切顶参数、围岩控制技术与配套设备、沿空巷道的矿压显现规律等进行深入研究,形成一套适合综放工作面的切顶留巷技术。通过矿压监测结果分析可知,在滞后工作面80 m距离时,由于采空区一侧的顶板随回采的进行逐渐被切落、充填和挤压,巷道的围岩变形逐渐变得稳定,证明取得了良好的留巷效果,保证下一工作面综放开采的顺利开展。

浅埋薄煤层切顶卸压沿空留巷无煤柱开采关键技术研究

针对浅埋薄煤层破碎顶板沿空留巷无煤柱开采巷道围岩稳定控制难题,以双龙矿业109工作面为例,采用力学分析、数值模拟、现场试验方法,开展了浅埋薄煤层切顶卸压沿空留巷关键技术研究。研究结果表明,采用切顶悬臂梁力学模型对比分析切顶前后顶板力学状态,切缝可切断巷道与采空区顶板的应力传递,提出了基于顶板结构状态优化的切顶卸压留巷技术参数,切顶角度80°、切顶高度6 m;模拟分析不同切顶高度2~6 m顶板岩层的应力分布特征,随切顶高度增加悬顶对沿空巷道影响逐渐减弱,充分切顶可降低沿空巷道围岩变形。研究提出的切顶卸压和锚索支护联合控制技术,沿空留巷现场试验效果良好,围岩变形得到了有效控制。

瑞能煤矿密集孔预裂切顶留巷技术实践

切顶卸压自动成巷技术中预裂切顶是无煤柱开采技术中重要的一环,预裂切顶效果是决定留巷质量的决定性因素之一。双向聚能爆破在预裂切缝中发挥了良好的作用,而免爆破预裂切缝成为了未来预裂切缝技术的发展趋势。在分析密集孔切顶留巷方法的基础上,通过施工一定直径、角度、深度和密度的连续孔,可以充分利用岩石的“抗压怕拉”特性,破坏岩体的连续性,使岩体抗弯强度进一步降低,从而在矿山压力的作用下,形成巷道与采空区间滑裂面,最终形成切缝线。经现场实践,采用密集孔进行预裂切缝的留巷效果较好。

厚煤层柔模沿空留巷工艺在神东矿区的应用

为了有效提高煤炭资源的采出率,减少巷道掘进量,以上湾煤矿12上307综采工作面即神东矿区首个在厚煤层中采用柔模沿空留巷工艺的工作面为工程背景,介绍了通过保证工程质量,架前挂网打锚索,架后打设木点柱等技术措施,保证柔模的安全架设与灌注工艺。工程实践表明:柔模沿空留巷工艺系统简单,施工速度快,留巷效果好。此沿空留巷工艺可使长度279.1m的综采工作面日推进度达到9m,具有良好的经济效益和应用前景。

预置矸石充填带置换小煤柱的无煤柱开采技术

为实现无煤柱开采,通过在上区段运输巷掘出后,在靠近下区段轨道巷的煤壁侧沿运输巷预置矸石充填带,待上工作面回采结束围岩稳定后,下区段轨道巷掘进时,紧沿预置的矸石充填带进行掘进,不再留设区段煤柱,用矸石充填带把上下2个区段之间应留设的煤柱置换出来,从而实现无煤柱开采。针对高庄煤矿3上507工作面地质条件,建立了预置矸石充填带沿空掘巷的围岩结构力学模型,对充填带的稳定性进行了非线性数值计算分析。根据矸石充填带稳定性的要求,确定现场充填带强度等级为C20,带宽为1 600 mm,高为4 000 mm,预留约1 100 mm厚顶煤,充填带与顶煤间留有100 mm间隙。工程实施效果验证了方案的合理性,取得了良好的经济与社会效益。

断裂带岩体采动效应的数值模拟研究

断层带岩体一直是煤炭开采过程中受关注的区域。随着能源紧缺问题的进一步突出,煤柱也日益成为被关注的主要区域。利用FLAC-2D数值模拟软件对断层带开采对底板和断层切割的含水层的岩体的应力和位移的变化进行模拟分析,提出了断层煤柱留设的建议,为科学留设防水煤柱提供依据。

