无煤柱无掘巷开采自成巷道围岩结构控制及工程应用

鉴于传统留煤柱开采方式资源采出率低、巷道掘进率高等问题,基于切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术思路,提出了无煤柱无掘巷开采技术,通过与传统留煤柱开采工艺对比,详细阐明了无煤柱无掘巷开采技术工作面的开采方式及巷道形成原理。通过分析工作面回采过程中顶板岩层运动特征,建立了无煤柱无掘巷开采自成巷道围岩结构力学模型,导出了顶板支护阻力表达式并分析了支护阻力影响因素。针对顶板岩层运动特征,研究了无煤柱无掘巷开采配套支护技术。提出了无煤柱无掘巷开采分区治理技术,将成巷区的加强支护分为密集支护区、间隔回撤区和完全回撤区3个区域,提出对不同的支护分区采取不同的支护对策,并在现场进行了工程应用试验。现场工程试验效果表明,无煤柱无掘巷开采实现了盘区内工作面的回采不再需要提前掘进回采巷道、且工作面间无需留设护巷煤柱的开采目标。     

综放开采煤层支承压力分布规律现场实测分析

依据谢桥矿1151（3）综放面开采地质及技术条件，采用钻孔应力计对工作面回采过程中煤柱和工作面煤层及巷帮侧向实体煤的应力进行观测。研究分析表明，在非对称开采条件，回采期间工作面及巷道周围煤层应力分布规律明显不同，煤柱和工作面煤层沿走向在工作面前方存在支承压力峰值，但巷帮侧向实体煤沿走向在工作面前方并不存在应力峰值，其峰值在采空区后方，而煤柱和巷帮侧向实体煤沿倾向均存在应力峰值，邻近工作面煤柱及工作面煤层应力均处于降低区。     

切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术在不同顶板条件下的应用与实践

为解决白皎煤矿保护层留煤柱引发的采空区瓦斯积聚、瓦斯突出及应力集中对近距离煤层开采引起的灾害问题,进行了切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术实践。给出了厚顶板煤层合理切顶深度的经验计算公式,并实现了近距离薄顶板煤层切顶卸压自动成巷,提出了完整的切顶卸压自动成巷施工工艺。切顶卸压自动成巷巷道在下一工作面回采期间变形量较小,取得了良好的技术经济效益。     

爆破切顶卸压技术在小煤柱留巷中的应用

为解决青洼煤业小煤柱留巷时应力集中高、巷道压力大等问题,采用爆破切顶技术对煤柱进行卸压处理,进行了钻孔设计、切顶高度设计、装药设计等,并提出了快速装药技术。现场试验效果表明,快速装药技术省时省力,安全系数和装药效率大大提高;爆破切顶卸压后小煤柱应力分布较均匀,承载力较强,工作面回采后留巷变形量较小,卸压效果显著。     

白皎矿保护层沿空切顶成巷无煤柱开采技术研究

为解决白皎煤矿保护层留煤柱引发的采空区瓦斯积聚、瓦斯突出及应力集中对近距离煤层开采引起的灾害问题,提出了深井工作面卸压沿空切顶成巷无煤柱开采方法,对沿空巷道顶板实施超前预裂,切断沿空巷道顶板与采场直接顶、基本顶的联系,在周期来压作用下采场顶板沿预裂面切落形成巷帮,隔断采空区并支撑上位移动岩层,改善了巷道围岩应力环境,将巷道围岩应力集中转移到深部,实现巷道稳定.该方法采用超前双向聚能张拉爆破沿走向预裂顶板,能减小对顶板的爆破损伤;采用巷内恒阻大变形锚杆(索)+巷旁锚索加强支护+巷旁密集单体液压支柱加强切顶联合支护技术,适应巷内围岩大变形及切顶冲击变形的要求,以控制巷道围岩稳定;开发了远程矿压监测系统,实时监控留巷过程顶板稳定性.基于该方法的配套关键技术在白皎矿2422保护层开采工作面机巷得到成功应用,为深部煤矿长壁工作面提供一种经济有效的无煤柱开采新理论与技术.     

