特厚煤层沿空掘巷围岩支卸协同控制技术

针对特厚煤层小煤柱沿空掘巷大范围塑性全煤巷道锚网索的支护难题,以塔山煤矿8204-2小煤柱工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析等方法,揭示了锚杆、锚索对沿空大范围塑性全煤巷道的支护机理。锚杆支护主要作用于浅部二次破碎区煤体,形成浅部连续承载结构;锚索主要作用于深部处于三向受力状态的稳定煤体,形成更大范围的连续稳定承载结构;进一步明确了锚杆、锚索有效长度的计算方法,形成了以高预紧力、高强“锚-网-索”支护为基础,以坚硬顶板井下磨料水射流切顶卸压、巷帮大直径钻孔卸压、底板卸压槽卸压为辅的“支卸协同”小煤柱沿空巷道围岩控制技术体系。工程应用结果表明,试验巷道围岩最大变形量小于700 mm,能够满足使用要求。

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。

厚硬砂岩顶板巷道切顶强支护巷技术应用研究

针对厚硬砂岩顶板巷道在生产过程中覆岩压力较高,且开采扰动较大,造成巷道大范围片帮与底臌的难题,以红柳煤矿1040202工作面为研究对象,通过理论分析阐明了厚硬顶板巷道围岩的应力传递路径,揭示了静载压力与开采扰动下巷道产生片帮与底臌的机理,得到了厚硬砂岩顶板巷道切顶强支护巷技术的理论依据,并开展了相关的现场试验。研究表明:巷道围岩应力集中是围岩片帮松动的根本原因,巷道两帮支承效果衰减是巷道底臌形变损伤的重要原因;切顶强支巷道两帮收缩量较原支护减小47%,底臌量减少45%,集中应力减少19.9%;加强巷道支护措施,实施巷道围岩卸压,可有效改善巷道受力情况,减小巷道破坏程度。

庞庞塔煤矿110501综放工作面“110工法”技术研究及实践

针对霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿留煤柱开采导致采掘接替紧张、煤炭资源回收率低的问题,以110501综采工作面为研究对象,提出采用切顶卸压无煤柱自成巷“110工法”进行开采,设计了恒阻大变形锚索补强支护和顶板预裂切缝孔布置方案。现场应用结果表明:所采用的技术方案有效控制了110501胶带顺槽围岩变形,使110501综采工作面多回收煤柱资源约5.8万t,创造经济效益约3480万元。

巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案研究

针对雅店煤矿深部高应力地质条件下巷道围岩大变形难题,以雅店煤矿ZF1407工作面为工程背景,分析得出巷道围岩大变形的主要因素为高应力作用、巷道掘进和回采影响。提出巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案,方案采用浅部高强度锚杆索支护、深部压裂卸压及破碎围岩注浆加固协同控制的方法,并进行理论论证和现场设计实践,通过观测方案实施后井下围岩情况与矿压监测情况。监测结果表明,方案实施后巷道变形量减小,工作面来压稳定,锚杆、支架受力情况得到明显改善。巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案可以有效解决雅店煤矿深部复杂困难条件下的巷道支护问题,保证巷道支护安全稳定。

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。

巷道内强主动支护与弱结构卸压防冲协调机制

为探索深部冲击地压巷道稳定性控制技术,解决冲击地压巷道支护与卸压之间的矛盾,以义马矿区常村煤矿21170运输巷为研究对象,依据冲击地压巷道的强弱强结构模型,采用理论分析、数值模拟、现场试验相结合,分析了强弱强结构消波吸能特性以及内强小结构破坏能量准则和弱结构吸能效应。根据钻孔破碎区力学特征理论推导了多次反复致裂中间弱结构卸压区影响因素,多次反复致裂半径与钻孔半径、初始应力、内摩擦角、弹性模量、降模量、峰值强度和致裂半径修正系数有关。通过数值模拟分析了内强小结构内置钢管支撑护壁技术对巷道围岩的强度和支护体结构完整性控制效果以及周围煤岩体的应力、位移的破坏规律。研究了内强小结构主动支护强化技术,中间卸压防冲弱结构的内置套管反复掏裂致裂方法,并通过微震能量监测验证了弱结构防冲吸能效应。研究结果表明:内置钢管支撑护壁技术在保护内强小结构不受破坏的作用下可以多次进行弱结构致裂,既防内强小结构松动圈裂隙扩展,又防止巷道支护层的整体失稳。工程实践表明:锚杆索主动支护+液压抬棚减跨强力支护+卸压防冲弱结构组成的“内支-外卸”组合技术,微震监测显示震动能量减少了50%,巷道两帮位移和顶板下沉显著较小,有效维护了巷道围岩稳定性,保证了工作面顺利安全回采。

