高应力综放工作面切顶卸压沿空留巷开采技术研究

为了研究大埋深、高应力、坚硬顶板等特殊地质条件下的综放工作面切顶卸压沿空留巷开采技术,以河南焦煤能源有限公司古汉山矿1604综放工作面为工程地质背景,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对巷道顶板运动规律进行研究,确定沿空留巷关键参数,并在现场进行工程试验。结果表明:采用定向预裂爆破技术能够阻断巷道上方与采空区上方基本岩层中的应力传递,达到卸压和预裂目的;切顶高度为12.3 m时,可切断下位关键岩层;沿空留巷巷道顶板平均下沉256 mm,采空区帮平均移近214 mm,留巷滞后工作面110 m后围岩开始趋于稳定,能够满足安全生产要求。研究结果可为类似地质条件下的沿空留巷开采提供参考。

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。

综放工作面超前支护区自承压支护技术研究

为解决工作面回采巷道因采用超前支护装备时所需人员劳动强度大或反复承载破坏顶板等问题,以王庄煤矿8105工作面为工程地质背景,综合运用理论分析与数值模拟的手段,分析研究工作面超前段巷道变形破坏特征,基于锚注支护技术原理,提出采用注浆锚索支护代替超前单体柱支护的方式,并进行了现场试验。结果表明,采用锚注支护技术后巷道顶板未发现明显离层和裂隙发育,围岩整体性良好;超前支护范围内巷帮收缩量最大557 mm,顶板下沉量最大322 mm,巷道变形得以有效控制且处于安全合理范围内,替代了单体柱超前支护,为类似条件下综放工作面超前支护技术提供可靠的技术借鉴。

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。

南河煤业工作面黄泥岩顶板注浆加固技术研究

基于工作面黄泥岩顶板在其回采期间容易发生破碎离层、漏矸严重或冒顶等问题,以南河煤业15110工作面为研究背景,采用理论分析、现场试验的综合方法,通过分析黄泥岩顶板形成的原因,并基于15110工作面顶板黄泥顶分布区域的探测结果,确定该工作面黄泥顶治理范围,提出了对工作面黄泥岩顶板进行注浆加固改性控制措施,根据现场实践、工程类比及理论计算公式等选择合理的注浆材料及注浆关键技术参数,最后在现场进行了工程应用。试验结果表明,注浆区域内能够看到浆体充填痕迹,破碎结构大幅度降低,充填和固结了灰岩内部纵横交错的裂隙;注浆后能够控制黄泥岩顶板漏矸、冒顶、回采困难等问题,保证了工作面以正常速度安全回采。

极近煤层双临空孤岛面矿压控制技术研究与应用

为解决山西灵石华苑煤业近距离煤层孤岛工作面开采过程中,下位煤层工作面巷道超前变形严重的问题,通过分析压力来源,受上位煤层开采遗留煤柱、厚硬顶板以及回采扰动的动压应力叠加作用,下位煤层回采巷道超前变形严重。根据分析结果,提出进行超前切顶卸压的控制方法,提前在上位煤层回采巷道进行超前爆破预裂,减小下位煤层回采巷道所受的压力影响,使巷道变形量由最大2.4 m以上,减小到最大0.8 m,保证了工作面安全生产的需求。

高阶碎软煤层氮气/空气复合定向钻进技术研究

针对晋城矿区无烟煤碎软区域瓦斯抽采钻孔施工难度大、成孔率低、CO超限和孔内着火的问题,提出了氮气/空气复合定向钻进技术。从技术原理、工艺方法入手,分析了风压和供风量等工艺参数对复合定向钻孔施工的影响。在长平煤矿4326工作面进行现场试验,共完成42个主孔,累计进尺6454.5 m,300 m及以上的钻孔成孔率为79.5%,200 m及以上的钻孔成孔率为85.7%,150 m及以上的钻孔成孔率为94.5%,效果显著。

深井综采面停采线深孔爆破切顶护大巷技术研究及应用

针对平煤十一矿采区巷道围岩受工作面末采期间采动影响后破坏严重的问题,采用理论分析、现场试验等综合方法,提出超前工作面停采线深孔预裂爆破切顶卸压护巷方案。研究表明,合理的切顶目标层位是煤层被采出后其上方主关键岩层形成的悬臂梁结构;确定了爆破关键参数,即切顶高度29.12 m、切顶孔长度31~96.6m、切顶孔直径89mm、终孔间距10m、切顶角度20.0°~61.2°、线装药密度1.5kg/m;工作面停采30 d后采区巷道趋于稳定,两帮累计变形810 mm,顶底板累计变形1090 mm,经简单返修后能继续服务接替工作面;所提出的停采线爆破切顶技术能有效控制采空区巷道变形,同时也为相似条件下巷道治理问题提供科学参考。