中厚煤层切顶卸压无煤柱自成巷技术关键参数研究

现阶段切顶卸压无煤柱自成巷开采技术在薄煤层条件下应用较多,而对于中厚煤层的应用研究较少。为提高煤炭资源采出率,同时为避免以传统充填手段实现沿空留巷导致充填体位置产生应力集中,以切顶短壁梁为理论基础,以西山煤电集团公司杜儿坪煤矿62711工作面为工程背景,分析了切顶卸压无煤柱自成巷开采技术在中厚煤层的工艺流程及关键技术参数。通过理论分析和数值模拟的方法,分别对传统长壁式采煤法及切顶预裂爆破高度为4、6、8 m及切顶角度为5°、10°、15°、20°时巷道围岩应力分布及顶板位移情况进行了分析,结果表明：在合理的预裂爆破切顶高度和切顶角度条件下,不仅可以迫使顶板岩层在工作面回采后及时垮落并充满采空区,还可以有效切断巷道与采空区顶板岩层之间的应力传递路径,使得应力集中区域向实体煤深处转移,改善巷道围岩所处的应力环境,起到切顶卸压的作用。     

综放面单侧采空煤柱稳定性研究及实测

在使用留煤柱护巷的长壁采煤工作面中,单侧采空煤柱的稳定是后采工作面安全顺利回采的保障.近年来随着煤矿开采强度加大,对采对掘情况比较普遍,形成的护巷煤柱将经历两次工作面回采动压影响,对煤柱的稳定产生较大影响,对巷道围岩控制带来困难,特别是在综放开采的矿井尤为明显.因此,对厚煤层放顶煤工作面及相邻巷道对采对掘形成的区段煤柱在单侧采空状态下煤柱内支承压力分布规律进行了理论计算和现场实测分析.以东坡煤矿922和923综放工作面间20m护巷煤柱为例,分析和研究了煤柱形成后各阶段支承压力演变过程,得到了单侧采空煤柱采空区侧和巷道侧极限平衡区范围计算公式、煤柱最小宽度公式;通过钻孔应力计对现场煤柱内支承压力进行实测,得到了本工作面回采超前压力的影响范围和峰值,并说明现场20m宽煤柱内存在稳定弹性核区,煤柱可进一步优化以提高采出率.     

水平割缝和顶板压裂复合作用下煤柱卸压效果数值模拟分析

针对多巷布置工作面回采过程中煤柱应力集中程度大、巷道变形量大的问题,采用水平割缝+顶板压裂的双重手段对煤柱和顶板进行弱化卸压,旨在降低煤柱承载的应力水平,改变应力分配比例,使应力集中区向实体煤深部转移。在对煤柱留巷侧向顶板破断结构与应力分布情况以及水平割缝和顶板压裂复合作用下的煤柱卸压机理分析基础上,以纳林河二号矿井为研究对象进行了数值模拟分析,分析结果表明:采取割缝间距2 m+临巷侧保留5 m煤柱不割方案,应力向实体煤侧转移,实体煤侧承压范围主要在1～15 m范围内,相较于未采取任何卸压措施应力降低约30%;采取超高压水力割缝+压裂断顶方案后,保护煤柱侧应力大幅降低,基本处于原岩应力状态,不存在应力集中,应力相较于未采取任何卸压措施降低47%。     

深部煤层综采工作面切顶卸压沿空成巷技术

针对城郊煤矿深部煤层开采所带来的矿压显现剧烈、回采巷道围岩控制困难、采掘接续紧张等问题,研究了切顶卸压沿空成巷技术。结果表明,超前预裂沿空巷道顶板切断了顶板间的应力传递,顶板沿预裂面切落形成巷帮,破碎的岩石对顶板岩层起到支撑作用,改善了巷道围岩体应力分布。现场应用表明,顶板周期来压强度显著降低,避免了留设煤柱造成的资源损失和频繁修整巷道增加的支护成本,首次成功实现了深部煤层综采工作面切顶卸压沿空成巷。     

坚硬顶板大采高工作面切顶卸压无煤柱自成巷矿压显现特征分析

为掌握厚层坚硬顶板大采高工作面切顶卸压无煤柱自成巷矿压显现特征，以吉宁煤矿2109工作面为工程背景，通过对留巷过程中工作面支架压力、巷道围岩变形量、恒阻大变形锚索受力、顶板离层变化分析，表明切顶爆破能够切断采空区顶板对巷道顶板的应力传递，使留巷侧顶板处于明显的卸压状态，并给出工作面自成巷受采动影响范围和影响程度，为设计提供依据，供相似条件参考。     

规范小煤矿开采方法防止大面积顶板事故

小煤矿在我国西部约占90％,必须执行安全生产的方针规范采煤方法。本文在有效改造原则的基础上,从榆林地区煤炭赋存、开采技术现状出发,提出了长壁留煤柱支撑法开采和长壁布置现代房柱开采两种采煤方法,以及相应的技术特征,供改造参考。指出其关键技术是合理设计区内支撑煤柱和区域隔离煤柱,在采出率提高的同时,必须实施监测,防止大面积顶板事故监测     