构造复杂区域巷道控顶卸压原理与支护技术实践

针对构造复杂区域内煤巷存在的高应力、围岩破碎和支护困难等问题,提出了控顶卸压原理及配套的三锚支护技术,即在巷道掘进过程中,首先以较小的断面进行超前掘进,并对顶板采用高强度锚杆进行及时支护,而对巷道两帮煤体不支护,允许两帮煤体产生一定的变形和破坏,形成松动圈,从而使围岩中的高应力得到释放;当两帮煤体出现片帮后再进行刷帮和锚杆支护,并对顶角补充锚杆进行支护;然后再采用预应力锚索对顶板进行加强支护,且对巷道底角采用内注浆锚杆进行锚注加固。这样形成了一套完善的控顶卸压原理和三锚支护技术。该原理和技术得以应用于肥城矿区陶阳煤矿构造复杂区域煤巷的支护实践,经回采实践和矿压观测表明,取得了较好的技术与经济效果,为构造复杂区域煤巷的支护提供了一条有效途径。

岩爆倾向岩石巷帮钻孔爆破卸压的静态模拟

冲击地压、大变形或分区破裂化正成为我国深部开采的难题.高地压是导致冲击地压、大变形或分区破裂化的根源.钻孔爆破卸压是转移或释放高地压的有效措施.以厂坝铅锌矿灰岩为样本,应用FLAC3D静态模拟巷道掘进中巷帮钻孔卸压的钻孔间距、钻孔深度及有无孔底爆破的卸压效果.研究表明：巷道埋深越深,支承压力越大,钻孔间距也将越大;钻孔深度介于支承压力峰值与支承压力区最大宽度所处的位置之间;仅钻孔而不孔底爆破的卸压效果不明显.上述研究规律应用于文峪金矿、豫灵镇某万米平巷和东桐峪金矿的灰岩、大理岩巷道掘进,成功控制了岩爆飞石.巷道穿过无岩爆倾向的岩石,如煌斑岩时,尽管不会发生岩爆,但是将它们的钻孔间距、钻孔深度较岩爆倾向地段增大0.5~1.0 m并类似孔底爆破,可以确保支承压力持续向围岩深部转移或部分释放,避免巷帮因应力集中而发生开裂或片帮.

深部巷道围岩卸压协调控制技术

为解决深部高应力巷道围岩支护难维护问题,综合采用现场实测、数值计算、理论分析及工业性试验等方法,基于深部巷道钻孔卸压机理、钻孔参数确定方法及卸压钻孔与支护结构作用关系的分析,提出深部巷道围岩卸压协调控制技术,包括一次让压、钻孔卸压和二次高强锚注支护等3方面:一次让压支护使围岩产生恒阻变形,降低卸压引起的支护结构非协调受力;钻孔卸压的作用是转移巷道周边高应力,补偿围岩变形,减小巷道径向收敛;二次高强锚注支护为卸压协调控制技术的核心,目的是控制卸压后破碎岩体的后期蠕变。工程应用效果表明,该技术可有效控制深部巷道围岩大变形,具有一定的推广应用价值。

千米深井孤岛煤柱工作面沿空掘巷冲击地压控制技术研究

以张双楼矿7121工作面为背景,分析了孤岛工作面沿空掘巷应力分布特征及冲击地压发生原因,提出了巷道控制技术,并进行了FLAC数值模拟分析。孤岛工作面应力分布基本呈"马鞍形",应力集中系数k约为3,高静载主导-强动载诱发的动静载叠加诱冲机理;巷道采用高强锚杆内强支护体、大直径钻孔弱结构体、原岩应力外强结构体为一体的支护-卸压协同控制技术;支护-卸压协同控制时应力峰值58.66MPa、两帮收敛量57.76mm、右帮塑性区范围较大,冲击危险性小;现场巷道变形监测效果良好。研究成果为深井煤岩强动力灾害防治提供借鉴和指导。