深井厚煤层坚硬顶板强动压巷道围岩控制技术研究与应用

以深井厚煤层坚硬顶板强动压巷道支护为工程背景,在对矿井巷道围岩地质力学测试、初始支护巷道效果评价、回采超前应力监测结果分析的基础上,提出强动压影响留巷巷道加强支护与坚硬顶板切顶卸压技术相结合的综合围岩控制技术方案,有效控制了强动压巷道围岩的变形破坏,降低了回采期间巷道维修量,为工作面尾巷的二次复用和矿井安全高效生产提供了技术支持。

再论我国沿空留巷技术发展现状及改进建议

在2006年发表的《我国沿空留巷支护技术发展现状及改进建议》一文的基础上,总结了21世纪以来我国沿空留巷技术的新发展,包括巷旁充填的施工工艺与方法,由高水、膏体充填发展为柔模墙体及超前柱式支护,使得支护强度和隔绝密闭性有了极大地提升,并且具有了一定柔性以适应顶板的下沉;经过20余年的发展,沿空巷道巷内基本支护具有了高预紧力、高强度、高刚度和大延伸率的特性,能够有效控制巷道围岩的大变形,实现及时主动支护,并普遍辅以单体支柱作为巷内补强支护,进一步保持围岩的稳定性与完整性;统计分析了部分沿空巷道的支护形式及留巷效果,愈发说明了沿空留巷的成功与否是巷旁支护和巷内支护共同作用的结果。介绍了无巷旁充填切顶卸压沿空留巷新技术,包括卸压原理、切顶方法、切顶参数及切顶后巷内的支护方式及其工程应用等。阐述了近年来我国在沿空留巷理论研究方面取得的新成果,包含充填体的切顶阻力和支护阻力,充填体与围岩之间的相互作用关系及受力变形特征,切顶卸压沿空留巷的围岩活动规律及其与支护体之间的相互作用关系等。指出了我国沿空留巷技术在巷旁支护、巷内支护及相关理论研究方面存在的技术问题与科学问题。最后从支护设计、围岩控制、研究方法、技术装备等方面出发,提出了今后我国沿空留巷技术的发展改进建议。

留巷钻孔法煤与瓦斯共采技术

针对深井高地应力、高瓦斯含量、低渗透率煤层群开采效率低和深部开采面临的安全技术问题难以突破的现状,提出煤与瓦斯共采新思路、新方法.揭示了采动影响区内顶板岩层裂隙的动态演化及采空区侧"竖向裂隙发育区"的形成规律、Y型通风方式下采空区的空气压力场分布和卸压瓦斯的流动规律,建立了留巷钻孔法替代巷道钻孔法抽采卸压瓦斯的煤与瓦斯共采的新理论、新方法.

煤柱影响下被保护层开采应力演化特征数值模拟研究

为探究煤层群开采过程中,煤柱对被保护层开采应力演化特征的影响规律,以良村煤矿1801工作面为工程实际,应用FLAC3D应变-软化模型对煤柱影响下被保护层工作面开采时支承压力和三维应力的演化规律进行了数值模拟。研究结果表明:被保护层工作面除煤柱影响区之外整体处于卸压状态。支承压力演化规律与被保护层工作面开采进度紧密相关。当工作面推进位置处于煤柱影响区时,支承压力值突增至原岩应力的1.25倍,曲线呈快速上升态势。距离保护层的层位越高,垂直应力值越小,当层位距大于26m时,三维应力分布基本不再受煤柱的影响。煤柱影响下被保护层工作面范围可分为煤柱影响区、煤柱影响扩界区和卸压区,以此提出了瓦斯突出分区防治策略,在该工作面实施了高位穿层钻孔、采空区埋管瓦斯抽放、网状穿层钻孔和大直径卸压钻孔的综合措施,累计抽放瓦斯90余天,抽放瓦斯64805m3,效果检验指标均不超限,实现了安全回采。