条带式Wongawilli煤柱特征及作用机理分析

条带式Wongawilli采煤法是一种新型高效减沉采煤法,对减轻采场覆岩破坏、控制地表沉陷、减少采动对地表建(构)筑物的损害具有重要意义,而煤柱是条带式Wongawilli采煤法减沉降损效果的关键。为研究条带式Wongawilli开采煤柱特征及其对覆岩作用,阐明了条带式Wongawilli采煤法煤柱系统与顶板的相互作用机理,本文结合王台铺煤矿地质采矿条件,采用理论分析、相似模拟及现场验证相结合的方法,研究了条带式Wongawilli开采煤柱形式及特征,建立了条带式Wongawilli煤柱的结构力学模型,分析了直接顶离层情况及不规则煤柱、条带煤柱的受力与支护强度。研究表明:条带式Wongawilli采煤法由刀间煤柱、不规则煤柱、条带煤柱形成了特殊的煤柱系统,刀间煤柱起临时支护作用,随着工作面的推进,刀间煤柱随采随垮或者短时间内就失去支撑能力;不规则煤柱能对顶板的维护起到一定作用;条带煤柱是整个煤柱系统的关键。条带式Wongawilli开采直接顶与基本顶发生离层,直接顶弯曲下沉形成"固支梁"或垮落形成"悬臂梁" 2种结构,并作用于条带式Wongawilli煤柱;条带煤柱与传统条带开采煤柱类似,支撑直接顶及基本顶。不规则煤柱类似于支撑单体的形式(类单体)被动支撑直接顶,且不规则煤柱如果发生失稳破坏,条带煤柱的压缩突变量也会突增,影响其稳定性,进而影响整个条带式Wongawilli开采煤柱系统的稳定。     

留底煤掘进双巷布置大采高工作面巷间煤柱尺寸优化研究

确定巷间煤柱合理尺寸是保证留底煤掘进双巷布置大采高工作面安全、高产与高效的关键所在。以某矿122106大采高工作面沿底掘进胶运巷和辅运巷之间的护巷煤柱为工程背景,对工作面生产地质条件展开现场调研,同时原位测试巷道围岩地质力学参数。基于上述原始数据理论,估算出煤柱极限强度与合理的煤柱宽度范围,通过数值试验研究手段,分析初步选定宽度煤柱条件下,二次回采阶段巷道围岩及煤柱内部应力、位移和塑性破坏特征。结果表明:煤柱的极限强度为50.48 MPa,合理的煤柱宽度为19.24~29.28 m。煤柱宽度20 m时,煤柱内塑性区是2个独立的区域;当煤柱宽度达到一定程度后,接续面回采对上个工作面侧煤柱应力影响较小,主要是对本侧煤柱影响较大;靠近煤柱侧顶板和帮部变形较大,垂直位移最大值集中在巷道肩角位置,顶板出现不均匀下沉;煤柱核区内垂直应力均小于其极限强度,能保证稳定;煤柱最大垂直应力集中在两侧,靠近采空区的位置,煤柱中部存在较明显的应力下降区域。     

浅埋近距离煤层开采房式煤柱群动态失稳致灾机制

针对我国西部矿区浅埋近距离煤层房采煤柱下开采时易发生工作面压架、地表台阶塌陷以及矿震灾害的现象，采用物理模拟及数值模拟方法对下煤层工作面采动时上覆房采煤柱群的动态失稳过程及工作面压架机理开展研究。实测统计榆阳区部分矿井本煤层房式开采后，只有当房采煤柱的弹性核区比例大于31%时，房采煤柱才能处于长期稳定。下煤层采后的模拟结果表明:上覆房采煤柱的破坏形式及其失稳次序同其与下煤层工作面相对位置密切相关，房采煤柱依次从工作面开切眼位置、工作面位置、采空区中部位置发生破坏及失稳，且工作面开切眼和工作面位置处煤柱多发生顺向采空区的斜切破坏，而采空区中部煤柱则发生垂向压裂破坏。根据石圪台煤矿数值模拟结果显示，上部2-2煤层房采后煤柱支承应力峰值由原岩应力2.8 MPa增大至12 MPa，应力集中系数为4.28;当下部3-1煤层工作面采后，上覆2-2煤层房采煤柱的支承应力峰值增大至30 MPa，应力集中系数达10.71;下煤层工作面开切眼侧与工作面正上方的房采煤柱呈现垂向不均匀承载特征以及受水平拉伸变形影响，是导致边界处房采煤柱易出现对角斜切破坏模式的主因。两侧边界煤柱失稳后，其顶板岩层瞬间发生整体拉剪破断从而引发矿震，顶板多层岩层以“整体运动”的形式急剧快速下沉并撞击底板，将采空区中部上方的房采煤柱压垮压塌，同时巨大的冲击力进而导致上下煤层间的岩层发生全厚切落，造成下煤层工作面发生切顶压架。实验发现从上覆房采煤柱群首个煤柱发生破坏至整体失稳运动并达到稳定，历时仅约为0.45 s，其中，上下煤层之间的岩层发生全厚切落历时仅约为0.05 s。     