自燃煤层沿空留巷采空区遗煤自燃规律及防控技术研究

针对沿空留巷情况下采空区遗煤易自燃、发火等问题,以平煤二矿为研究背景,根据沿空留巷采空区特征及工作面通风方式特点,建立采空区自然发火数学模型。对未留巷、留巷未采取防漏风措施及留巷采取措施等情况下采空区自然发火特征进行数值模拟,并在现场进行了工业性试验。研究结果表明:采用沿空留巷技术后增加了采空区漏风量,氧气浓度面积增加,致使采空区内温度升高;依据沿空留巷下采空区自然发火模拟分析,认为在沿空巷道采取漏风措施可降低采空区遗煤自然发火危险性;建立沿空留巷分级防控防灭火技术体系,并在现场进行了应用。为类似条件下沿空留巷采空区遗煤自燃防治提供参考。

定向水力压裂切顶卸压技术研究及应用

针对目前煤层顶板坚硬而导致沿空巷道围岩控制困难的问题,以山西某矿8118工作面为工程背景,采用理论分析的手段研究了沿空巷道围岩变形破坏形成机制,提出了水力压裂切顶卸压技术,并在现场进行了试验。结果表明:沿空巷道围岩失稳主要因素是采空区侧基本顶回转、断裂、垮落对煤柱侧的影响;有效切断基本顶是该技术的关键;压裂段两帮移近量142 mm,降低30.5%,顶底板移近量285 mm,降低50.2%;采用该技术可以消除或减弱坚硬顶板形成的悬臂结构,达到留巷的目的。

自燃煤层切顶卸压沿空留巷防灭火技术研究

为解决自燃煤层切顶卸压沿空留巷过程中采空区防灭火问题,以平煤二矿庚20-21100工作面为背景,采用理论分析、实验室试验、数值模拟等方法研究了切顶留巷采空区自然发火特征,基于分级防控防灭火的思路,制定了防漏风和间歇性注氮防灭火技术措施,并在现场成功应用。结果表明:庚19、庚20煤层自然发火标志性气体以CO和C_(2)H_(4)为主,以C_(2)H_(2)为辅;采取防漏风及注氮防灭火措施对采空区遗煤氧化的抑制作用明显;现场采取采空区防漏风及间歇性注氮措施后,在留巷及留巷复用期间,未监测到自然发火指标气体,实现了自燃煤层切顶卸压沿空留巷安全开采,为类似条件防灭火提供了一定的借鉴。

凌志达矿小煤柱沿空掘巷围岩控制技术研究

为了解决传统大煤柱开采时存在应力集中而造成巷道变形严重、煤炭回采率低等问题,以凌志达矿15207工作面为研究背景,采用理论分析沿空掘巷上覆岩层运动规律,开展小煤柱沿空掘巷围岩控制技术研究。研究结果表明:小煤柱沿空掘巷围岩失稳主要是由巷道上覆关键岩层形成的弧三角块体引起的;为确保沿空掘巷围岩整体稳定,提出小煤柱沿空掘巷时采用高强预应力锚杆(索)支护对顶板、煤柱帮进行加强支护;掘巷期间两帮移近量105 mm,顶底板移近量94 mm,说明掘巷围岩在合理变形范围内,现场试验效果良好。

高地应力综放沿空留巷围岩失稳机理及控制技术

为解决工作面留设区段煤柱后巷道变形严重、采掘衔接易失调的问题,以古汉山矿1604工作面为研究背景,通过理论分析、数值模拟并结合现场试验,研究分析了综放工作面沿空巷道顶板运动及切顶力学特征,得到留巷关键参数,并进行工程应用。结果表明,沿空留巷围岩失稳具有切落、回转、破断(垮冒)和冒落等形态,提出以切断基本顶为目标的定向聚能预裂爆破技术,并配合高强锚索强化顶帮结构稳定性、巷旁可伸缩工字钢柔性挡矸防护及巷内单体柱抬棚临时支护防止基本顶断裂和垮冒的综合防控技术;留巷后顶底板相对移近量686 mm,帮部收缩量458 mm,底鼓较为明显,待留巷110 m以后基本趋于稳定状态;经简单卧底刷帮后能满足接替工作面风巷的使用要求,同时也为相似条件下实施沿空留巷提供技术借鉴。

褶曲构造影响下采区巷道围岩变形特征及控制技术研究

基于褶曲构造影响下巷道易变形、冒顶等问题,以大通煤矿采区巷道为背景,结合围岩松动圈测试结果,研究了褶曲带巷道围岩变形规律,提出控制对策并进行试验。研究表明:巷道走向与褶曲轴线平行时围岩破坏厉害、冒顶概率增加;采用加长锚杆(索)能控制变形、邻近面切顶后减弱回采动压影响。