近水平复合煤层露天矿非工作帮高位煤层回采方案研究

在我国近水平复合煤层露天煤矿开采建设过程中,边帮压煤问题普遍存在,但通常只针对下部煤层回采问题进行研究。基于如何进行非工作帮高位煤层回采的问题,利用初步形成的内排土场为作业平台,考虑边帮边坡稳定性对回采模式的影响,提出了在边坡稳定的前提下沿边帮依次形成“敞口”、“斜坡道”并分阶段回采的模式。结合露天矿实际生产中需满足一定边坡角以确保边帮整体稳定的要求,以经济效益最优为判断准则,将分阶段回采模式分为回收阶段间煤柱和保留阶段间煤柱两种回采方式,并通过定量分析分别给出2者经济可行性的理论判据,随之讨论了2种回采方式所取得的净收益值与煤层厚度的关系。研究表明:不同回采方式的净收益值与煤层厚度大小正相关,因此可借助分析煤层厚度与净收益值的关系来选择较优回采方式,具体应用过程中回采方式的经济合理性需结合现场实际进行验算。以某露天矿为工程实例:①确定回收阶段间煤柱回采方式更经济,其净收益为6385.320万元,非工作帮残煤回采剥采比为0.758;②可通过降低煤柱高度、增大采场和排土场所对应帮坡角的方式对保留阶段间煤柱回采方式进行改进以提高经济效益。成果可应用于类似露天矿,通过减少煤炭资源浪费,提升矿山企业整体经济效益的同时保证矿山安全、绿色、高效开采。

唐山矿“充-留”协调开采覆岩及煤柱变形规律研究

以唐山矿城镇下采煤为研究背景,基于矿井开采条件和生产实践,提出了"充-留"协调开采,采用数值模拟方法揭示了在不同充填率和采留比条件下覆岩和煤柱变化规律,模拟结果表明:研究区采用"充-留"协调开采技术,充填率不小于80%时,工作面顶板完整性较好,煤壁应力峰值降低,充填体阻止应力集中位置内移,能够满足地表房屋损害不超过Ⅰ级的控制要求;煤柱留宽不小于90m时,满足安全核区率85%的标准,煤柱垂直应力峰值较小,发生破坏的可能性较小。现场实施效果表明,该采区充填率80%、煤柱留宽90m时,支架压力分布平衡,村庄影响程度轻微,应用效果良好。

走向工作面贯通上山与支架快速回撤技术

针对走向工作面停采线与上山之间的护巷煤柱造成煤炭损失,支架回撤工艺复杂、巷道掘进量大等问题,提出走向工作面贯通上山与支架快速回撤技术。工作面贯通采区上山,利用上山回撤支架。在贯通前,利用压力拱模型分析剩余煤柱应力变化规律,并结合极限平衡区公式,确定让压煤柱为8 m;对贯通前基本顶合理断裂位置、让压调节机制、末采阶段采高进行了分析确定,并采取上山巷内补强支护及挂绳铺网措施。贯通上山后,首先利用支架对上山留巷,完成留巷后,利用上山回撤支架,先将上部端头3架逆时针旋转90°作为掩护架,在对剩余支架逐架回撤时,3个掩护架呈现台阶型。提出的技术取消了护巷煤柱及回撤通道,提高了煤炭采出率,减少了巷道掘进量,简化了回撤工艺。

赵官煤矿2707W工作面沿空留巷应用研究

为解决传统沿空留巷工作面围岩变形严重及支护困难的问题,提出“切顶预裂+锚注支护+锚索桁架+U型钢棚护巷”的无煤柱沿空留巷方案。依托赵官煤矿2707W工作面为工程背景,运用理论分析、数值模拟及现场实测的方法,对其关键参数进行优化研究。结果表明:切顶卸压的实施,能够使巷道应力集中向实体煤侧更深处转移,有效地降低巷道围岩应力;锚注支护的实施,有效地降低巷道的垂直应力,减小巷道变形,提高沿空留巷效果;现场工业性试验表明:“切顶预裂+锚注支护+锚索桁架+U型钢棚护巷”的留巷方案,能够有效控制巷道围岩变形,满足沿空留巷要求,实现无煤柱沿空留巷开采。