神东矿区切顶卸压留巷工作面“开式采空区”防灭火技术研究

切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术是煤炭回采工艺的重要革新,采空区的防灭火管理是此新工艺能否得以推广应用的关键影响因素之一。文章对神东矿区哈拉沟煤矿12201切顶卸压无煤柱开采采空区防灭火管理进行了研究,从新工艺采空区的管理分析、通风系统的分析、工作面风量配置、采空区气体分析、采空区"自燃"三带分布分析以及综合防灭火技术的应用,总结了切顶卸压无煤柱开采技术采空区防灭火管理经验,为神东矿区浅埋深近距离煤层中推广应用切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术奠定了基础。     

基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱留设方法

针对平顶山一矿31010工作面回采期间顶板丁戊三乘人巷严重变形的问题,通过现场实测和数值模拟研究了巷道变形的原因及保护煤柱留设的问题。结果表明：工作面回采后,上覆顶板岩层中的应力发生改变,将应力值等于1.05倍原岩应力的点构成的曲线定义为采动应力边界线。采动应力边界线由开采煤层向上覆岩层呈外扩式发展,采动应力边界线距开采边界的水平距离随着距开采煤层高度的增大而逐渐增大,但增大趋势逐渐减小。采动应力边界线内侧岩层应力出现增压区和减压区,而外侧岩层仍处于原岩应力状态,采动应力边界线是划定工作面上覆岩层是否受工作面回采影响的边界线。目前顶板巷道保护煤柱宽度是按岩层移动角进行设计的,没有体现内部岩层移动变形及应力特征,导致顶板巷道保护煤柱宽度不合理而出现破坏,为此提出了基于采动应力边界线的顶板巷道保护煤柱宽度设计方法。按照此方法设计的平顶山一矿31010工作面顶板乘人巷保护煤柱宽度应为158 m。     

大同矿区双系煤层开采煤柱影响下的强矿压显现机理

针对大同矿区石炭系煤层8105工作面过上覆侏罗系煤层采空区留设煤柱时的强矿压显现特征,采用理论与现场实测分析相结合的方法,对侏罗系煤层采空区煤柱的应力影响规律与石炭系煤层顶板的垮裂带范围进行了分析,得到了双系煤层开采煤柱影响条件下工作面强矿压显现的“煤柱-覆岩运动”联合作用机理。研究表明：侏罗系煤层采空区留设煤柱的水平与垂直应力较高,达10.5～13.5 MPa,应力集中区深度为40～70 m,剪应力波及范围达180 m;8105工作面顶板的垮裂带高度为150～170 m;工作面过煤柱时的强矿压显现是由采空区煤柱与煤层顶板垮裂运动联合作用的结果。     

浅埋区小煤矿发展长壁开采的技术途径

小煤矿必须采用能够形成负压通风的壁式采煤方法, 是国务院安全生产委员会的规定。在总结陕北煤田小煤矿开采浅部煤层经验的基础上, 建议将落后的房柱式改革为长壁留煤柱支撑法开采, 以较大幅度提高采出率。长壁留煤柱支撑法开采的关键技术是区分两类不同性质的煤柱, 即区内煤柱和区域间的隔离煤柱。区内煤柱是指在小区域开采期间暂时保留在区内的煤柱, 其作用仅仅是保障在区内开采时的顶板安全, 而在小区域开采结束后能够适时垮落。为了防止顶板事故, 需要进行有效监测, 提出了监测方法的技术基础。     

陕北浅煤层房柱式保水开采设计与实践

针对陕北干旱缺水的实际,分析了房柱式保水开采的设计原则.以六道沟煤矿为例,通过分析煤柱的稳定性、顶板垮落高度等,证明了房柱式保水开采的合理性.采后3a现场实地调查发现,老采空区煤柱完整,没有出现片帮、剥蚀、外鼓和颈缩现象,仅局部地段存在极少量积水,地面的六道沟水库仍保持正常使用,表明合理的房柱式开采后未破坏上覆岩层含水层和地表水体.     

柠条塔煤矿大采高工作面110工法挡矸支护实践

在大采高的切顶留巷无煤柱开采(长壁开采110工法)过程中,对垮落的顶板进行挡矸支护形成采空区侧巷帮,而工作面顶板岩体在垮落至底板时变破碎且动能较大,给留设巷道采空区侧的巷帮支护带来很大困难。结合柠条塔煤矿的实际工况条件,以挡矸支护作为采空区侧破碎巷帮的关键支护技术,在现场试验了9种挡矸支护方案,通过对比得到挡矸效果较好的支护方案。碎石帮挡矸支护技术有效防止了垮落矸石蹿入巷道内,对人员和设备的安全提供了重要保障。该研究结果可为类似条件下巷帮支护设计提供参考,同时对切顶留巷技术的进一步推广具有重要意义。