祁东矿巨厚坚硬顶板切顶无煤柱开采技术应用研究

为解决当前煤矿开采过程中存在煤炭采出率低、留煤柱开采引起应力集中、巷道围岩控制难等问题,以祁东煤矿7135工作面为工程背景,提出切顶沿空留巷技术。通过对巷道围岩运动特征和留巷技术原理的研究分析,确定切顶留巷关键技术参数,并在现场进行了工程应用。结果表明,采用高强预应力锚索补强顶板、垛式支架支撑顶板及可伸缩U型钢挡矸防护等联合支护体系,实体煤帮平均变形量达到166 mm,采空区帮平均变形量达到237 mm,顶板平均下沉量达到163 mm,平均底鼓量208 mm,留巷变形满足安全生产要求。

深井大断面多交叉点巷道耦合支护技术研究

杨河煤业-300水平井底巷道受采深影响,围岩呈现工程软岩特性,同时受构造影响,围岩层理、节理极为发育,尤其是主石门附近的大断面多交岔点巷道,应力集中,采用常规锚网支护或棚式支护已难以有效地控制巷道的强烈变形,保证巷道的正常使用。本文在分析-300主石门巷道支护失稳的基础上,提出高强稳定型锚注-围岩-支架耦合支护方案,并在该段巷道成功应用,取得较好的效果。

深井高地应力动压巷道变形特征及切顶护巷技术研究

基于大埋深、高地应力条件下大煤柱巷道变形破坏严重的问题,以15110工作面为工程地质背景,理论分析了动压巷道破坏特征,提出采用切顶卸压的方法进行治理,并应运在现场。研究表明:围岩强度弱、地应力大、强动压回采以及煤柱宽度不合理是造成巷道破坏的关键因素。于是提出以切断基本顶为目标层位的定向预裂爆破技术。现场实施后15112进风顺槽顶板下沉及两帮变形均不明显,底鼓量平均达700 mm。与以往大煤柱巷道相比,巷道变形得以有效控制,巷道返修工程量大幅降低。

厚松散层薄基岩下分层开采覆岩破坏高度研究

以赵固一矿厚松散层薄基岩下分层工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟研究、钻孔冲洗液漏失量观测及钻孔窥视方法对采后覆岩破坏高度进行研究,研究表明:采用经验公式计算得到下分层工作面采后,顶板垮落带发育高度为6.93~27.72 m,导水裂缝带发育高度为22.17~71.73 m;数值模拟结果表明下分层采高2.5 m、累计采高6 m时,最大垮采比为2.61,而累计采厚小于6 m、基岩厚度不小于30 m、黏土层厚度大于5 m时可认为黏土层厚度能够阻隔导水裂缝带向上发育;采用现场实测方法得到累计采厚5.8 m处,垮落带15.26 m,垮采比为2.62,导水裂缝带55.59 m,裂采比为9.58。东一盘区下分层工作面后开采覆岩破坏高度的规律,可以为该矿下分层工作面时确定防水、防砂安全煤(岩)柱厚度提供理论依据。

多风机联合运转相互扰动问题分析及研究

针对长平煤业矿井通风系统采用并联通风方式,引起风机扰动问题,采用风网扰动理论分析的方法对该矿4个并联风机的扰动情况进行分析,确定了长平回风井、釜山回风井、芦家峪回风井、安家回风井的风机扰动率分别为0.303、0.091、0.643、0.506,并提出了由风机扰动产生的风门等调、控风设施过多且安设位置不科学、有效风量率低、漏风量严重以及矿井区域风量调节困难等问题,对存在该类问题的4310工作面和4322工作面实施了拆除多余通风构筑物、调整通风方式等措施,确保了长平煤业的通风安全。

定向爆破技术在沿空留巷中的应用

为解决平煤二矿煤层顶板坚硬而导致回采巷道围岩较难控制的问题,采用D型聚能管定向断裂爆破技术,通过理论分析定向断裂爆破技术原理、现场试验、钻孔窥视等手段,研究了D型聚能管定向断裂爆破技术对控制沿空留巷围岩变形中的积极作用,确定了平煤二矿沿空留巷中合理的爆破、装药等工艺参数,并进行了现场工业性试验。结果表明:采用D型聚能管定向断裂爆破技术可以达到定向爆破的目的,切顶预裂成缝效果良好,能够有效切断沿空留巷中的基本顶,提高巷道自身的承载力,保障动压影响期间留巷围岩稳定,提高沿空留巷支护的可靠性和安全程度,有利于安全生产,对于同类条件下矿井聚能预裂爆破参数的选择有一定的工程参考价值。