压差减压阀在静压支承中的应用研究

该文为解决加载试验机工作时引起磨损的严重问题,提出应用静压支承的原理来减小磨损。对静压支承液压系统采用压力跟踪控制方式,保证了静压支承具有足够的油膜刚度,提高了静压支承的承载能力。用压差减压阀在静压支承实现压力跟踪供油控制在国内尚属首次,虽然尚不成熟,但在此方面的探索是十分有益的,它可以为工业生产带来可观的经济效益。

煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理

由于煤矿深部煤岩体物性、应力、瓦斯等因素显著改变,出现了应力主导型突出、低瓦斯压力突出等新的灾害特征。为了更好地指导煤矿深部突出防治工作,基于煤与瓦斯突出关键结构体致灾理论,结合所建立的易突出构造煤体渗透率演化理论模型,揭示了煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理。研究表明:煤与瓦斯突出灾害防控的核心是高效抽采瓦斯,其关键是设法降低地应力;降低易突出构造煤体所受地应力大小,可起到降低弹性潜能、提升煤层渗透率、促进瓦斯高效抽采、降低瓦斯内能等多重效应;煤矿深部开采煤与瓦斯突出灾害防控应因地施策,从卸荷消能和煤岩介质属性改造两方面着手,重点区域在采用卸压增透和瓦斯抽采措施后,还可采取一些提高煤体强度、抑制瓦斯解吸等改性措施,确保煤矿深部采掘作业的安全。

深埋薄基岩综放工作面切顶卸压沿空留巷围岩协同控制技术研究

为解决深埋薄基岩切顶卸压沿空留巷巷道受采动影响支护困难的问题,以焦作煤业集团赵固(新乡)能源有限责任公司赵固一矿18060综放工作面切顶卸压沿空留巷巷道为工程背景,基于留巷围岩结构运动和覆岩力学传递特征,提出深埋薄基岩切顶卸压沿空留巷巷道围岩协同控制技术。研究结果表明:采用定向预裂爆破技术能够切断留巷顶板下位关键岩层,并形成短壁梁结构;与未切顶相比,切顶后巷道侧向支承压力减小14.17 MPa(降低37.67%),顶板竖向应力峰值减小5.22 MPa(降低22.5%);切顶侧矿压较未切顶侧明显降低,切顶影响范围约30 m;留巷两帮收缩量最大为471 mm,顶底板移近量最大为717 mm,工作面后方约200 m开始稳定。提出的深埋薄基岩切顶卸压沿空留巷围岩协同控制技术现场应用效果较好,可为类似地质条件下的切顶卸压沿空留提供参考。

沿空留巷围岩卸压支护协同控制技术研究

为解决沿空巷道受相邻采空区未断裂基本顶形成的悬臂梁支承压力影响的问题,采用水力压裂顶板卸压的方法,对采空区基本顶提前压裂,尽量减少相邻采空区基本顶形成悬臂梁结构,从而降低和转移沿空巷道顶板所受支撑压力的强度。在此基础上采用柔模袋充填混凝土在沿空巷道和采空区间做人工墙,对充填混凝土进行井下强度测试,同时对沿空巷道顶板以及所做的人工墙进行强力锚网支护,使其最大限度恢复到三向应力状态,提高其抗载能力。通过现场人工墙压应力和顶底板移近量监测对比表明:进行水力压裂卸压后,人工墙承受沿空巷道顶板最大压应力为21 MPa,比未进行水力压裂卸压区域所受压应力降低了36.4%;沿空巷道顶底板移近量为320 mm,降低了46.5%。水力压裂卸压后,极大改善了3109辅助进风巷的应力环境,降低了沿空巷道顶底板移近量,保证了沿空巷道的安全使用,有效的缓解采掘紧张的局面。

