厚煤层沿空掘巷围岩失稳机制及控制技术

深埋厚煤层沿空掘巷回采期间巷道大变形治理是制约煤矿安全开采的难题,国内外专家在支护实践中,总结多套巷道支护技术,但由于矿井地质条件的复杂多变性,现有的支护技术还不能完全控制围岩大变形。以羊场湾煤矿130205工作面深埋厚煤层小煤柱沿空掘巷回采期间围岩大变形为工程背景,依据全尺寸数值计算分析构建厚煤层沿空侧的覆岩运动特征与力学结构模型,利用摩尔-库仑准则分析沿空采动期间围岩失稳机理,得出通过降低作用于煤柱上方的垂直应力才能有效控制围岩变形的结论。在此基础上提出泵送支柱辅助支护方案,通过该方案的实施,风巷超前段围岩大变形得到有效控制,两帮移近量由3.6 m减小至1.5 m,减小58.3%;顶底板移近量由1.5 m减小至0.7 m,减小66.1%,确保了工作面的正常回采。

无机材料充填技术在工作面过空巷中的应用

为了保证工作面安全通过与其斜穿大断面空巷,基于充填控制围岩变形基本原理、待治空巷特征以及充填材料特性,采用无机材料充填的方法进行了空巷治理。为确定充填材料参数,采用大范围数值计算的方法研究了工作面过斜穿空巷期间不同充填体强度下顶板下沉变形及应力分布情况,得出充填体强度越高,空巷底板下沉量越小,但相差不大的结论。基于此,考虑充填成本及空巷顶板强度问题,确定了空巷上分层5∶1、下分层3∶1的组合充填方案。现场应用结果表明:该方案能够满足围岩变形控制要求,当工作面接近和切割充填体时,无架前片帮或冒顶现象,支架阻力稳定,顶板无明显变形,工作面安全通过。

综采工作面巷道煤柱回收泵送支柱支护参数优化研究与应用

为了回收综采面巷道煤柱和过空巷,A矿在与22311工作面平行的空巷联络巷和交叉点区域进行了可切割泵送支柱的辅助支护试验。根据空巷支护参数,求解出了最坏情况下泵送支柱需要承担的荷载;依据泵送支柱设计强度并考虑其结构尺寸效应,求解出了单根泵送支柱承载能力;依据单条空巷所需支柱数量及工作面矿压规律,确定了支柱布置方式。工作面回采期间,初始设计施工段的空巷泵送支柱矿压观测结果与支护效果表明:与工作面平行空巷段,矿山压力大;空巷交叉点是泵送支柱的支护重点区域,越靠近工作面中部空巷,矿山压力越大;与工作面斜交或垂直的空巷,在锚杆锚索补强支护作用下,可不进行泵送支柱支护;空巷泵送支柱支护段顶底板变形量小,满足煤柱回收和工作面过空巷的要求并依此结果,进行了泵送支柱支护参数优化。在考虑空巷锚索补强支护作用的条件下并考虑一定的弱化系数,对22311工作面空巷段后期泵送支柱参数进行了优化设计和应用。结果表明:参数优化后的泵送支柱支护段,在工作面回采期间,顶板无明显破坏下沉,工作面安全通过空巷并成功回收煤柱,辅助支护成本降低。

横向切割工作面断层保护煤柱尺寸确定

为了研究已采工作面内遗留的断层煤柱对正在回采的横向切割工作面在相邻位置所需留设的断层煤柱尺寸的影响,以某矿3304,3306工作面为背景,根据工作面地质特征,利用FLAC3D软件模拟3306工作面在DF60断层处的回采,分析3306工作面在DF60断层处不同尺寸的断层煤柱的垂直应力和弹性应变能密度,对3306工作面在DF60断层处留设的断层煤柱尺寸进行优化。结果表明:3306回采工作面在DF60断层处所留设的断层煤柱的相对合理的尺寸为120m。