大埋深综采煤层沿空留巷变形联合控制技术

为了解决大埋深综采煤层沿空留巷围岩变形问题,以梧桐庄煤矿182605工作面为工程背景,通过现场调研、理论分析与方案设计,提出了“巷道超前补强加固支护+切顶卸压爆破技术+高水材料沿空留巷巷旁支护”联合控制技术体系,并结合现场实测数据验证了该方案的可行性。工程实践表明:联合控制支护体系实施后,对巷道围岩的变形起到了有效控制作用,截止距离工作面开切眼293 m时,两帮移近量和顶底板移近量呈现先上升后逐渐减小,最终趋于平稳;受损单体液压点柱仅占比4.1%;该技术已成功实施沿空留巷640 m,巷道变形控制在允许变形范围内,整体留巷效果较好。

综放沿空巷道非对称变形破坏主控因素与支-卸协同控制

针对厚煤层综放开采沿空巷道所面临煤柱合理留设、掘采多重扰动、断面大、托软弱厚顶煤等问题,采用现场调研、理论研究与工程实践相结合的方法,分析综放沿空掘巷围岩非对称变形破坏特征,揭示其本质原因与主控因素,提出大断面综放沿空巷道围岩控制要求及支护-卸压协同控制技术体系。研究结果表明:覆岩结构和应力在巷道断面垂直和水平方向呈明显非对称分布是综放沿空巷道围岩非对称变形破坏的本质原因;掘、采多重扰动,覆岩关键岩块活动,托软弱厚顶煤,存在围岩薄弱体-煤柱,截面尺寸大,围岩控制技术不科学等问题,是引发覆岩结构与应力非对称分布的主控因素;综放沿空巷道围岩控制技术应满足适应顶板非对称变形特征,具有较强的抗剪切能力,提高煤柱承载能力,人工干预覆岩结构特征、改善应力环境等要求;在整个服务期间,受掘、采扰动,围岩变形主要表现为两帮收敛量较大,顶底板移近相对较小;水力压裂卸压技术通过改变顶板覆岩结构,降低和转移高水平应力,可明显降低巷道围岩应力及工作面来压强度;近场高预应力强力差异化支护-远场水力压裂卸压协同控制技术体系能够适应大断面综放沿空小煤柱掘巷围岩非对称变形破坏特性,全面抑制巷道围岩失稳。

综放面沿空留巷围岩控制技术及矿压显现特征研究

为提高煤炭资源回收率,降低回采巷道掘进率,增加工作面顺层钻孔瓦斯的抽采时间,唐安煤矿在3313综放工作面轨道顺槽实施沿空留巷技术。3313工作面轨道巷顶板基本支护方式为锚网支护,加强支护方式为快速承载预应力锚索,留巷前后顶板支护分为一级支护与二级支护,并设计研究了巷旁支护参数和切顶参数。对综放开采条件下3313工作面轨道顺槽沿空留巷的矿压显现特征研究结果表明:巷道顶板在工作面推过350m后运动开始逐渐趋于缓和,因此最好是工作面推过350m以后再进行单体柱的回撤。

综采工作面回撤巷强矿压显现机理及控制技术

为保障厚煤层综采工作面回撤巷的安全使用,以鄂尔多斯纳林河二号井31102工作面回撤巷强矿压显现为背景,通过现场监测与理论分析相结合的方法,对厚煤层综采工作面开采过程中回撤巷强矿压显现进行研究。结果表明:厚煤层综采工作面回撤巷强矿压显现,主要为工作面采动引起的超前支承压力、相邻采空悬顶引起的双向支承应力,以及回撤巷开掘引起的静载三者耦合作用的结果。根据强矿压发生机理,提出回撤巷道及相邻巷道钻孔卸压和补强支护相结合的控制方案,使其处于“强支、强卸”状态。在相邻31103工作面回撤巷实施强矿压控制技术,通过现场观测和数据分析,表明强矿压控制技术效果良好,可有效保障回撤巷的安全使用。

底分层工作面沿空留巷复合支护技术研究及应用

基于河南某矿15032底分层工作面运输巷的工程地质条件,通过对沿空留巷顶板结构变化特征进行全程监测,采用预裂爆破切缝、"双层金属网+锚索梁+钢丝绳+工钢梁"组合支护等控制手段,得到留巷支护参数,并在现场作了试验。结果表明,在采用复合支护下的顶板切顶卸压效果良好,留巷围岩可较好地保持稳定。采掘接替紧张、巷道维护困难等难题得以解决,满足了安全生产需要,为类似条件下的沿空留巷实施提供技术借鉴。